Alkálifémeknek (AM) nevezzük a periódusos rendszer IA csoportjának összes elemét, azaz. lítium Li, nátrium Na, kálium K, rubídium Rb, cézium Cs, francium Fr.
Az alkáli atomoknak csak egy elektronja van a külső elektronszinten. s- szint alatti, kémiai reakciók során könnyen leválik. Ebben az esetben a semleges SM atomból pozitív töltésű részecske képződik - egy +1 töltésű kation:
M 0 - 1 e → M +1
Az alkálifémek családja a legaktívabb a többi fémcsoport között, ezért a természetben szabad formában, pl. egyszerű anyagok formájában lehetetlen.
Egyszerű anyagok Az alkálifémek rendkívül erős redukálószerek.
Alkálifémek kölcsönhatása nemfémekkel
oxigénnel
Az alkálifémek már szobahőmérsékleten reagálnak az oxigénnel, ezért valamilyen szénhidrogén oldószerréteg alatt kell őket tárolni, például kerozin alatt.
Az alkálifém és az oxigén kölcsönhatása különböző termékekhez vezet. Az oxid képződésével csak a lítium lép reakcióba oxigénnel:
4Li + O 2 = 2Li 2O
A nátrium hasonló helyzetben oxigénnel képződik nátrium-peroxid Na2O2:
2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2,
a kálium, a rubídium és a cézium pedig túlnyomórészt szuperoxidok (szuperoxidok), amelyek általános képlete MeO 2:
Rb + O 2 \u003d RbO 2
halogénekkel
Az alkálifémek aktívan reagálnak halogénekkel, és ionos szerkezetű alkálifém-halogenideket képeznek:
2Li + Br 2 = 2LiBr lítium-bromid
2Na + I 2 = 2NaI nátrium-jodid
2K + Cl 2 \u003d 2KCl kálium klorid
nitrogénnel
A lítium már normál hőmérsékleten reagál a nitrogénnel, míg a nitrogén a többi alkálifémtel hevítés közben. Minden esetben alkálifém-nitridek képződnek:
6Li + N 2 = 2Li 3 N lítium-nitrid
6K + N 2 = 2K 3 N kálium-nitrid
foszforral
Az alkálifémek reakcióba lépnek a foszforral hevítéskor foszfidokat képezve:
3Na + P = Na3P nátrium-foszfid
3K + P = K 3 P kálium-foszfid
hidrogénnel
Az alkálifémek hidrogénatmoszférában történő hevítése ritka oxidációs állapotban - mínusz 1 - hidrogént tartalmazó alkálifém-hidridek képződéséhez vezet:
H2 + 2K = 2KN-1 kálium-hidrid
H 2 + 2Rb \u003d 2RbH rubídium-hidrid
kénnel
Az alkálifém és a kén kölcsönhatása hevítéskor szulfidok képződésével történik:
S + 2K = K 2 S szulfid kálium
S + 2Na = Na 2 S nátrium-szulfid
Az alkálifémek kölcsönhatása a összetett anyagok
vízzel
Minden alkálifém aktívan reagál a vízzel, gáznemű hidrogén és lúg képződésével, ezért ezek a fémek a megfelelő nevet kapták:
2HOH + 2Na \u003d 2NaOH + H2
2K + 2HOH = 2KOH + H2
A lítium meglehetősen nyugodtan reagál a vízzel, a nátrium és a kálium spontán meggyullad a reakció során, a rubídium, a cézium és a francium pedig erőteljes robbanással reagál a vízzel.
szénhidrogének halogén származékaival (Wurtz-reakció):
2Na + 2C 2 H 5 Cl → 2 NaCl + C 4 H 10
2Na + 2C6H5Br → 2NaBr +C6H5 –C6H5
alkoholokkal és fenolokkal
Az AM reagál alkoholokkal és fenolokkal, hidrogént helyettesítve a szerves anyagok hidroxilcsoportjában:
2CH 3 OH + 2K = 2CH 3 OK + H 2
kálium-metoxid
2C 6 H 5 OH + 2 Na \u003d 2C 6 H 5 ONa + H 2
nátrium-fenolát
Só19 Só
1. Fém + nem fém. Az inert gázok nem lépnek ebbe a kölcsönhatásba. Minél nagyobb egy nemfém elektronegativitása, annál több egy nagy szám fémekre fog reagálni. Például a fluor az összes fémmel reagál, a hidrogén pedig csak az aktív fémekkel. Minél balra van egy fém a fémek tevékenységsorában, annál több nemfémmel tud reagálni. Például az arany csak a fluorral, a lítium az összes nemfémmel reagál.
2. Nem fém + nem fém. Ebben az esetben egy elektronegatívabb nemfém oxidálószerként, kevesebb EO - redukálószerként működik. A szoros elektronegativitással rendelkező nemfémek rosszul kölcsönhatásba lépnek egymással, például a foszfor hidrogénnel és a szilícium kölcsönhatása a hidrogénnel gyakorlatilag lehetetlen, mivel ezeknek a reakcióknak az egyensúlya az egyszerű anyagok képződése felé tolódik el. A hélium, a neon és az argon nem lép reakcióba nemfémekkel, más inert gázok zord körülmények között reagálhatnak a fluorral. Az oxigén nem lép kölcsönhatásba klórral, brómmal és jóddal. Az oxigén alacsony hőmérsékleten reakcióba léphet a fluorral.
3. Fém + sav-oxid. A fém visszaállítja a nem fémet az oxidból. A felesleges fém ezután reakcióba léphet a keletkező nemfémmel. Például:
2Mg + SiO 2 \u003d 2MgO + Si (magnéziumhiány esetén)
2Mg + SiO 2 \u003d 2MgO + Mg 2 Si (magnéziumfelesleggel)
4. Fém + sav. A feszültségsorban a hidrogéntől balra lévő fémek savakkal reagálva hidrogént szabadítanak fel.
Kivételt képeznek a savak - oxidálószerek (tömény kénsav és bármilyen salétromsav), amelyek reakcióba léphetnek a hidrogéntől jobbra lévő feszültségsorozatban lévő fémekkel, a reakciókban hidrogén nem szabadul fel, de a víz és a savredukciós termék kapott.
