Csoport → | egy | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
↓ Időszak | |||||||
2 |
| ||||||
3 |
| ||||||
négy |
| ||||||
5 |
| ||||||
6 |
| ||||||
7 |
| ||||||
Az alkálifémek a kémiai elemek periódusos rendszerének 1. csoportjának elemei (az elavult besorolás szerint az I. csoport fő alcsoportjának elemei) [2] : lítium Li, nátrium Na, kálium K, rubídium Rb, cézium Cs, francium Fr. A feltételezett 119. egyesülési elem , felfedezése esetén a külső elektronhéj szerkezete alapján szintén alkálifémek közé sorolandó. Amikor az alkálifémeket vízben oldják , oldható hidroxidok képződnek , amelyeket lúgoknak neveznek .
A periódusos rendszerben közvetlenül az inert gázokat követik, így az alkálifém atomok szerkezeti sajátossága , hogy a külső energiaszinten egy elektront tartalmaznak: elektronkonfigurációjuk ns 1 . Nyilvánvalóan az alkálifémek vegyértékelektronjai könnyen eltávolíthatók, mert energetikailag előnyös , ha egy atom elektront ad és inert gáz konfigurációt vesz fel . Ezért minden alkálifém redukáló tulajdonságokkal rendelkezik . Ezt igazolja ionizációs potenciáljuk ( a céziumatom ionizációs potenciálja a legalacsonyabb) és elektronegativitásuk (EO) alacsony értéke. Ennek következtében a legtöbb vegyületben az alkálifémek egyszeresen töltött kationokként vannak jelen . Vannak azonban olyan vegyületek is, ahol az alkálifémeket anionok képviselik (lásd Alkalidok ).
Az alkálifémek néhány atomi és fizikai tulajdonságai
atomszám _ |
Név, szimbólum |
Természetes izotópok száma | Atomtömeg | Ionizációs energia , kJ mol −1 | Elektronaffinitás , kJ mol −1 | EO | Δ H diss , kJ mol −1 | Fém. sugár, nm | Ionsugár (cn 6), nm | t pl , °C |
t bála , °C |
Sűrűség , g/cm³ |
Δ H pl , kJ mol −1 | Δ H kip , kJ mol −1 | Δ H arr , kJ mol −1 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3 | lítium Li | 2 | 6.941 (2) | 520.2 | 59.8 | 0,98 | 106.5 | 0,152 | 0,076 | 180,6 | 1342 | 0,534 | 2.93 | 148 | 162 |
tizenegy | Nátrium-Na | egy | 22.989768(6) | 495,8 | 52.9 | 0,93 | 73.6 | 0,186 | 0,102 | 97.8 | 883 | 0,968 | 2.64 | 99 | 108 |
19 | Kálium K | 2+1 a | 39.0983(1) | 418.8 | 46.36 | 0,82 | 57.3 | 0,227 | 0,138 | 63.07 | 759 | 0,856 | 2.39 | 79 | 89.6 |
37 | Rubidium Rb | 1+1 a | 85.4687 (3) | 403,0 | 46,88 | 0,82 | 45.6 | 0,248 | 0,152 | 39.5 | 688 | 1.532 | 2.20 | 76 | 82 |
55 | Cesium Cs | egy | 132.90543(5) | 375,7 | 45.5 | 0,79 | 44,77 | 0,265 | 0,167 | 28.4 | 671 | 1.90 | 2.09 | 67 | 78.2 |
87 | Francium Fr | 2 a | (223) | 380 | (44,0) | 0.7 | — | — | 0,180 | húsz | 690 | 1.87 | 2 | 65 | — |
a Radioaktív izotópok: 40 K, T 1/2 = 1,277 10 9 év ; 87 Rb, T 1/2 = 4,75 10 10 év ; 223 Fr, T 1/2 = 21,8 perc ; 224 Fr, T 1/2 = 3,33 perc .
Az alcsoportba tartozó összes fém ezüstfehér (az ezüstsárga cézium kivételével ), nagyon puhák, szikével vághatók. A lítium , a nátrium és a kálium könnyebb, mint a víz , és a felületén lebeg, és reagál vele.
Lítium
Nátrium
Kálium
Rubídium
Cézium
Sok ásvány tartalmaz alkálifémeket. Például az ortoklász vagy földpát kálium-alumínium-szilikát K 2 [Al 2 Si 6 O 16 ]-ból áll, amely egy hasonló, nátriumot - albitot tartalmazó ásvány - Na 2 [Al 2 Si 6 O 16 ] összetételű. A tengervíz nátrium -klorid NaCl-t, a talaj pedig káliumsókat tartalmaz - szilvin KCl , szilvinit NaCl KCl , karnallit KCl MgCl 2 6H 2 O , polihalit K 2 SO 4 MgSO 4 CaSO 4 2H 2 O.
