Щелочные металлы таблица 9 класс
К щелочным металлам относятся элементы первой группы, главной подгруппы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций .
Нахождение в природе
Из щелочных металлов наиболее широко распространены в природе натрий и калий. Но из-за высокой химической активности они встречаются только в виде соединений: Na-2,64% (по массе), K-2,5% (по массе), Li, Rb, Cs - значительно меньше, Fr - искусственно полученный элемент.
Основными источниками лития, натрия, калия являются:
Li
Na
NaCl – поваренная соль (каменная соль), галит
Na 2 SO 4 • 10H 2 O – глауберова соль (мирабилит)
NaNO 3 – чилийская селитра
K
KCl • NaCl – сильвинит
KCl • MgCl 2 • 6H 2 O – карналлит
K 2 O • Al 2 O 3 • 6SiO 2 – полевой шпат (ортоклаз)
Литий, натрий, калий, рубидий в свободном состоянии серебристо-белые металлы, цезий имеет золотисто-желтый цвет. Все металлы очень мягкие и пластичные. Наибольшей твердостью обладает литий, остальные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.
В кристаллическом состоянии все они имеют объёмно-центрированную кристаллическую решетку с металлическим типом химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность.
Все щелочные металлы имеют небольшую плотность, самый легкий металл – литий, его плотность составляет всего 0,53 г/см 3 .
Металлы имеют достаточно низкие температуры плавления и кипения, причем с увеличением порядкового номера элемента температура плавления металла понижается.
Все металлы очень активны, поэтому их хранят в запаянных ампулах, под слоем вазелинового масла или керосина.
Некоторые физические свойства щелочных металлов приведены в таблице.
Электронное строение атомов
На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют один электрон ns 1 . Поэтому для всех металлов группы IA характерна степень окисления +1.
Этим объясняется сходство свойств всех щелочных металлов.
Для них (сверху вниз по группе) с увеличением порядкового номера атомный радиус увеличивается, способность отдавать валентные электроны увеличивается, и восстановительная активность увеличивается.
Химические свойства
Типичные металлы, очень сильные восстановители. В соединениях проявляют единственную степень окисления +1.
Восстановительная способность увеличивается с ростом атомной массы. Все соединения имеют ионный характер, почти все растворимы в воде.
Гидроксиды ROH – щёлочи, сила их возрастает с увеличением атомной массы металла.
Воспламеняются на воздухе при умеренном нагревании. Продукты сгорания чаще всего пероксиды R 2 O 2 .
С водородом образуют солеобразные гидриды RH.
Восстановительная способность увеличивается в ряду Li–Na–K–Rb–Cs
РЕАКЦИИ С ПРОСТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
1. Реакция с кислородом:
Для получения оксида из пероксида (надпероксида) щелочного металла:
На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.).
2. В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения:
2Li + Cl 2 → 2LiCl -1 (галогениды)
2Na + S → Na 2 S -2 (сульфиды)
2Na + H 2 → 2NaH -1 (гидриды)
6Li + N 2 → 2Li 3 N -3 (нитриды)
2Li + 2C → Li 2 C 2 -1 (карбиды)
РЕАКЦИИ СО СЛОЖНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
1. Активно взаимодействуют с водой:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2
2. Реакция с кислотами - неокислителями (H 2 S, H 3 PO 4 , H 2 SiO 3 и др., исключение – HNO 3 ) :
2Na + 2HCl = 2NaCl + H 2
3. C кислотами-окислителями образуются три продукта-водород не вытесняется:
8Na + 5 H 2 SO 4 (конц.) = 4Na 2 SO 4 + H 2 S↑ + 4H 2 O,
8Na + 10 HNO 3 (конц.) = 8NaNO 3 + N 2 O↑ + 5H 2 O,
8Na + 9 HNO 3 (разб.) = 8NaNO 3 + NH 3 ↑ + 3H 2 O,
8Na + 10 HNO 3 (оч. разб.) = 8NaNO 3 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
4. Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета:
K + , Rb + и Cs + – фиолетовый
Получение
Т.к. щелочные металлы - это самые сильные восстановители, их можно восстановить из соединений только при электролизе расплавов солей:
Щелочные и щелочноземельные металлы
Наиболее активными среди металлической группы являются щелочные и щелочноземельные металлы. Это мягкие лёгкие металлы, вступающие в реакции с простыми и сложными веществами.