Figyelni kell arra a tényre, hogy amikor egy fém többbázisú sav feleslegével lép kölcsönhatásba, savas sót kaphatunk: Mg + 2H 3 PO 4 \u003d Mg (H 2 PO 4) 2 + H 2.
Ha egy sav és fém kölcsönhatásának terméke egy oldhatatlan só, akkor a fém passziválódik, mivel a fém felületét az oldhatatlan só védi a sav hatásától. Például a híg kénsav ólomra, báriumra vagy kalciumra gyakorolt hatása.
5. Fém + só. megoldásban ebben a reakcióban a feszültségsorban a magnéziumtól jobbra lévő fém vesz részt, beleértve magát a magnéziumot is, de a fémsótól balra. Ha a fém aktívabb, mint a magnézium, akkor nem sóval, hanem vízzel lép reakcióba lúgot képezve, amely ezután sóval reagál. Ebben az esetben a kiindulási sónak és a kapott sónak oldhatónak kell lennie. Az oldhatatlan termék passziválja a fémet.
Vannak azonban kivételek e szabály alól:
2FeCl 3 + Cu \u003d CuCl 2 + 2FeCl 2;
2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2. Mivel a vasnak közbenső oxidációs állapota van, sója benne van a legmagasabb fokozat az oxidáció köztes oxidációs állapotban könnyen sóvá redukálódik, még kevésbé oxidálódik aktív fémek.
olvadékokban számos fémfeszültség nem működik. Csak termodinamikai számítások segítségével lehet megállapítani, hogy lehetséges-e reakció egy só és egy fém között. Például a nátrium kiszoríthatja a káliumot a kálium-klorid olvadékból, mivel a kálium illékonyabb: Na + KCl = NaCl + K (ezt a reakciót az entrópiafaktor határozza meg). Másrészt az alumíniumot nátrium-kloridból való kiszorítással nyerték: 3Na + AlCl 3 = 3NaCl + Al. Ez a folyamat exoterm, és az entalpiatényező határozza meg.
Előfordulhat, hogy a só hevítés hatására bomlik, és bomlástermékei reakcióba léphetnek a fémmel, például alumínium-nitráttal és vassal. Az alumínium-nitrát hevítéskor alumínium-oxiddá, nitrogén-monoxiddá (IV) bomlik, és oxigén, oxigén és nitrogén-oxid oxidálja a vasat:
10Fe + 2Al(NO 3) 3 = 5Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 + 3N 2
6. Fém + bázikus oxid. Ugyanúgy, mint az olvadt sók esetében, ezeknek a reakcióknak a lehetőségét termodinamikailag határozzuk meg. Redukálószerként gyakran alumíniumot, magnéziumot és nátriumot használnak. Például: 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe exoterm reakció, entalpiafaktor); 2 Al + 3Rb 2 O = 6Rb + Al 2 O 3 (illékony rubídium, entalpiafaktor).
7. Nem fém + bázikus oxid. Itt két lehetőség lehetséges: 1) nemfém - redukálószer (hidrogén, szén): CuO + H 2 = Cu + H 2 O; 2) nem fém - oxidálószer (oxigén, ózon, halogének): 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3.
8. Nem fém + alap. A reakció általában egy nemfém és egy lúg között megy végbe.Nem minden nemfém tud reagálni lúgokkal: emlékezni kell arra, hogy ebbe a kölcsönhatásba halogének lépnek be (hőmérséklettől függően), kén (hevítéskor), szilícium, foszfor.
2KOH + Cl 2 \u003d KClO + KCl + H 2 O (hidegben)
6KOH + 3Cl 2 = KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O (forró oldatban)
6KOH + 3S = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O
2KOH + Si + H 2 O \u003d K 2 SiO 3 + 2H 2
3KOH + 4P + 3H 2O = PH 3 + 3KPH 2 O 2
9. Nem fém + savas oxid. Itt is két lehetőség van:
1) nem fém - redukálószer (hidrogén, szén):
CO 2 + C \u003d 2CO;
2NO 2 + 4H 2 \u003d 4H 2O + N 2;
SiO 2 + C \u003d CO 2 + Si. Ha a keletkező nemfém reagálhat a redukálószerként használt fémmel, akkor a reakció tovább megy (szénfelesleggel) SiO 2 + 2C = CO 2 + SiC
2) nem fém - oxidálószer (oxigén, ózon, halogének):
2CO + O 2 \u003d 2CO 2.
CO + Cl 2 \u003d COCl 2.
2NO + O 2 \u003d 2NO 2.
10. Savas oxid + bázikus oxid. A reakció akkor megy végbe, ha a kapott só elvileg létezik. Például az alumínium-oxid reagálhat kénsav-anhidriddel és alumínium-szulfátot képez, de nem tud reagálni a szén-dioxiddal, mivel a megfelelő só nem létezik.
11. Víz + bázikus oxid. A reakció akkor lehetséges, ha lúg képződik, azaz oldható bázis (kalcium esetén gyengén oldódik). Ha a bázis oldhatatlan vagy gyengén oldódik, akkor a bázis fordított reakciója oxiddá és vízzé bomlik.
12. Bázikus oxid + sav. A reakció akkor lehetséges, ha a kapott só létezik. Ha a keletkező só oldhatatlan, akkor a reakció passziválható azáltal, hogy blokkolja a sav hozzáférését az oxid felületéhez. Többbázisú sav feleslege esetén az savas só.
