Вопрос 52

Общая характеристика 1-А группы

К элементам главной подгруппы 1-ой группы Периодической системы относятся Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Их принято называть щелочными металлами. Эти металлы в своих рядах являются первыми, т.е. именно у них начинается заполнение электронами нового электронного слоя. Их валентную электронную конфигурацию можно в общем виде обозначить так: nS1 где п - номер периода, в котором находится металл.
Щелочные металлы имеют серебристо-белый цвет, а цезий - золотисто-желтый. Металлические К, РЬ, Сs самопроизвольно загораются на воздухе.
При комнатной температуре щелочные металлы находиться в твердом (кристаллическом) состоянии, хотя все они имеют очень невысокую температуру плавления. Первые три металла легче воды и плавают на ее поверхности, вступая в бурную реакцию: 2Ме+2Н2О=2МеОН+Н2

Щелочные металлы самые активные из всех металлов. Поэтому иногда говорят, что атомы щелочных металлов стремятся отдавать свой валентный электрон, чтобы приобрести устойчивую электронную оболочку инертного газа.). При переходе от Li к Сs активность металла, т.е. способность к химическому взаимодействию - увеличивается.

поведение изолированных атомов щелочных металлов - это одно, а их поведение в молекулах, т.е. при взаимодействии с атомами других химических элементов - это качественно другая ситуация. В молекулах атомные орбитали преобразовываются в молекулярные орбитали, валентные электроны атомов в молекуле находятся в совместном пользовании или сильно смещаются к одному из атомов вплоть до образования ионной связи.
Типичные степени окисления элементов ТА группы в различных соединениях +1.
Таким образом, имеются две степени окисления у элементов 1-А группы: О - в молекулах Ме2 и в металлическом состоянии и +1 - в соединениях (ярко выраженная ионная связь. Очень высокая химическая активность щелочных металлов обусловлена легко разрушаемой кристаллической структурой и малой плотностью.

Кислородные соединения щелочных металлов

Оксиды и пероксиды щелочных металлов

Атомы щелочных металлов (Ме) в соединениях одновалентны. Поэтому общая формула оксидов - Ме20, пероксидов - Ме202. Приведем перечень всех соединений щелочных металлов с кислородом: • Li20, • Nа2О, (пероксид), • К20, К202 (пероксид), КО2 (надпероксид), КО3 (озонид),
• Rb20, Rb202 (пероксид), Rb02 (надпероксид), • Сs20, Сs202 (пероксид), СsО2 (надпероксид).

Литий не образует пероксидов, у Nа - один пероксид, у К, Rb и Сs есть надпероксиды типа Ме02, у калия известен озонид. Все это надо учитывать при изучении взаимодействия щелочных металлов с кислородом и озоном: 4 Li + О2 = 2Li2O_ 2 Nа + O2 = Na2O2 -К + O2 = КО2.

Оксиды щелочных металлов можно получить из надпероксидов 2Ме02 = Ме202 + 02
и пероксидов: Ме202 + 2Ме = 2 Ме20.

Оксиды щелочных металлов, растворяясь в воде, дают щелочи: Ме2О + Н2О = 2 МеОН

Пероксиды и надпероксиды также реагируют с водой: Ме2О2 + 2Н2О = 2 МеОН + Н2O2,
2 МеО2 + 2Н2О = 2 МеОН + Н2О2 + O2

с кислотными оксидами и кислотами: Ме2О + SО3 = Ме2SО4, Ме2О + 2НNО3 =MeNO3 + Н2О,
Ме2О2 + Н2SО4 = Ме2SО4 + Н2О2, 4МеО2 + 2СО2 = 2Ме2СО3

пероксиды и надпероксиды являются сильными окислителями: Ме2О2 + 2FеSО4 + 2Н2SО4 = Fе2(О4)3 + Ме2SО4 + 2Н2Оно могут и сами окисляться: 5Ме2О2 + 2КМnО4 +8Н2SО4 —* —* 2МпSО4 + 5Ме2SО4 + К2SО4 + 8Н2О

Надпероксид калия поглощает СО2 и регенерирует кислород: 4КО2 + 2Н2О + 2СО2 = 4КНСО3 + O2

Гидроксиды Гидроксиды имеют общую формулу МеОН.

Получение Гидроксиды получают с помощью обменных реакций из сульфатов и карбонатов:

МеО4 + Ва(ОН)2 = ВаSО4+ 2МеОН, Ме2СО3 + Са(ОН)2 = СаСО3- + 2 МеОН,

электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов: 2 МеСI + 2 Н20 = 2 МеОН +H2 + Cl2
катод: 2Н+ + 2е = Н2 анод: 2СЁ - 2е = С12

Свойства.Галогениды щелочных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы - это самые сильные основания. Твердые щелочи очень гигроскопичны и это позволяет использовать их в качестве эффективных осушителей. Они энергично взаимодействуют с кислотными амфотерными оксидами и гидроксидами, с многоосновными кислотами могут давать кислые соли.