Общее описание
Активные металлы занимают первую и вторую группы периодической таблицы Менделеева. Полный список щелочных и щелочноземельных металлов:
Электронная конфигурация щелочных металлов – ns 1 , щелочноземельных металлов – ns 2 .
Соответственно, постоянная валентность щелочных металлов – I, щелочноземельных – II. За счёт небольшого количества валентных электронов на внешнем энергетическом уровне активные металлы проявляют мощные свойства восстановителя, отдавая внешние электроны в реакциях. Чем больше энергетических уровней, тем меньше связь с внешних электронов с ядром атома. Поэтому металлические свойства возрастают в группах сверху вниз.
Из-за активности металлы I и II групп находятся в природе только в составе горных пород. Чистые металлы выделяют с помощью электролиза, прокаливания, реакции замещения.
Физические свойства
Щелочные металлы имеют серебристо-белый цвет с металлическим блеском. Цезий – серебристо-жёлтый металл. Это наиболее активные и мягкие металлы. Натрий, калий, рубидий, цезий режутся ножом. По мягкости напоминают воск.
Рис. 2. Разрезание натрия ножом.
Щелочноземельные металлы имеют серый цвет. По сравнению со щелочными металлами являются более твёрдыми, плотными веществами. Ножом можно разрезать только стронций. Самый плотный металл – радий (5,5 г/см 3 ).
Наиболее лёгкими металлами являются литий, натрий и калий. Они плавают на поверхности воды.
Химические свойства
Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с простыми веществами и сложными соединениями, образуя соли, оксиды, щёлочи. Основные свойства активных металлов описаны в таблице.
Взаимодействие
Щелочные металлы
Щелочноземельные металлы
Самовоспламеняются на воздухе. Образуют надпероксиды (RO2), кроме лития и натрия. Литий образует оксид при нагревании выше 200°C. Натрий образует смесь пероксида и оксида.
На воздухе быстро образуются защитные оксидные плёнки. При нагревании до 500°С самовоспламеняются.
Реагируют при нагревании с серой, водородом, фосфором:
С азотом реагирует только литий, с углеродом – литий и натрий:
Реагируют при нагревании:
Бурно реагируют с образованием галогенидов:
Образуются щёлочи. Чем ниже металл расположен в группе, тем более активно протекает реакция. Литий взаимодействует спокойно, натрий горит жёлтым пламенем, калий – со вспышкой, цезий и рубидий взрываются.
Менее активно, чем щелочные металлы, реагируют при комнатной температуре:
Со слабыми и разбавленными кислотами реагируют с взрывом. С органическими кислотами образуют соли.
Из всех металлов реагирует только бериллий:
Вступают в реакцию все металлы, кроме бериллия. Замещают менее активные металлы:
2Mg + ZrO2 → Zr + 2MgO
Рис. 3. Реакция калия с водой.
Щелочные и щелочноземельные металлы можно обнаружить с помощью качественной реакции. При горении металлы окрашиваются в определённый цвет. Например, натрий горит жёлтым пламенем, калий – фиолетовым, барий – светло-зелёным, кальций – тёмно-оранжевым.
Что мы узнали?
Щелочные и щелочноземельные – наиболее активные металлы. Это мягкие простые вещества серого или серебристого цвета с небольшой плотностью. Литий, натрий, калий плавают на поверхности воды. Щелочноземельные металлы более твёрдые и плотные, чем щелочные. На воздухе быстро окисляются. Щелочные металлы образуют надпероксиды и пероксиды, оксид образует только литий. Бурно реагируют с водой при комнатной температуре. С неметаллами реагируют при нагревании. Щелочноземельные металлы вступают в реакцию с оксидами, вытесняя менее активные металлы. Со щелочами реагирует только бериллий .
Щелочные металлы
Наиболее активными среди металлов являются щелочные металлы. Они активно вступают в реакции с простыми и сложными веществами.
Общие сведения
Щелочные металлы находятся в I группе периодической таблицы Менделеева. Это мягкие одновалентные металлы серо-серебристого цвета с небольшой температурой плавления и невысокой плотностью. Проявляют единственную степень окисления +1, являясь восстановителями. Электронная конфигурация – ns 1 .
Рис. 1. Натрий и литий.
Общая характеристика металлов I группы приведена в таблице.
Список щелочных металлов
Формула
Номер
Период
ρ, г/см 3
Активные металлы быстро реагируют с другими веществами, поэтому в природе находятся только в составе минералов.