13. Sav-oxid + bázis. A reakció általában lúg és savas oxid között megy végbe. Ha a savas oxid többbázisú savnak felel meg, akkor savas sót kaphatunk: CO 2 + KOH \u003d KHCO 3.
Az erős savaknak megfelelő savas oxidok oldhatatlan bázisokkal is reagálhatnak.
Néha a gyenge savaknak megfelelő oxidok oldhatatlan bázisokkal reagálnak, és átlagos vagy bázikus sót kaphatunk (általában kevésbé oldódó anyagot kapunk): 2Mg (OH) 2 + CO 2 \u003d (MgOH) 2 CO 3 + H 2 O.
14. Sav oxid + só. A reakció végbemehet az olvadékban és az oldatban. Az olvadékban a kevésbé illékony oxid kiszorítja az illékonyabb oxidot a sóból. Az oldatban az erősebb savnak megfelelő oxid kiszorítja a gyengébb savnak megfelelő oxidot. Például Na 2 CO 3 + SiO 2 \u003d Na 2 SiO 3 + CO 2, előrefelé ez a reakció az olvadékban megy végbe, szén-dioxid illékonyabb, mint a szilícium-oxid; V ellentétes irány a reakció oldatban megy végbe, a szénsav erősebb, mint a kovasav, és szilícium-oxid válik ki.
Lehetséges egy savas oxidot a saját sójával kombinálni, például kromátból dikromátot, szulfátból diszulfátot, szulfitból diszulfitot kaphatunk:
Na 2 SO 3 + SO 2 \u003d Na 2 S 2 O 5
Ehhez kristályos sót és tiszta oxidot, vagy telített sóoldatot és savas oxid feleslegét kell venni.
Oldatban a sók reakcióba léphetnek saját oxidjaikkal, és így savas sókat képezhetnek: Na 2 SO 3 + H 2 O + SO 2 = 2NaHSO 3
15. Víz + savas oxid. A reakció akkor lehetséges, ha oldható vagy gyengén oldódó sav képződik. Ha a sav oldhatatlan vagy gyengén oldódik, akkor a sav oxiddá és vízzé bomlásával fordított reakció megy végbe. Például a kénsavat az oxidból és vízből való kinyerés reakciója jellemzi, a bomlási reakció gyakorlatilag nem megy végbe, a kovasav vízből és oxidból nem nyerhető, de könnyen bomlik ezekre a komponensekre, de szén- és kénes savak is részt vehetnek. közvetlen és hátsó reakciókban egyaránt.
16. Bázis + sav. A reakció akkor megy végbe, ha legalább az egyik reaktáns oldódik. A reagensek arányától függően közepes, savas és bázikus sókat kaphatunk.
17. Alap + só. A reakció akkor megy végbe, ha mindkét kiindulási anyag oldható, és legalább egy nem elektrolit vagy gyenge elektrolit (csapadék, gáz, víz) keletkezik termékként.
18. Só + sav. A reakció általában akkor megy végbe, ha mindkét kiindulási anyag oldható, és termékként legalább egy nem elektrolitot vagy gyenge elektrolitot (csapadék, gáz, víz) nyerünk.
Az erős sav reagálhat oldhatatlan sókkal gyenge savak(karbonátok, szulfidok, szulfitok, nitritek), miközben gáznemű termék szabadul fel.
Tömény savak és kristályos sók közötti reakciók akkor lehetségesek, ha illékonyabb savat kapunk: például hidrogén-kloridot kaphatunk tömény kénsav és kristályos nátrium-klorid, hidrogén-bromid és hidrogén-jód hatására ortofoszforsav hatására. megfelelő sók. Savval a saját sóján reagálhat, hogy savas sót kapjon, például: BaSO 4 + H 2 SO 4 \u003d Ba (HSO 4) 2.
19. Só + só. A reakció általában akkor megy végbe, ha mindkét kiindulási anyag oldható, és termékként legalább egy nem-elektrolitot vagy gyenge elektrolitot kapunk.
Különös figyelmet fordítsunk azokra az esetekre, amikor só képződik, amit az oldhatósági táblázatban kötőjel mutat. Itt 2 lehetőség van:
1) só nem létezik, mert visszafordíthatatlanul hidrolizált . Ezek többsége a karbonátok, szulfitok, szulfidok, háromértékű fémek szilikátjai, valamint a kétértékű fémek és az ammónium sói. A háromértékű fémsókat a megfelelő bázissá és savvá, a kétértékű fémsókat pedig kevésbé oldható bázikus sókká hidrolizálják.
Vegye figyelembe a példákat:
2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 = Fe 2 (CO 3) 3+ 6 NaCl (1)
Fe 2 (CO 3) 3+ 6H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3 H2CO3
H2CO3 vízzé és szén-dioxiddá bomlik, a bal és jobb oldalon lévő víz csökken, és kiderül: Fe 2 (CO 3) 3+ 3H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3 CO2(2)
Ha most egyesítjük az (1) és (2) egyenleteket, és redukáljuk a vas-karbonátot, egy teljes egyenletet kapunk, amely tükrözi a vas (III)-klorid és a nátrium-karbonát kölcsönhatását: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO2 + 6NaCl
CuSO 4 + Na 2 CO 3 \u003d CuCO3+ Na 2 SO 4 (1)
Az aláhúzott só az irreverzibilis hidrolízis miatt nem létezik:
2 CuCO3+ H 2 O \u003d (CuOH) 2 CO 3 + CO 2 (2)
Ha most egyesítjük az (1) és (2) egyenleteket, és redukáljuk a réz-karbonátot, akkor egy teljes egyenletet kapunk, amely tükrözi a (II) szulfát és a nátrium-karbonát kölcsönhatását:
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d (CuOH) 2 CO 3 + CO 2 + 2Na 2 SO 4
2) A só nem létezik miatt intramolekuláris redox ilyen sók közé tartozik a Fe2S3, FeI3, CuI2. Amint megszerezték őket, azonnal lebomlanak: Fe 2 S 3 \u003d 2FeS + S; 2FeI 3 \u003d 2FeI 2 + I 2; 2CuI 2 = 2CuI + I 2
Például; FeCl 3 + 3KI = FeI 3 + 3KCl (1),
de FeI 3 helyett fel kell írni a bomlástermékeit: FeI 2 + I 2.
Aztán kiderül: 2FeCl 3 + 6KI = 2FeI 2 + I 2 + 6KCl
Ezt a reakciót nem csak így lehet rögzíteni, ha a jodid hiánycikk volt, akkor jód és vas(II)-klorid nyerhető:
2FeCl 3 + 2KI = 2FeCl 2 + I 2 + 2KCl
A javasolt rendszer nem mond semmit amfoter vegyületek és a hozzájuk tartozó egyszerű anyagok. Különös figyelmet fogunk fordítani rájuk. Tehát ebben a sémában az amfoter oxid helyettesítheti mind a savas, mind a bázikus oxidokat, az amfoter hidroxid pedig a sav és a bázis helyét. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy savasként működve az amfoter oxidok és hidroxidok vízmentes közegben közönséges sókat, oldatokban pedig komplex sókat képeznek:
Al 2 O 3 + 2NaOH = 2 NaAlO 2 + H 2 O (fúzió)
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na (oldatban)
Az amfoter oxidoknak és hidroxidoknak megfelelő egyszerű anyagok lúgos oldatokkal reagálva képződnek komplex sókés hidrogénfejlődés: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
GYAKORLAT
Beszéljétek meg az interakció lehetőségét... Ez azt jelenti, hogy döntenie kell:
1) lehetséges-e a reakció;
2) ha lehet, akkor milyen körülmények között (oldatban, olvadékban, hevítéskor stb.), ha nem lehetséges, akkor miért;
3) különböző (milyen) feltételek mellett beszerezhetők-e különböző termékek.
Ezt követően le kell írnia az összes lehetséges reakciót.
Például: 1. Beszéljétek meg a magnézium és a kálium-nitrát közötti kölcsönhatás lehetőségét.
1) Reakció lehetséges
2) Előfordulhat az olvadékban (hevítéskor)
3) Az olvadékban a reakció lehetséges, mivel a nitrát oxigén felszabadulásával bomlik, ami oxidálja a magnéziumot.
KNO 3 + Mg = KNO 2 + MgO
2. Beszéljétek meg a kénsav és a nátrium-klorid közötti kölcsönhatás lehetőségét!
1) Reakció lehetséges
2) Tömény sav és kristályos só között fordulhat elő
3) Nátrium-szulfát és nátrium-hidroszulfát nyerhető termékként (savfeleslegben, hevítéskor)
H 2 SO 4 + NaCl \u003d NaHS04 + HCl
H 2 SO 4 + 2NaCl \u003d Na 2 SO 4 + 2HCl
Beszéljétek meg a következő reakciók lehetőségét:
1. Foszforsav és kálium-hidroxid;
2. Cink-oxid és nátrium-hidroxid;
3. Kálium-szulfit és vas(III)-szulfát;
4. Réz(II)-klorid és kálium-jodid;
5. Kalcium-karbonát és alumínium-oxid;
6. Szén-dioxid és nátrium-karbonát;
7. vas(III)-klorid és hidrogén-szulfid;
8. Magnézium és kén-dioxid;
9. Kálium-dikromát és kénsav;
10. Nátrium és kén.
Végezzünk egy kis elemzést a C2 példákról
Ezek a periódusos rendszer I. csoportjának elemei: lítium (Li), nátrium (Na), kálium (K), rubídium (Rb), cézium (Cs), francium (Fr); nagyon puha, képlékeny, olvadó és könnyű, általában ezüstfehér; kémiailag nagyon aktív; vízzel hevesen reagálva képzõdik lúgok(innen a név).
Az összes alkálifém rendkívül aktív kémiai reakciók redukáló tulajdonságokat mutatnak, feladják egyetlen vegyértékelektronjukat, pozitív töltésű kationná alakulva egyetlen +1 oxidációs állapotot mutatnak.
A ––Li–Na–K–Rb–Cs sorozatban a redukáló képesség növekszik.
Minden alkálifémvegyület ionos természetű.
Szinte minden só oldódik vízben.
alacsony olvadáspont,
Kis sűrűségértékek,
Puha, késsel vágott
Az alkálifémeket aktivitásuk miatt kerozinréteg alatt tárolják, hogy megakadályozzák a levegő és a nedvesség hozzáférését. A lítium nagyon könnyű és kerozinban lebeg a felszínre, ezért vazelinréteg alatt tárolják.
Az alkálifémek kémiai tulajdonságai
1. Az alkálifémek aktívan kölcsönhatásba lépnek a vízzel:
2Na + 2H 2O → 2NaOH + H2
2Li + 2H 2O → 2LiOH + H2
2. Alkálifémek reakciója oxigénnel:
4Li + O 2 → 2Li 2O (lítium-oxid)
2Na + O 2 → Na 2 O 2 (nátrium-peroxid)
K + O 2 → KO 2 (kálium-szuperoxid)
A levegőben az alkálifémek azonnal oxidálódnak. Ezért ezeket szerves oldószerréteg alatt tárolják (kerozin stb.).
