Соединение щелочных и щелочноземельных металлов.

Соединение щелочных и щелочноземельных металлов.

1. Взаимодействие с водой. Важное  свойство щелочных металлов —  их высокая активность по отношению  к воде. Наиболее спокойно (без  взрыва) реагирует с водой литий:

При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв. Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет.

2. Взаимодействие с кислородом. Продукты горения щелочных металлов  на воздухе имеют разный состав  в зависимости от активности  металла.

Только литий сгорает на воздухе с образованием оксида стехиометрического состава:

При горении натрия в основном образуется пероксид Na2O2 с небольшой примесью надпероксида NaO2:

В продуктах горения калия, рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды:

Для получения оксидов натрия и калия нагревают смеси гидроксида, пероксида или надпероксида с избытком металла в отсутствие кислорода:

Для кислородных соединений щелочных металлов характерна следующая закономерность: по мере увеличения радиуса катиона щелочного металла возрастает устойчивость кислородных соединений, содержащих пероксид-ион О22-и надпероксид-ион O2-.

Для тяжёлых щелочных металлов характерно образование довольно устойчивых озонидов состава ЭО3. Все кислородные соединения имеют различную окраску, интенсивность которой углубляется в ряду от Li до Cs:

Формула

кислородного

соединения                               Цвет

Li2O                                             Белый

Na2O                                             Белый

K2O                                             Желтоватый

Rb2O                                             Жёлтый

Cs2O                                             Оранжевый

Na2O2                                              Светло- жёлтый

KO2                                             Оранжевый

RbO2                                             Тёмно- коричневый

 

Оксиды щелочных металлов обладают всеми свойствами, присущими основным оксидам: они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами:

Пероксиды и надпероксиды проявляют свойства сильных окислителей:

Пероксиды и надпероксиды интенсивно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:

3. Взаимодействие с другими веществами. Щелочные металлы реагируют со  многими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов, с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием, соответственно, галогенидов, сульфидов, нитридов, фосфидов, карбидов и силицидов:

При нагревании щелочные металлы способны реагировать с другими металлами, образуя интерметаллиды. Активно (со взрывом) реагируют щелочные металлы с кислотами.

Щелочные металлы растворяются в жидком аммиаке и его производных — аминах и амидах:

При растворении в жидком аммиаке щелочной металл теряет электрон, который сольватируется молекулами аммиака и придаёт раствору голубой цвет. Образующиеся амиды легко разлагаются водой с образованием щёлочи и аммиака:

Щелочные металлы взаимодействуют с органическими веществами спиртами (с образованием алкоголятов) и карбоновыми кислотами (с образованием солей):

4. Качественное определение щелочных  металлов. Поскольку потенциалы  ионизации щелочных металлов  невелики, то при нагревании металла  или его соединений в пламени  атом ионизируется, окрашивая пламя  в определённый цвет:

Окраска пламени щелочными металлами

 Li Карминно-красный

Na Жёлтый

K Фиолетовый

Rb Беловато-розовый

Cs Фиолетово-красный

Получение щелочных металлов

1. Для получения щелочных металлов  используют в основном электролиз  расплавов их галогенидов, чаще  всего — хлоридов, образующих  природные минералы:

катод: Li+ + e → Li

анод: 2Cl- — 2e → Cl2

2. Иногда для получения щелочных  металлов проводят электролиз  расплавов их гидроксидов:

катод: Na+ + e → Na

анод: 4OH- — 4e → 2H2O + O2

Поскольку щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений находятся левее водорода, то электролитическое получение их из растворов солей невозможно; в этом случае образуются соответствующие щёлочи и водород.

 

CsO2 ЖёлтыйСоединения щелочных и щелочноземельных металлов играют важную роль в жизнедеятельности организмов. Так, ионы натрия, калия, магния, кальция составляют в организме человека - 99 % от общего содержания металлов.

При смешении алкильных соединений алюминия и других металлоорганических соединений щелочных и щелочноземельных металлов или их гидридов с четырёххлористые титаном происходит реакция с выделением тепла и образованием в большинстве случаев твердого осадка, состоящего из компонентов катализатора. Так, выделены твердые комплексы три-этилалюминия с дициклопентадиенилдихлоридом титана.

В состав катализаторов входят далее стабилизаторы: соединения щелочных и щелочноземельных металлов, также соединения металлов 5 - й и 6 - й групп и солеобразные соединения, заключающие постой или комплексный кислотный радикал, включающий элементы: Сг, V, W, U, Мо, Мп, Та, Mb, Sb, Se, Те, P. Соединения, обменивающие основания ( силикаты), выщелачиваются минеральными кислотами дли удаления обмениваемых щелочей.

Для стабилизации горения дуги в покрытия вводят соединения щелочных и щелочноземельных металлов ( калия, натрия, кальция, бария), обладающих низкими потенциалами ионизации и малой работой выхода электронов. В качестве стабилизирующих составляющих используют силикаты натрия и калия, поташ, кальцинированную соду, полевой шпат, мел, мрамор и углекислый барий.

При кристаллизации расплавленного глинозема, содержащего примеси соединений щелочных и щелочноземельных металлов, может быть получена - разновидность окиси алюминия. Кристаллизуется ( 3 - А12О3 в гексагональной системе; твердость и плотность его меньше, чем у корунда. При нагревании до 1600 - 1700 С происходит разложение р - А12О3 и превращение его в ос-глинозем. В литературе имеются также указания о существовании промежуточных разновидностей безводной окиси алюминия ( 0 - А12О3, х - А12О3, б - А12О3, ri - Al2O3 и др.), которые образуются при прокаливании водных окисей алюминия. Технический глинозем практически представляет собой смесь а - и - у-глинозема.

Химическая природа бинарных соединений обусловлена химической природой электроположительного элемента: соединения щелочных и щелочноземельных металлов проявляют основные свойства, а неметаллических элементов - кислотные.

 

Авогадро впервые указал правильный состав метана и этилена, а также состав многих соединений щелочных и щелочноземельных металлов.

Из производных оксо хлорат ( 1) - аниона [ ClOh, называемых гипо-хлоритами, относительно устойчивы соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Гипохлориты этих элементов - соли, растворимые в воде.

Из производных оксохлорат ( 1) - аниона [ СЮ ], называемых гипо-хлоршпами, относительно устойчивы соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Гипохлориты этих элементов - соли, растворимые в воде.

На основе анализа приведенных данных можно выделить четыре основных типа металлсодержащих антиоксидантов: мехаллокомплекс-ные соединения переходных металлов; соединения щелочных и щелочноземельных металлов; металлы и их производные, диспергированные в нефтепродуктах; композиции на основе металлсодержащих соединений и органических антиоксидантов. Из производных оксохлорат ( 1) - аниона [ СЮ ] -, называемых ги-похлоритами, [ относительно устойчивы соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Гипохлориты этих элементов - соли, растворимые в воде. Поэтому большое значение имеет режим плавки, и в частности, температурный контроль и тщательный подбор шихты, в которой содержится минимальное количество соединений щелочных и щелочноземельных металлов. 

Таким путем наиболее просто получаются полные или смешанные металлоорганические соединения всех непереходных металлов ( и органические производные их металлоидных аналогов), за исключением металло-органических соединений щелочных и щелочноземельных металлов. 

Направление научных исследований: изучение механизма реакций твердое вещество - твердое вещество и твердое вещество - газ, структура образующейся твердой фазы; окислы и сульфиды; галогенпроизводные бора и кремния; реакции в неводных растворителях; исследование соединений щелочных и щелочноземельных металлов. 

Многие металлы образуют соединения с окисью углерода М ( СО) П, называемые карбоннлами; кроме того существуют соединения, которым довольно неудачно приписаны названия карбонилов водорода и галоидов.Соединения щелочных и щелочноземельных металлов ( Li, Na, К, Rb, Са, Sr, Ba) совершенно отличны в структурном отношении от соединений элементов шестой, седьмой и восьмой групп периодической системы. О строении этих соединений ( кроме Кс ( СО) 6) известно очень мало. Карбонил калия, давно известный как побочный продукт, получающийся при приготовлении металлического калия путем восстановления карбоната углем, фактически представляет собой калиевую соль гексаоксибензола, получающуюся из последнего при обработке разбавленной соляной кислотой. Некоторые из солей элементов подгруппы I В реагируют с окисью углерода, образуя, например, CuCl ( CO) - 2H2O, Ag2SO4 - CO и AuCl ( СО), из которых последнее соединение представляет собой сравнительно устойчивое летучее вещество. 

Чистота полученного бария зависит от чистоты исходных веществ. Примеси соединений щелочных и щелочноземельных металлов, а также магния, имевшиеся в окиси бария, загрязняют барий. Следы кислорода, проникающие в прибор, приводят к загрязнению бария его окисью. 

Так, соединение щелочных и щелочноземельных металлов с водородом в электрохимическом смысле является не восстановлением, а наоборот, процессом окисления, поскольку водород, соединяясь с этими металлами, отнимает у них электроны. 

Так, соединение щелочных и щелочноземельных металлов с водородом в электрохимическом смысле является не восстановлением, а наоборот, процессом окисления, поскольку водород, соединясь с этими металлами, отнимает у них электроны. 

В качестве вулканизующих агентов, реагирующих по нитрильной группе, исследованы оксиды, сульфиды и соли меди, цинка, сурьмы и других поливалентных металлов. Как и соединения щелочных и щелочноземельных металлов, эти вещества не растворяются в каучуке, вследствие чего вулканизация протекает как гетерогенная топохимическая реакция. 

Ускорение горения углеводородов может достигаться различными путями в зависимости от состава присадок. Полагают, что соединения щелочных и щелочноземельных металлов повышают концентрацию гидроксил-ионов в пламени. Последние, сорбируясь на поверхности горящих частиц и являясь сильными окислителями, участвуют в реакции горения. Соединения переходных металлов служат переносчиками кислорода с первых стадий горения, характеризующихся его избытком, на последние, где окислителя не хватает. 

Активность окислов хрома, нанесенных на алюмосиликатный носитель, можно увеличить добавлением промоторов - соединений металлов ( гидридов или алкилов) 1 -, 2 - и 3 - й групп периодической системы элементов. Эффективными промоторами являются соединения щелочных и щелочноземельных металлов, а также алюминий. 

Кроме того, при использовании в качестве источника энергии угля & в связи с энергетическим кризисом и истощением запасов нефти роль этого вида топлива будет возрастать), мазута и дизельного топлива возникает вопрос об интенсификации процесса горения. И в этом случае соединения щелочных и щелочноземельных металлов должны занять, по нашему мнению, надлежащее место в ряду катализаторов. 

Фтористый водород реагирует со многими окислами и гидроокисями с образованием фторидов. Наиболее характерны в этом отношении соединения щелочных и щелочноземельных металлов, а также соединения серебра, цинка, ртути и железа. С термоустойчивыми окислами, например А12О3, он взаимодействует медленно или только при высокой температуре. 

Фтористый водород реагирует со многими окислами и гидроокисями с образованием фторидов. Наиболее характерны в этом отношении соединения щелочных и щелочноземельных металлов а также соединения серебра, цинка, ртути и железа. С термоустойчивыми окислами, например А12О3, он взаимодействует медленно или только при высокой температуре. 

Фтористый водород реагирует со многими окислами и гидроокисями с образованием фторидов. Наиболее характерны в этом отношении соединения щелочных и щелочноземельных металлов, а также соединения серебра, цинка, ртути и железа. С термоустойчивыми окислами, например А1203, он взаимодействует медленно или только при высокой температуре.

Фтористый водород реагирует со многими окисями и гидроокисями с образованием воды и фторидов. Наиболее характерными в этом отношении являются соединения щелочных и щелочноземельных металлов, серебра, олова, цинка, ртути и железа. С более термоустойчивыми окисями, например окисью алюминия, фтористый водород реагирует медленно или только при высокой температуре. С хлоридами, бромидами и иодидами этих элементов, а также таких элементов, как сурьма и мышьяк, фтористый водород реагирует весьма бурно с выделением соответствующего галоидоводорода. С цианидами HF реагирует с выделением цианистого водорода, а с фторосиликатами - с выделением тетрафторида кремния. С силикатами он дает воду и тетрафто-рид кремния. С окисями таких элементов, как фосфор, вольфрам, уран и сера, реакция идет с образованием оксифторидов или фторкислот. В зависимости JOT термоустойчивости исходных веществ или продуктов реакции, а также от температуры реакции фтористый водород может реагировать с веществами, содержащими отрицательные элементы или отрицательные группы. Он реагирует со всеми металлами, расположенными ниже водорода в ряду напряжений, за исключением тех, которые образуют защитные пленки из тугоплавких фторидов. К таким металлам относятся алюминий и магний и особенно железо и никель. Медь расположена в ряду напряжений ниже водорода. Поэтому в отсутствие кислорода и других окислителей фтористый водород на нее не действует, но в присутствии кислорода медь очень быстро корродируется. Некоторые сплавы, например монель-металл, прекрасно противостоят HF, но нержавеющая сталь легко корродируется. Железо и сталь по сравнению с нержавеющей сталью значительно более устойчивы. Свинец при действии фтористого водорода быстро разрушается.