Az alkálifémek vízzel, oxigénnel és néha nitrogénnel ( Li ) szembeni nagy reakciókészsége miatt kerozinréteg alatt tárolódnak . Az alkálifémekkel való reakció végrehajtásához egy szükséges méretű darabot óvatosan le kell vágni egy szikével egy kerozinréteg alatt, a fémfelületet alaposan megtisztítják a levegővel argon atmoszférában való kölcsönhatás termékeitől, és csak majd a mintát a reakcióedénybe helyezzük.
Az alkálifémek fontos tulajdonsága a vízhez viszonyított nagy aktivitásuk. A lítium a vízzel reagál a legnyugodtabban ( robbanás nélkül ):
Hasonló reakció végrehajtásakor a nátrium sárga lánggal ég, és kis robbanás következik be. A kálium még aktívabb: ebben az esetben a robbanás sokkal erősebb, és a láng lilára színeződik.
Az alkálifémek levegőben lévő égéstermékei a fém aktivitásától függően eltérő összetételűek.
A nátrium- és kálium-oxidok előállításához a hidroxid, peroxid vagy szuperoxid keverékét fémfelesleggel hevítik oxigén hiányában:
Az alkálifémek oxigénvegyületeire a következő szabályszerűség jellemző: az alkálifém- kation sugarának növekedésével az O peroxidiont tartalmazó oxigénvegyületek stabilitása nő.2-2
_és szuperoxid ion O−
2.
A nehéz alkálifémekre jellemző az EO 3 összetételű, meglehetősen stabil ózonidok képződése . Minden oxigénvegyületnek különböző színe van, amelyek intenzitása a Li -től Cs -ig terjedő sorozatban növekszik :
Az oxigénvegyület képlete |
Szín |
---|---|
Li2O _ _ | fehér |
Na2O _ _ | fehér |
K2O _ _ | Sárgás |
Rb2O _ _ | Sárga |
Cs2O _ _ | narancssárga |
Na2O2 _ _ _ | világos sárga |
KO 2 | narancssárga |
RbO2_ _ | sötétbarna _ |
CsO2_ _ | Sárga |
Az alkálifém-oxidok a bázikus oxidok összes tulajdonságával rendelkeznek : reagálnak vízzel, savas oxidokkal és savakkal :
A peroxidok és szuperoxidok erős oxidálószerek tulajdonságait mutatják :
A peroxidok és szuperoxidok intenzív kölcsönhatásba lépnek a vízzel, hidroxidokat képezve:
Az alkálifémek sok nemfémmel reagálnak . Hevítéskor hidrogénnel hidrideket , halogénekkel , kénnel , nitrogénnel , foszforral , szénnel és szilíciummal egyesülve halogenideket , szulfidokat , nitrideket , foszfidokat , karbidokat és szilicideket képeznek :
Hevítéskor az alkálifémek képesek reagálni más fémekkel intermetallikus vegyületeket képezve . Az alkálifémek aktívan (robbanással) reagálnak savakkal .
Az alkálifémek folyékony ammóniában és származékaiban - aminokban és amidokban oldódnak :
Folyékony ammóniában oldva egy alkálifém elektront veszít , amelyet az ammónia molekulák szolvatálnak, és az oldat kék színt ad. A keletkező amidokat a víz könnyen lebontja lúg és ammónia képződésével:
Az alkálifémek kölcsönhatásba lépnek szerves anyagokkal, alkoholokkal ( alkoholátokat képezve ) és karbonsavakkal ( sókat képezve ):
Mivel az alkálifémek ionizációs potenciálja kicsi, ha egy fémet vagy vegyületeit lángban hevítjük, egy atom ionizálódik, ami a lángot egy bizonyos színre színezi:
Lángfestés alkálifémekkel
és vegyületeikkel
alkálifém | láng színe |
---|---|
Li | kárminvörös |
Na | Sárga |
K | Ibolya |
Rb | barna vörös |
Cs | lila vörös |
Az alkálifémek előállításához elsősorban halogenidjeik olvadékainak elektrolízisét alkalmazzák , leggyakrabban kloridokat , amelyek természetes ásványokat képeznek :
katód : anód :Néha az alkálifémek előállításához hidroxidok olvadékainak elektrolízisét végzik :
katód: anód:Egy alkálifém redukálható a megfelelő kloridból vagy bromidból kalciummal , magnéziummal , szilíciummal és más redukálószerekkel, ha vákuumban 600-900 °C-ra hevítik:
Ahhoz, hogy a reakció a megfelelő irányba haladjon, a keletkező szabad alkálifémet (M) desztillációval el kell távolítani. Hasonlóképpen lehetséges a cirkónium redukciója kromátból . Ismert eljárás nátrium előállítására karbonátból szénnel 1000 °C-on mészkő jelenlétében .