3. Az alkálifémek reakciója során más nemfémekkel kettős vegyületek képződnek:
2Li + Cl 2 → 2LiCl (halogenidek)
2Na + S → Na 2S (szulfidok)
2Na + H2 → 2NaH (hidridek)
6Li + N 2 → 2Li 3 N (nitridek)
2Li + 2C → Li 2C 2 (karbidok)
4. Alkálifémek reakciója savakkal
(ritkán hajtják végre, a vízzel versengő reakció lép fel):
2Na + 2HCl → 2NaCl + H2
5. Alkálifémek kölcsönhatása ammóniával
(nátrium-amid képződik):
2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2
6. Alkálifémek kölcsönhatása alkoholokkal és fenolokkal, amelyek ebben az esetben savas tulajdonságokat mutatnak:
2Na + 2C 2 H 5OH \u003d 2C 2 H 5 ONa + H 2;
2K + 2C 6 H 5 OH = 2 C 6 H 5 OK + H 2 ;
7. Minőségi reakció alkálifém kationokon - a láng színezése a következő színekkel:
Li + - kárminvörös 
Na + - sárga
K + , Rb + és Cs + - lila
Alkálifémek kinyerése
Lítium, nátrium és kálium fém kap olvadt sók (kloridok), valamint rubídium és cézium elektrolízise - redukció vákuumban, ha kloridjaikat kalciummal hevítik: 2CsCl + Ca \u003d 2Cs + CaCl 2
Kis léptékben a nátrium és a kálium vákuumos termikus előállítását is alkalmazzák:
2NaCl + CaC 2 \u003d 2Na + CaCl 2 + 2C;
4KCl + 4CaO + Si \u003d 4K + 2CaCl 2 + Ca 2 SiO 4.
Az aktív alkálifémek nagy illékonyságuk miatt vákuumtermikus folyamatokban szabadulnak fel (gőzeiket eltávolítják a reakciózónából).
Az I. csoportba tartozó s-elemek kémiai tulajdonságainak jellemzői és élettani hatásuk
A lítium atom elektronkonfigurációja 1s 2 2s 1. A 2. periódusban a legnagyobb atomsugárral rendelkezik, ami elősegíti a vegyértékelektron leválását és a stabil inert gáz (hélium) konfigurációjú Li + ion megjelenését. Ezért vegyületei egy elektronnak a lítiumról egy másik atomra történő átvitelével és egy kis kovalensségű ionos kötés létrejöttével jönnek létre. A lítium tipikus fémelem. Anyag formájában alkálifém. Kis méretében és hozzájuk képest legkisebb aktivitásában különbözik az I. csoport többi tagjától. Ebből a szempontból hasonlít a II. csoportba tartozó elemre, a magnéziumra, amely a Li-től átlósan helyezkedik el. Az oldatokban a Li + ion erősen szolvatált; több tíz vízmolekula veszi körül. A lítium a szolvatációs energiát tekintve - az oldószermolekulák hozzáadása - közelebb áll a protonhoz, mint az alkálifém-kationokhoz.
A Li + ion kis mérete, a nagy nukleáris töltés és mindössze két elektron megteremti a feltételeket egy meglehetősen jelentős pozitív töltésmező kialakulásához e részecske körül, ezért az oldatokban jelentős számú poláris oldószer molekula vonzódik hozzá, ill. koordinációs száma nagy, a fém jelentős számú szerves lítiumvegyületet képes képezni.
A nátrium a 3. periódussal kezdődik, így csak 1e van külső szinten - , elfoglalva a 3s pályát. A Na atom sugara a 3. periódusban a legnagyobb. Ez a két jellemző határozza meg az elem természetét. Elektronikus konfigurációja 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 . A nátrium egyetlen oxidációs állapota +1. Elektronegativitása nagyon kicsi, ezért a nátrium csak pozitív töltésű ion formájában van jelen a vegyületekben, és ionos jelleget kölcsönöz a kémiai kötésnek. A Na + ion mérete sokkal nagyobb, mint a Li +, és szolvatációja sem olyan nagy. Megoldásban azonban nem létezik szabad formában.
A K + és Na + ionok élettani jelentősége azzal függ össze, hogy eltérő adszorbeálhatóságukkal rendelkeznek az alkotó komponensek felületén. földkéreg. A nátriumvegyületeket csak kismértékben adszorbeálják, míg a káliumvegyületeket erősen visszatartja az agyag és más anyagok. A sejtmembránok, mint sejt-környezet határfelület, áteresztők a K + ionok számára, aminek következtében a K + intracelluláris koncentrációja sokkal magasabb, mint a Na + ionoké. Ugyanakkor a Na + koncentrációja a vérplazmában meghaladja a benne lévő kálium tartalmát. Ez a körülmény a sejtek membránpotenciáljának kialakulásához kapcsolódik. K + és Na + ionok - a test folyékony fázisának egyik fő összetevője. A Ca 2+ ionokkal való arányuk szigorúan meghatározott, megsértése patológiához vezet. A Na + ionok szervezetbe juttatása nem jár észrevehető káros hatással. A K + ionok tartalmának növekedése káros, de normál körülmények között koncentrációjának növekedése soha nem éri el a veszélyes értéket. Az Rb +, Cs +, Li + ionok hatását még nem vizsgálták kellőképpen.
Az alkálifémvegyületek használatával összefüggő különféle elváltozások közül a hidroxidoldatokkal végzett égési sérülések a leggyakoribbak. A lúgok hatása a bőrfehérjék feloldódásával és lúgos albuminátok képződésével függ össze. A lúgok hidrolízisük következtében ismét felszabadulnak, és a test mélyebb rétegeire hatnak, fekélyek megjelenését okozva. A lúgok hatására a körmök fénytelenné és törékennyé válnak. A szemkárosodás még nagyon híg lúgos oldatok esetén is nemcsak felületi károsodással jár, hanem a szem mélyebb részeinek (írisz) megsértésével, és vaksághoz vezet. Az alkálifém-amidok hidrolízise során egyszerre képződik lúg és ammónia, ami fibrines típusú tracheobronchitist és tüdőgyulladást okoz.
A káliumot G. Davy a nátriummal csaknem egyidejűleg nyerte 1807-ben a nedves kálium-hidroxid elektrolízise során. Ennek a vegyületnek a nevéből a "maró kálium" és az elem kapta a nevét. A kálium tulajdonságai jelentősen eltérnek a nátrium tulajdonságaitól, az atomjaik és az ionjaik sugarának különbsége miatt. A káliumvegyületekben a kötés ionosabb, a K + ion formájában pedig a nátriumnál kisebb polarizáló hatású, nagy mérete miatt. A természetes keverék három izotópból áll: 39 K, 40 K, 41 K. Ezek közül az egyik 40 K. ‑ radioaktív, és az ásványok és a talaj radioaktivitásának bizonyos hányada ennek az izotópnak a jelenlétéhez kapcsolódik. Felezési ideje hosszú - 1,32 milliárd év. A kálium jelenlétének meghatározása egy mintában meglehetősen egyszerű: a fém és vegyületeinek gőzei lilás-vörösre varázsolják a lángot. Az elem spektruma meglehetősen egyszerű, és bizonyítja az 1e jelenlétét - a 4s pályán. Ennek tanulmányozása szolgált az egyik alapjául ahhoz, hogy általános mintákat találjunk a spektrumok szerkezetében.
1861-ben Robert Bunsen egy új elemet fedezett fel, miközben spektrális elemzéssel tanulmányozta az ásványvízforrások sóját. Jelenlétét sötétvörös vonalak bizonyították a spektrumban, amit más elemek nem adtak meg. E vonalak színe alapján az elemet rubídiumnak (rubidus-sötétvörösnek) nevezték el. 1863-ban R. Bunsen ezt a fémet a rubídium-tartarát (tartársó) kormmal való redukálásával kapta meg tiszta formájában. Az elem sajátossága az atomjainak enyhe ingerlékenysége. Az ebből származó elektronkibocsátás a látható spektrum vörös sugarainak hatására jelenik meg. Ennek oka az atomi 4d és 5s pályák energiáinak kis különbsége. A stabil izotópokkal rendelkező lúgos elemek közül a rubídium (mint a cézium) az egyik legnagyobb atomsugárral és alacsony ionizációs potenciállal rendelkezik. Ilyen paraméterek határozzák meg az elem természetét: nagy elektropozitivitás, extrém kémiai aktivitás, alacsony olvadáspont (39 0 C) és alacsony ellenállás a külső hatásokkal szemben.
A cézium felfedezése a rubídiumhoz hasonlóan spektrális analízishez kapcsolódik. 1860-ban R. Bunsen két élénkkék vonalat fedezett fel a spektrumban, amelyek nem tartoztak egyetlen akkor ismert elemhez sem. Innen származik a "caesius" (caesius) név, ami azt jelenti, hogy égszínkék. Ez az alkálifém alcsoport utolsó eleme, amely még mérhető mennyiségben megtalálható. A legnagyobb atomsugár és a legkisebb első ionizációs potenciál határozza meg ennek az elemnek a természetét és viselkedését. Kifejezett elektropozitivitása és kifejezett fémes tulajdonságai vannak. A külső 6s-elektron adományozásának vágya ahhoz a tényhez vezet, hogy minden reakciója rendkívül hevesen megy végbe. Az atomok enyhe ingerlékenységéért az 5d és 6s atompályák energiáinak kis eltérése a felelős. A cézium elektronikus emissziója láthatatlan hatására figyelhető meg infravörös sugarak(termikus). Az atom szerkezetének ez a tulajdonsága határozza meg a jót elektromos vezetőképesség jelenlegi. Mindezek nélkülözhetetlenné teszik a céziumot az elektronikai eszközökben. BAN BEN Utóbbi időben egyre nagyobb figyelmet fordítanak a céziumplazmára, mint a jövő üzemanyagára, illetve a termonukleáris fúzió problémájának megoldása kapcsán.
A levegőben a lítium nemcsak oxigénnel, hanem nitrogénnel is aktívan reagál, és Li 3 N-ből (legfeljebb 75%) és Li 2 O-ból álló film borítja. A fennmaradó alkálifémek peroxidokat (Na 2 O 2) és szuperoxidok (K 2 O 4 vagy KO 2).
A következő anyagok reagálnak vízzel:
Li 3 N + 3 H 2 O \u003d 3 LiOH + NH 3;
Na 2 O 2 + 2 H 2 O \u003d 2 NaOH + H 2 O 2;
K 2 O 4 + 2 H 2 O \u003d 2 KOH + H 2 O 2 + O 2.
A levegő regenerálására tengeralattjárókban és űrhajók, a harci úszók (víz alatti szabotőrök) gázálarcainak és légzőkészülékeinek szigetelőjében az "oxon" keverékét alkalmazták:
Na 2 O 2 + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + 0,5 O 2;
K 2 O 4 + CO 2 \u003d K 2 CO 3 + 1,5 O 2.
Jelenleg ez a tűzoltók gázálarcainak szigetelőanyagára szolgáló regeneráló patronok szabványos feltöltése.
Az alkálifémek hidrogénnel hevítve hidrideket képeznek:
A lítium-hidridet erős redukálószerként használják.
Hidroxidok Az alkálifémek korrodálják az üveg- és porcelánedényeket, kvarc edényekben nem melegíthetők:
SiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + H 2 O.
A nátrium- és kálium-hidroxidok nem választják le a vizet forráspontjukra (1300 0 C felett) hevítve. Egyes nátriumvegyületeket ún szóda:
a) szóda, vízmentes szóda, mosószóda vagy csak szóda - nátrium-karbonát Na 2 CO 3;
b) kristályos szóda - nátrium-karbonát kristályhidrát Na 2 CO 3. 10H2O;
c) bikarbonát vagy ivóvíz - nátrium-hidrogén-karbonát NaHCO 3;
d) nátrium-hidroxid A NaOH-t nátronlúgnak vagy marószernek nevezzük.