2А1 + 2 МеОН + 6Н2О = 2Ме[А1(ОН)4] + 3H2
Сl2 + 2МеОН = МеСI + МеСIО + Н2О,
МеОН + НСI = МеСI + Н2О,
NН4С1 + МеОН = МеСI + + Н2О,
СrСl2 + 2МеОН = Сr (ОН)2- + 2МеСI,
2 МеОН + СО2 = Ме2СО3+ H20,
2 МеОН + Н2SО4 = Ме2SО4 + 2Н2О

Натриевые соли очень широко используются в химической промышленности, их применение рассматривается в соответствующих группах неметаллов.
Калийные соли используют как удобрение и при получении стекла

Хлористый калий - КCl Является концентрированным калийным удобрением. Представляет собой белое кристаллическое вещество и легко растворяется в воде. Содержание питательного вещества K2O находится на уровне 52-62%. Основным сырьем для производства хлористого калия являются природные калийные соли (сильвинит и карналлит – соли с содержанием чистого вещества на уровне 12-15% с примесями солей натрия и магния). Хлористый калий применяют на любых почвах как основное удобрение. Особенно эффективно при использовании под корнеплоды, картофель, подсолнечник, плодовые и др. культуры. Калийные удобрения, как правило, применяются в комплексе с азотными и фосфорными удобрениями.

Калийная селитра — КNO3 Комплексное калийно-азотное удобрение. Содержит калия 45%, азота 14%. В объеме 10 см3 содержится 12,5 г (1 г занимает 0,75 см3), т.е. в стакане (200 мл) поместится 250 г, в спичечном коробке 25 г. Широко применяется в защищенном грунте: перед высадкой рассады вносят до 36 г/м2, для корневой подкормки 18-20 г/м2.

Калимагнезия - K2SO4*MgSO4 Комплексное калийно-магниевое удобрение, без содержания хлора. Применяется под хлорофобные культуры положительно отзывающиеся на магний. Содержание калия 26-32%, магния 11-18%. В объеме 10 см3 содержится 10 г (1 г занимает 1 см3), т.е. в стакане (200 мл) поместится 200 г, в спичечном коробке 20 г. Не гигроскопична, не слеживается, рассеиваемость хорошая. Применяют в виде подкормки (10 г/м2) при низком содержании в почве подвижного магния. При основном внесении норма составляет 40 г/м2.

Помимо увеличения урожайности, калийные удобрения повышают качественные характеристики выращиваемой продукции: это проявляется в повышении сопротивляемости растений к заболеваниям, повышении стойкости плодов при хранении и транспортировке, а также улучшении их вкусовых и эстетических качеств.

Калий содержится во всех растениях. Отсутствие калия приводит растение к гибели. Почти весь калий находится в растениях в ионной форме - К+. Часть ионов находится в клеточном соке, другая часть поглощена структурными элементами клетки.

Ионы калия участвуют во многих биохимических процессах, происходящих в растении. Установлено, что в клетках растений эти ионы находятся главным образом в протоплазме. В клеточном ядре они не обнаружены. Следовательно, в процессах размножения и в передаче наследственных признаков калий не участвует. Но и без этого роль калия в жизни растения велика и многообразна.

Калий входит и в плоды, и в корни, и в стебли, и в листья, причем в вегетативных органах его, как правило, больше, чем в плодах. Еще одна характерная особенность: в молодых растениях больше калия, чем в старых. Замечено также, что по мере старения отдельных органов растений ионы калия перемещаются в точки наиболее интенсивного роста.

При недостатке калия растения медленнее растут, их листья, особенно старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится тонким и непрочным, а семена теряют всхожесть.

По содержанию в организме человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся к макроэлементам, остальные – литий (10 -4%), рубидий (10-5 %) и цезий (10-4%) – микроэлементам. Щелочные металлы в виде различных соединений входят в состав тканей животных и человека. Натрий и калий – жизненно необходимые элементы, постоянно содержатся в организме, участвуют в обмене веществ. Литий, рубидий, цезий – также постоянно содержатся в организме, однако физиологическая и биохимическая роль их мало выяснена. Их можно отнести к примесным микроэлементам. В организме человека щелочные металлы находятся в виде катиона Э+. Натрий и литий накапливаются во внеклеточной жидкости; калий рубидий и цезий – во внутриклеточной. Близость натрия и лития обусловливает их взаимозамещаемость в организме. В связи с этим при избыточном введении ионов натрия и лития в организм, они способны эквивалентно замещать друг друга. На этом основано введение хлорида натрия при отравлении солями лития. Рубидий, цезий близки к калию, поэтому в живых организмах ведут себя сходным образом. При отравлении солями рубидия в организм вводят соли калия. Натрий и калий – антагонисты. Антагонизм (хим.) – явление уменьшения или снижения активности какого-либо вещества в присутствии другого. При увеличении количества натрия в организме усиливается выведение калия почками, т.е. наступает гипокалиемия.

Дата добавления: 2015-08-13