Mivel az alkálifémek a hidrogéntől balra helyezkednek el az elektrokémiai feszültségsorokban , lehetetlen ezeket elektrolitikus úton előállítani vizes sóoldatokból; ilyenkor a megfelelő lúgok és hidrogén keletkeznek.
Az alkálifém- hidroxidok előállításához elsősorban elektrolitikus eljárásokat alkalmaznak. A legszélesebb körben a nátrium-hidroxid előállítása konyhasó tömény vizes oldatának elektrolízisével :
katód : anód :Korábban a lúgot cserereakcióval nyerték:
Az így kapott lúg erősen szennyezett szódával Na 2 CO 3 -mal .
Az alkálifém - hidroxidok fehér higroszkópos anyagok , amelyek vizes oldatai erős bázisok . Részt vesznek minden , a bázisokra jellemző reakcióban - reagálnak savakkal, savakkal és amfoter oxidokkal , amfoter hidroxidokkal :
Az alkálifém-hidroxidok hevítéskor bomlás nélkül szublimálódnak , kivéve a lítium-hidroxidot , amely a II. főcsoportba tartozó fémek hidroxidjaihoz hasonlóan kalcinálva oxiddá és vízzé bomlik :
A nátrium-hidroxidot szappanok , szintetikus mosószerek , mesterséges szálak, szerves vegyületek, például fenol készítésére használják .
Fontos alkálifémet tartalmazó termék a szóda Na 2 CO 3 . A fő mennyiségű szódát világszerte a XX. század elején javasolt Solvay-módszer szerint állítják elő. A módszer lényege a következő: a NaCl vizes oldatát , amelyhez ammóniát adunk, 26-30 °C hőmérsékleten szén-dioxiddal telítjük. Ebben az esetben egy rosszul oldódó nátrium- hidrogén- karbonát képződik , amelyet szódabikarbónának neveznek :
Ammóniát adnak hozzá, hogy semlegesítsék a savas környezetet, amely akkor keletkezik, amikor szén-dioxidot juttatnak az oldatba, és előállítják a nátrium-hidrogén-karbonát kicsapásához szükséges HCO 3 -hidrogén - karbonát-iont. A szódabikarbóna leválasztása után az ammónium-kloridot tartalmazó oldatot mésszel felmelegítjük, és ammónia szabadul fel, amely visszakerül a reakciózónába:
Így a szódagyártás ammóniás módszerével az egyetlen hulladék a kalcium-klorid , amely oldatban marad és korlátozottan használható.
A nátrium-hidrogén-karbonát kalcinálása során szódabikarbónát vagy mosást kapnak , és a nátrium-hidrogén-karbonát előállítása során Na 2 CO 3 - ot és széndioxidot kapnak :
A szóda fő fogyasztója az üvegipar.
Ellentétben a gyengén oldódó savas NaHCO 3 sóval , a kálium-hidrogén-karbonát KHCO 3 jól oldódik vízben, ezért kálium-karbonátot vagy hamuzsírt , K 2 CO 3 -ot kapunk szén-dioxid kálium-hidroxid-oldat hatására :
A hamuzsírt üveg és folyékony szappan gyártásához használják .
A lítium az egyetlen alkálifém , amelyhez nem állítottak elő bikarbonátot. Ennek a jelenségnek az oka a lítium -ion nagyon kicsi sugara , amely nem teszi lehetővé, hogy egy meglehetősen nagy HCO-iont megtartson.−
3.
Minden alkálifém nagyon aktív, amikor kölcsönhatásba lép vízzel, oxigénnel, halogénekkel és más vegyületekkel. A vízzel való kölcsönhatás különösen veszélyes, mivel a reakciótermékek maró lúgok, és hatalmas energiafelszabadulás következik be, amelyet tüzes villanás (kálium esetén) vagy robbanás (rubídium vagy cézium esetében) kísér. Ezért a velük való munkavégzés során be kell tartani a biztonsági szabályokat. A munkát kizárólag latex kesztyűben szabad végezni, védőszemüveg viselése is szükséges. A kísérletekben csak kis mennyiségeket használnak, amelyeket fogóval manipulálnak; az elreagálatlan alkálifém-maradványok (például nátrium vagy kálium) esetében vízmentes alkoholban történő ártalmatlanítást alkalmaznak. A rubídiumot és a céziumot rendkívül magas kémiai aktivitásuk (robbanékony) miatt gyakorlatilag nem használják kísérletekben. Az alkálifémeket kerozinréteg alatt tárolják hermetikusan lezárt edényekben. Az alkálifémeket nem lehet vízzel eloltani, mivel a reakciót robbanás kíséri. Az alkálifém-maradványokat etil-alkohollal távolítják el.
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
alkálifémek | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
|
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Periódusos táblázat | |
---|---|
Formátumok |
|
A tételek listája szerint | |
Csoportok | |
Időszakok | |
A kémiai elemek családjai |
|
Periódusos táblázat blokk | |
Egyéb | |
|