Az alkálifémek az IA csoportba tartozó fémek. Periodikus rendszer DI. Mendelejev - lítium (Li), nátrium (Na), kálium (K), rubídium (Rb), cézium (Cs) és francium (Fr). Az alkálifémek külső energiaszintje egy vegyértékelektronnal rendelkezik. Az alkálifémek külső energiaszintjének elektronikus konfigurációja ns 1 . Vegyületeikben egyetlen +1 oxidációs állapotot mutatnak. Az OVR-ben redukálószerek, pl. elektront adományozni.
Az alkálifémek fizikai tulajdonságai
Minden alkálifém könnyű (kis sűrűségű), nagyon lágy (a Li kivételével könnyen vágható késsel és fóliába tekerhető), alacsony a forrás- és olvadáspontja (a töltés növekedésével). alkálifém atom magja, az olvadáspont csökken).
A Li, Na, K és Rb szabad állapotban ezüstfehér fémek, a Cs aranysárga fém.
Az alkálifémeket lezárt ampullákban tárolják kerozin vagy vazelinolaj réteg alatt, mivel nagyon reakcióképesek.
Az alkálifémek magas hő- és elektromos vezetőképességgel rendelkeznek, ami a jelenlétének köszönhető fémes kötésés testközpontú kristályrács
Alkálifémek kinyerése
Az összes alkálifém előállítható sóik olvadékának elektrolízisével, azonban a gyakorlatban csak a Li és a Na nyerhető így, ami a K, Rb, Cs nagy kémiai aktivitásával jár:
2LiCl \u003d 2Li + Cl 2
2NaCl \u003d 2Na + Cl 2
Bármely alkálifém előállítható a megfelelő halogenid (klorid vagy bromid) redukálásával, Ca, Mg vagy Si redukálószerként. A reakciókat melegítés közben (600-900 °C) és vákuumban hajtjuk végre. Az alkálifémek ilyen módon történő előállításának egyenlete általános formában:
2MeCl + Ca \u003d 2Me + CaCl 2,
ahol Me egy fém.
Ismert eljárás lítium előállítására annak oxidjából. A reakciót 300 °C-ra melegítve és vákuumban hajtjuk végre:
2Li 2 O + Si + 2CaO = 4Li + Ca 2 SiO 4
A kálium beszerzése az olvadt kálium-hidroxid és a folyékony nátrium reakciójával lehetséges. A reakciót 440 °C-ra melegítve hajtjuk végre:
KOH + Na = K + NaOH
Az alkálifémek kémiai tulajdonságai
Minden alkálifém aktívan kölcsönhatásba lép a vízzel, hidroxidokat képezve. Az alkálifémek nagy kémiai aktivitása miatt a vízzel való kölcsönhatás reakcióját robbanás kísérheti. A lítium a vízzel reagál a legnyugodtabban. A reakcióegyenlet általános formában:
2Me + H 2 O \u003d 2MeOH + H 2
ahol Me egy fém.
Az alkálifémek a légköri oxigénnel kölcsönhatásba lépve számos különböző vegyületet képeznek - oxidok (Li), peroxidok (Na), szuperoxidok (K, Rb, Cs):
4Li + O 2 = 2Li 2O
2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2
Minden alkálifém hevítéskor reakcióba lép nemfémekkel (halogének, nitrogén, kén, foszfor, hidrogén stb.). Például:
2Na + Cl 2 \u003d 2NaCl
6Li + N 2 = 2Li 3 N
2Li + 2C \u003d Li 2C 2
2Na + H2 = 2NaH
Az alkálifémek képesek kölcsönhatásba lépni összetett anyagokkal (savak, ammónia, sók oldatai). Tehát, amikor az alkálifémek kölcsönhatásba lépnek ammóniával, amidok képződnek:
2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2
Az alkálifémek és sók kölcsönhatása a következő elv szerint történik - kiszorítják a kevésbé aktív fémeket (lásd a fémek aktivitási sorozatát) a sóikból:
3Na + AlCl 3 = 3NaCl + Al
Az alkálifémek savakkal való kölcsönhatása nem egyértelmű, mivel az ilyen reakciók során a fém kezdetben a savoldat vizével, az e kölcsönhatás eredményeként keletkező lúg pedig a savval reagál.
Az alkálifémek reakcióba lépnek szerves anyagokkal, például alkoholokkal, fenolokkal, karbonsavakkal:
2Na + 2C 2 H 5 OH \u003d 2C 2 H 5 ONa + H 2
2K + 2C 6 H 5 OH = 2C 6 H 5 OK + H 2
2Na + 2CH 3 COOH = 2CH 3 COONa + H 2
Kvalitatív reakciók
Minőségi reakció az alkálifémekre a láng színezése kationjaik által: Li + színezi a lángot vörösre, Na + sárgára és K +, Rb +, Cs + ibolyára.