Получение
Для получения чистого щелочного металла используется несколько способов:
электролиз расплавов, чаще всего хлоридов или гидроксидов –
прокаливание соды (карбоната натрия) с углём для получения натрия –
восстановление кальцием рубидия из хлорида при высоких температурах –
Взаимодействие
Свойства щелочных металлов обусловлены их строением. Находясь в первой группе периодической таблицы, они имеют всего один валентный электрон на внешнем энергетическом уровне. Единственный электрон легко переходит к атому окислителя, что способствует быстрому вступлению в реакцию.
Металлические свойства увеличиваются в таблице сверху вниз, поэтому литий расстаётся с валентным электроном труднее, чем франций. Литий – наиболее твёрдый элемент среди всех щелочных металлов. Реакция лития с кислородом проходит только под воздействием высокой температуры. С водой литий реагирует значительно медленнее, чем остальные металлы группы.
Общие химические свойства представлены в таблице.
Реакция
Продукты
Уравнение
Оксид (R2O) образует только литий. Натрий образует смесь оксида и пероксида (R2O2). Остальные металлы образуют надпероксиды (RO2)
2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑
С азотом (реагирует только литий при комнатной температуре)
С углеродом (реагируют только литий и натрий)
При качественной реакции имеют разный цвет пламени. Литий горит малиновым, натрий – жёлтым, цезий – розово-фиолетовым пламенем. Оксиды щелочных металлов также имеют разный цвет. Натрий становится белым, рубидий и калий – жёлтыми.
Рис. 2. Качественная реакция щелочных металлов.
Применение
Простые металлы и их соединения используются для изготовления лёгких сплавов, металлических деталей, удобрений, соды и других веществ. Рубидий и калий используются в качестве катализаторов. Пары натрия применяются в люминесцентных лампах. Не имеет практического применения только франций из-за радиоактивных свойств. Как используют элементы I группы кратко описано в таблице применения щелочных металлов.
Область применения
Применение
– Натрий ускоряет реакцию при производстве каучука;
– гидроксид калия и натрия – производство мыла;
– карбонат натрия и калия – изготовление стекла, мыла;
– гидроксид натрия – изготовление бумаги, мыла, ткани;
– нитрат калия – производство удобрений
– Хлорид натрия – поваренная соль;
– гидрокарбонат натрия – питьевая сода
Калий и натрий являются восстановителями при получении титана, циркония, урана
– Расплавы калия и натрия используются в атомных реакторах и авиационных двигателях;
– литий используется для производства аккумуляторов
Цезий – производство фотоэлементов
Авиация и космонавтика
Сплавы из алюминия и лития используются для корпусов машин и ракет
Рис. 3. Питьевая сода.
Из урока 9 класса узнали об особенностях щелочных металлов. Они находятся в I группе таблицы Менделеева и при реакциях отдают один валентный электрон. Это мягкие металлы, легко вступающие в химические реакции с простыми и сложными веществами – галогенами, неметаллами, кислотами, водой. В природе встречаются только в составе других веществ, поэтому для их извлечения используется электролиз или реакция восстановления. Применяются в промышленности, строительстве, металлургии, энергетике.
Химические свойства щелочных и щелочноземельных металлов
Химические свойства щелочных и щелочноземельных металлов схожи. На внешнем энергетическом уровне щелочных металлов находится один электрон, щелочноземельных – два. При реакциях металлы легко расстаются с валентными электронами, проявляя свойства сильного восстановителя.
Щелочные
В I группу периодической таблицы входят щелочные металлы:
Они отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), низкими температурами плавления и кипения. Это наиболее активные металлы.
Химические свойства щелочных металлов представлены в таблице.
Особенности
Быстро окисляются на воздухе. Литий образует оксид при температуре выше 200°C. Натрий образует смесь – 80 % пероксида (R2O2) и 20 % оксида. Остальные металлы образуют надпероксиды (RO2)
Реагирует только литий при комнатной температуре
Реакция проходит бурно
При нагревании. Образуют сульфиды, гидриды, фосфиды, силициды. С углеродом реагируют только литий и натрий, образуя карбиды
Спокойно реагирует только литий. Натрий горит жёлтым пламенем. Калий реагирует со вспышкой. Цезий и рубидий взрываются
С соляной, фосфорной, разбавленной серной кислотами реагируют с взрывом. При реакции с концентрированной серной кислотой выделяется сероводород, с концентрированной азотной кислотой образует оксид азота (I), с разбавленной азотной кислотой – азот
– 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2;
Могут реагировать с органическими кислотами и спиртами.
