1.4. Химические свойства щелочных металлов

Все щелочные металлы чрезвычайно активны, во всех химических реакциях проявляют восстановительные свойства, отдают свой единственный валентный электрон, превращаясь в положительно заряженный катион:

Mе⁰ -   Mе⁺

В качестве окислителей могут выступать простые вещества – неметаллы, оксиды, кислоты, соли, органические вещества.

а) Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

• оксид образует только литий:

4Li + O₂ = 2Li₂O,

• натрий образует пероксид:

2Na + O₂ = Na₂O₂,

• калий, рубидий и цезий – надпероксид:

K + O₂ = KO₂.

• С галогенами все щелочные металлы образуют галогениды:

2Na + Cl₂ = 2NaCl.

Взаимодействие с водородом, серой, фосфором, углеродом, кремнием протекает при нагревании:

• с водородом образуются гидриды:

2Na + H₂ = 2NaH,

• с серой – сульфиды:

2K + S = K₂S,

• с фосфором – фосфиды:

3K + P = K₃P,

• с кремнием – силициды:

4Cs + Si = Cs₄Si,

• с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

2Li + 2C = Li₂C₂,

калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом.

• С азотом легко реагирует только литий, реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

6Li + N₂ = 2Li₃N.

б) Взаимодействие с водой

Все щелочные металлы реагируют с водой, литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

2Mе + 2H₂O = 2MеOH + H₂.

в) Взаимодействие с кислотами

Щелочные металлы способны реагировать с разбавленными кислотами с выделением водорода, однако реакция будет протекать неоднозначно, поскольку металл будет реагировать и с водой, а затем образующаяся щелочь будет нейтрализоваться кислотой.

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Взаимодействие щелочных металлов с кислотами практически всегда сопровождается взрывом, и такие реакции на практике не проводятся.

г) Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

2Li + 2NH₃ = 2LiNH₂ + H₂.

д) Взаимодействие с органическими веществами

Щелочные металлы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

2Na + 2C₂H₅OH = 2C₂H₅ONa + H₂;

2K + 2C₆H₅OH = 2C₆H₅OK + H₂;

также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными арено в и другими органическими веществами.

е) Восстановление металлов из оксидов и солей

Менее активные металлы могут быть получены восстановлением щелочными металлами:

3Na + AlCl₃ = Al + 3NaCl.

1.5. Способы получения щелочных металлов

Все щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений, являются сильными восстановителями, и их получение требует высоких энергетических затрат.

Литий получают электролизом расплава хлорида лития, который образуется при переработке сподумена. Переработка сподумена – процесс довольно сложный, включает стадии получения алюмината лития, гидроксида лития и хлорида лития:

2LiCl 2Li + Cl₂.

Известен также способ получения лития из его оксида в вакууме при 300°С:

2Li₂O + Si + 2CaO = 4Li + Ca₂SiO₄.

Натрий получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl 2Na + Cl₂.

Натрий можно получить, прокаливая соду с углем в закрытых тиглях, пары металла конденсируются на крышке тигля, выход реакции невысокий:

Na₂CO₃ + 2C = 2Na + 3CO.

Калий, рубидий и цезий можно получить электролизом расплава их солей, однако на практике таким способом их не получают из-за их высокой химической активности.

Калий получают, пропуская пары натрия через расплав хлорида калия при 800 °С, выделяющие пары калия конденсируют:

KCl + Na = K + NaCl

или при взаимодействии между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием при 440 °С:

KOH + Na = K + NaOH.

Рубидий и цезий получают восстановлением их хлоридов кальцием при 700–800 °С:

2RbCl + Ca = 2Rb + CaCl₂,

в качестве восстановителя также используют цирконий, реакция протекает при 650 °С:

2Cs₂CO₃ + Zr = 4Cs + ZrO₂ + 2CO₂.