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
| Gyakorlat | Végezzen kémiai átalakításokat Na→Na 2 O→NaOH→Na 2 SO 4 |
| Megoldás | 4Na + O 2 → 2Na 2 O Tudnunk kell, hogy az iskolai kurzusban említett nemfémek közül melyik: C, N 2, O 2 - nem lépnek reakcióba lúgokkal Si, S, P, Cl 2, Br 2, I 2, F 2 - reagálnak: Si + 2KOH + H 2 O \u003d K 2 SiO 3 + 2H 2, (hasonlóan a brómhoz és a jódhoz) 4P + 3NaOH + 3H 2O = 3NaH 2PO 2 + PH 3 Szerves kémia Triviális nevek Tudni kell, mit szerves anyag párosítsd a neveket: izoprén, divinil, vinil-acetilén, toluol, xilol, sztirol, kumol, etilénglikol, glicerin, formaldehid, acetaldehid, propionaldehid, aceton, az első hat korlátozó egybázisú sav (hangya-, ecetsav, propionsav, vajsav, valerián-kaprósav, valerián sztearinsav, palmitinsav, olajsav, linolsav, oxálsav, benzoesav, anilin, glicin, alanin. Ne keverje össze a propionsavat a propénsavval!! A legfontosabb savak sói: hangyasav - formiátok, ecetsav - acetátok, propionsav - propionátok, vajsav - butirátok, oxálsav - oxalátok. A –CH=CH 2 gyököt vinilnek hívják!! Ugyanakkor néhány szervetlen triviális név: Asztali só (NaCl), égetett mész (CaO), oltott mész (Ca(OH) 2), mészvíz (Ca(OH) 2 oldat), mészkő (CaCO 3), kvarc (más néven szilícium-dioxid vagy szilícium-dioxid - SiO 2), szén-dioxid (CO 2), szén-monoxid(CO), kén-dioxid (SO 2), barna gáz (NO 2), ivó- vagy szódabikarbóna (NaHCO 3), szódabikarbóna (Na 2 CO 3), ammónia (NH 3), foszfin (PH 3), szilán ( SiH 4), pirit (FeS 2), óleum (SO 3 oldata tömény H 2 SO 4-ben), réz-szulfát (CuSO 4 ∙5H 2 O). Néhány ritka reakció 1) Vinil-acetilén képződése:
2) Az etilén közvetlen oxidációs reakciója acetaldehiddé:
Ez a reakció abból a szempontból alattomos, hogy jól tudjuk, hogyan alakul az acetilén aldehiddé (Kucserov-reakció), és ha a láncban az etilén → aldehid átalakulás történik, akkor ez megzavarhat bennünket. Szóval ez a reakció! 3) A bután közvetlen oxidációja ecetsavvá: Ez a reakció az ecetsav ipari előállításának hátterében. 4) Lebegyev reakciója: A fenolok és az alkoholok közötti különbségek Hatalmas számú hiba az ilyen feladatokban !! 1) Nem szabad elfelejteni, hogy a fenolok savasabbak, mint az alkoholok ( O-N csatlakozás polárisabbak). Ezért az alkoholok nem lépnek reakcióba lúggal, míg a fenolok reagálnak mind a lúgokkal, mind néhány sóval (karbonátokkal, bikarbonátokkal). Például: 10.1. feladat Az alábbi anyagok közül melyek lépnek reakcióba lítiummal: a) etilénglikol, b) metanol, c) fenol, d) kumol, e) glicerin. 10.2. feladat Az alábbi anyagok közül melyek lépnek reakcióba kálium-hidroxiddal: a) etilénglikol, b) sztirol, c) fenol, d) etanol, e) glicerin. 10.3. feladat Az alábbi anyagok közül melyek lépnek reakcióba cézium-hidrogén-karbonáttal: a) etilénglikol, b) toluol, c) propanol-1, d) fenol, e) glicerin. 2) Emlékeztetni kell arra, hogy az alkoholok reagálnak hidrogén-halogenidekkel (ez a reakció a C-O kötésen keresztül megy végbe), de a fenolok nem (tartalmaznak C-O csatlakozás a konjugációs hatás miatt inaktív). diszacharidok Fő diszacharidok: szacharóz, laktóz és malátacukor a C 12 H 22 O 11 képlete megegyezik. Emlékezni kell rájuk: 1) képesek olyan monoszacharidokká hidrolizálni, amelyek a következőket alkotják: szacharóz- glükózra és fruktózra, laktóz- glükózra és galaktózra, malátacukor- két glükóz. 2) a laktóznak és a maltóznak aldehid funkciója van, azaz redukáló cukrok (különösen az „ezüst” és „réz” tükrök reakcióit adják), a szacharóz pedig, egy nem redukáló diszacharid, nem tartalmaz aldehidet. funkció. Reakció mechanizmusok Reméljük elég lesz tudást követve: 1) az alkánokra (beleértve az arének oldalláncait is, ha ezek a láncok korlátozzák) a reakciók jellemzőek szabad gyökös helyettesítés (halogénekkel), amelyek együtt járnak radikális mechanizmus (lánckezdés - szabad gyökök képződése, láncfejlődés, láncvégződés az ér falán vagy a gyökök ütközése során); 2) a reakciók jellemzőek az alkénekre, alkinekre, arénekre elektrofil addíció amelyek együtt járnak ionos mechanizmus (oktatás révén pi-komplexum És karbokáció ). A benzol jellemzői 1. A benzolt a többi aréntől eltérően nem oxidálja a kálium-permanganát. 2. A benzol és homológjai képesek belépni addíciós reakció hidrogénnel. De csak a benzol is bejuthat addíciós reakció klórral (csak benzollal és csak klórral!). Ugyanakkor minden aréna be tud lépni helyettesítési reakció halogénekkel. Zinin reakciója Nitrobenzol (vagy hasonló vegyületek) redukálása anilinné (vagy más aromás aminokká). Ez a reakció az egyik típusában szinte biztos, hogy bekövetkezik! 1. lehetőség – redukció molekuláris hidrogénnel: C 6 H 5 NO 2 + 3H 2 → C 6 H 5 NH 2 + 2H 2 O 2. lehetőség - vas (cink) és sósav reakciójával kapott redukció hidrogénnel: C 6 H 5 NO 2 + 3Fe + 7HCl → C 6 H 5 NH 3 Cl + 3FeCl 2 + 2H 2 O 3. lehetőség - hidrogénnel történő redukció, amelyet alumínium és lúg reakciójával nyernek: C 6 H 5 NO 2 + 2Al + 2NaOH + 4H 2 O → C 6 H 5 NH 2 + 2Na Amin tulajdonságok Valamiért az aminok tulajdonságaira emlékeznek a legkevésbé. Talán ez annak a ténynek köszönhető, hogy az aminokat tanulmányozzák a tanfolyamon szerves kémia utóbbiak, és tulajdonságaik más anyagosztályok tanulmányozásával nem ismételhetők meg. Ezért a recept a következő: csak tanulja meg az aminok, aminosavak és fehérjék összes tulajdonságát. |
