Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
изменяются закономерно,
Таблица 11.1. Некоторые физические свойства щелочных металлов
Металл Плот пост], • К) :\ Кристаллическая Темпера гура, К
к|/м;| структура
плаплеипя кипени Я
ы 0,534 Об ъе м и о центрирован'- 461 1613
ная кубическая
N41 0,97 То же 371 1163
К 0,86 » 336 1033
РЛ) 1,5 » 812 969
СЙ 1,9 » 301,5 981
Щелочные металлы очень мягкие и пластичные, легко режутся ножом. Поэтому, а также вследствие их колоссальной химической активности они как конструктивные материалы не применяются. В сплавах с другими металлами находят применение литий (модификатор алюминиевых и медных сплавов) и натрий (входит как компонент в антифрикционные сплавы свинца — безоловянистые баббиты). Низкая температура плавления натрия и калия и особенно их эвтектического сплава (285,5 К) позволяет употреблять их как теплоносители в горячих контурах атомных электростанций. Но жидкий металлический сплав № — К постепенно разрушает стенки теплообменных труб, по-видимому, за счет их растворения.
Для атомов щелочных металлов характерна малая работа выхода электрона, поэтому они используются в электронике как эмиттеры электронов для фотоэлементов, фотоумножителей и преобразователей световых сигналов в электрические (работа выхода ср-„ = 1,81 эВ для цезия, что соответствует кванту лучистой энергии видимой части света).
291
Не все щелочные металлы могут быть использованы в условиях высокой радиации. Поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов для этих металлов составляет (10"28 м2): 1л 67 ± 2; №0,49; К 1,97; №0,70; Сэ 29,0. Таким образом, Ы и Сэ— весьма сильные поглотители тепловых нейтронов и могут сами становиться активными, т. е. вступать в ядерные реакции.
Химические свойства щелочных металлов. Химические свойства элементов определяются строением их атомов и их энергетическими характеристиками. Некоторые свойства атомов приведены в табл. 11.2.
Таблица 11.2. Некоторые физико-химические свойства щелочных металлов
Металл г Электронная формула Радиусы, им Потенциал ионизации, В Электро-отрнца-гсл ь поста Электродный потенциал, В
/1" л'-
и 3 1я22л-' 0,155 0,078 5,37 0,98 -3,02
Ыа 11 2б-22/гн35' 0,189 0,098 5,12 0,93 -2,713
К 19 З^З/'ЗЛ*1 0,236 0,133 4,32 0,82 —2,92
КЬ 37 0,248 0,149 4,19 0,82 2,925
Се 55 0,268 0,165 3,86 0,79 -2,923
Малые значения первых потенциалов ионизации, большие эффективные радиусы атомов, резко сокращающиеся при образовании иона, — все это предопределяет возрастание химической активности по мере увеличения порядкового номера элемента 1.
Электроны, легко отрываясь от атомов, делают щелочные металлы хорошими ионизаторами и плазмообразователями:
Меп-ьМе+ +¦ е
До момента полного отрыва электроны проходят через ряд степеней возбуждения, вызывая образование спектральных серий, а также окрашивая пламя горелки в характерные цвета (1л — в красный, №—в желтый, К—в фиолетовый), что позволяет легко определить качественно присутствие этих металлов (при совместном присутствии необходимы светофильтры).
При химических реакциях атомы щелочных, металлов, легко теряя электроны, проявляют себя как сильнейшие восстановители:
Ме°-е~ьМе+.
Взаимодействие с элементарными окислителями. По отношению к щелочным металлам все элементы с высокой электроотрицательностью являются окислителями, в том числе и водород.
Гидриды щелочных металлов образуются непосредственным соединением металлов с водородом при нагревании и представляют собой белые кристаллические вещества:
292
2Li + H2-*2LiH
В гидридах ионы щелочных металлов имеют положительный заряд, а ионы водорода — отрицательный Н~ Эти гидриды называют еолообразными. Ввиду непрочности они являются сильнейшими восстановителями. Гидриды щелочных металлов разлагаются водой с образованием гидроксидов и водорода:
.NaH + H20->NaOH + H2f
I а л и д ы щ елочных металлов — соли, кристаллы которых обладают высокой степенью ионности и очень просты по структуре. Li Gl , NaCl, KCl, RbCl имеют элементарную кубическую кристаллическую решетку (тип NaCl), а CsCl — объемно центрированную кубическую решетку с координационным числом 8.
При непосредственном образовании галидов щелочных металлов выделяются значительные количества энергии. Кристаллогидраты образует только литий Li О • 2И20, и, кроме фторидов, все соли гигроскопичны.
Оксиды щелочных металлов энергично образуются при непосредственном контакте металлов с кислородом воздуха, поэтому щелочные металлы хранят в вакууме или под слоем углеводородов (керосин), но и при этом со временем они покрываются оксидным слоем за счет диффузии кислорода.
Кроме нормальных оксидов щелочные металлы (кроме Li ) образуют пероксиды (перекиси) и супероксиды (надперекиси), в которых между атомами кислорода сохраняются ковалентные связи (рис. 158). Эти соединения являются сильнейшими окислителями.
ма і
Рис. 158. Схема молекул оксида и пероксида натрия
Образование кислородных соединений натрия идет следующим образом:
2Ыа + 02->-№202 (горение) 2Ыа202->2Ыа20 + 02 (нагревание)