Щелочноземельные
Во II группе таблицы Менделеева находятся щелочноземельные металлы:
- бериллий;
- магний;
- кальций;
- стронций;
- барий;
- радий.
Рис. 2. Щелочноземельные металлы.
В отличие от щелочных металлов они более твёрдые. Ножом можно разрезать только стронций. Наиболее плотный металл – радий (5,5 г/см 3 ).
Бериллий взаимодействует с кислородом только при нагревании до 900°С. С водородом и водой не реагирует при любых условиях. Магний окисляется при температуре 650°С и взаимодействует с водородом под высоким давлением.
В таблице отражены основные химические свойства щелочноземельных металлов.
Образуют оксидные плёнки. При нагревании до 500°С самовоспламеняются
При высокой температуре образуют гидриды
С галогенами и неметаллами
Реагируют при нагревании
При комнатной температуре
Реагируют все металлы с образованием солей
Реагирует только бериллий
Замещают менее активные металлы в оксидах. Исключение – бериллий
Ионы щелочных и щелочноземельных металлов в солях легко обнаружить по изменению цвета пламени. Соли натрия горят жёлтым пламенем, калия – фиолетовым, рубидия – красным, кальция – кирпично-красным, бария – жёлто-зелёным. Соли этих металлов используют для создания фейерверков.
Рис. 3. Качественная реакция.
Щелочные и щелочноземельные металлы – активные элементы периодической таблицы, вступающие в реакции с простыми и сложными веществами. Щелочные металлы более мягкие, бурно реагируют с водой и галогенами, легко окисляются на воздухе, образуя оксиды, пероксиды, надпероксиды, взаимодействуют с кислотами и аммиаком. При нагревании вступают в реакцию с неметаллами. Щелочноземельные металлы реагируют с неметаллами, кислотами, водой. Бериллий не взаимодействует с водородом и водой, но реагирует со щелочами и с кислородом при высокой температуре.
Химические свойства металлов в таблице, общее применение (9 класс, химия)
Металлы – активные восстановители с положительной степенью окисления. Благодаря химическим свойствам металлы широко используются в промышленности, металлургии, медицине, строительстве.
Активность металлов
В реакциях атомы металлов отдают валентные электроны и окисляются. Чем больше энергетических уровней и меньше электронов имеет атом металла, тем легче ему отдавать электроны и вступать в реакции. Поэтому металлические свойства увеличиваются сверху вниз и справа налево в таблице Менделеева.
Рис. 1. Изменение металлических свойств в таблице Менделеева.
Активность простых веществ показана в электрохимическом ряду напряжений металлов. Слева от водорода находятся активные металлы (активность увеличивается к левому краю), справа – неактивные.
Наибольшую активность проявляют щелочные металлы, находящиеся в I группе периодической таблицы и стоящие левее водорода в электрохимическом ряду напряжений. Они вступают в реакцию со многими веществами уже при комнатной температуре. За ними идут щелочноземельные металлы, входящие во II группу. Они реагируют с большинством веществ при нагревании. Металлы, находящиеся в электрохимическом ряду от алюминия до водорода (средней активности) требуют дополнительных условий для вступления в реакции.
Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.
Некоторые металлы проявляют амфотерные свойства или двойственность. Металлы, их оксиды и гидроксиды реагируют с кислотами и основаниями. Большинство металлов реагирует только с некоторыми кислотами, замещая водород и образуя соль. Наиболее ярко выраженные двойственные свойства проявляют:
- алюминий;
- свинец;
- цинк;
- железо;
- медь;
- бериллий;
- хром.
Каждый металл способен вытеснять стоящий правее него в электрохимическом ряду другой металл из солей. Металлы, находящиеся слева от водорода, вытесняют его из разбавленных кислот.
Свойства
Особенности взаимодействия металлов с разными веществами представлены в таблице химических свойств металлов.
Большинство металлов образует оксидные плёнки. Щелочные металлы самовоспламеняются в присутствии кислорода. При этом натрий образует пероксид (Na2O2), остальные металлы I группы – надпероксиды (RO2). При нагревании щелочноземельные металлы самовоспламеняются, металлы средней активности – окисляются. Во взаимодействие с кислородом не вступают золото и платина
– 4Al + 3O2 → 2Al2O3;
При комнатной температуре реагируют щелочные, при нагревании – щелочноземельные. Бериллий не вступает в реакцию. Магнию дополнительно необходимо высокое давление
Только активные металлы. Литий вступает в реакцию при комнатной температуре. Остальные металлы – при нагревании
Читайте также: