Реферат: Металлы в периодической системе Д.И. Менделеева
Натрий.
Натрий (от араб, натрун, греч. нитрон -природная
сода, химический элемент подгруппы Iа периодической системы; атомный номер 11,
атомная масса 22,98977; относится к щелочным металлам. В природе встречается в
виде одного стабильного нуклида 23 Na .
Ещё в глубокой древности были известны соединения
натрия - поваренная соль (хлорид натрия) NaСl, едкая щёлочь (гидроксид
натрия) NaОН и сода (карбонат натрия) Na2СОз. Последнее вещество
древние греки называли «нитрон»; отсюда и происходит современное название
металла - «натрий». Однако в Великобритании, США, Италии, Франции сохраняется
слово sodium (от испанского слова «сода», имеющего то же значение, что и
по-русски).
Впервые о получении натрия (и калия) сообщил
английский химик и физик Г. Дэви на собрании Королевского общества в Лондоне в
1807 г. Ему удалось разложить действием электрического тока едкие щёлочи КОН и NaОН и выделить неизвестные
ранее металлы обладающие необычайными свойствами. Эти металлы очень быстро
окислялись на воздухе, а на поверхности воды плавали, выделяя из неё водород.
Распространённость в природе. Натрии - один из
самых распространённых в природе элементов. Содержание его в земной коре 2,64% по
массе. В гидросфере он содержится в вида растворимых солей в количестве около
2,9% (при общей концентрации солей в морской воде 3,5-3,7%). Наличие натрия
установлено в атмосфере Солнца и межзвёздном пространстве. природе натрий находится
только в виде солей. Важнейшие минералы - галит (каменная соль) NaCl, мирабилит (глауберова
соль) Na2SO4 *10H2O, тенардит Na2SO4, челийская селитра NaNO3, природные силикаты,
например альбит Na[AlSi3O8], нефелин Na[AlSiO4]
Россия исключительно богата залежами каменной
соли (например, Соликамск, Усолье-Сибирское и др.), большие залежи минерала троны
в Сибири.
Свойства. Натрий - серебристо-белый легкоплавкий
металл, т. пл. 97,86 °С, т. кип. 883,15 °С. Это один из самых лёгких металлов -
он легче воды плотность 0,99 г/см3 при 19,7 °С). Натрий и его
соединения окрашивают пламя горелки в жёлтый цвет. Эта реакция так чувствительна,
что открывает присутствие малейших следов натрия повсюду (например, в комнатной
или уличной пыли).
Натрий - один из самых активных элементов периодической
системы. Внешний электронный слой атома натрия содержит один электрон (конфигурация
3s1 , натрий – s-элемент). Свой единственный
валентный электрон натрий легко отдает и поэтому в своих соединениях всегда проявляет
степень окисления +1.
На воздухе натрий активно окисляется, образуя в зависимости
от условий оксид Na2O или пероксид Na2O2. Поэтому хранят натрий под слоем керосина или
минерального масла.
Энергично реагирует
с водой, вытесняя
водород:
2Na + Н20 = 2NaОН + Н2
Такая реакция происходит даже со льдом при температуре -80 °С, а с
тёплой водой или при поверхности контакта идёт со взрывом ( недаром говорят:
«Не хотите стать уродом –не бросайте натрий в воду»).
Натрий непосредственно реагирует со всеми неметаллами:
при 200 °С начинает поглощать водород, образуя весьма гигроскопичный гидрид NaH; с азотом в
электрическом разряде дает нитрид Na3N или азид NaN3; в атмосфере фтора
воспламеняется; в хлоре горит при температуре; с бромом реагирует лишь при нагревании:
2Na + Н2 = 2NaН
6Na + N2=2Na3N или 2Na+ 3Na2=2NaN3
2Na+ С12 = 2NaСl
При 800-900 °С натрий соединяется с углеродом, образуя
карбид Na2C2; при растирании с серой дает сульфид Na2S и смесь полисульфидов (Na2S3 и Na2S4)
Натрий легко растворяется в жидком аммиаке, получающийся
раствор синего цвета обладает металлической проводимостью, с газообразным аммиаком
при 300-400 "С или в присутствии катализатора при охлаждении до -30 С дает
амид NaNH2.
Натрий образует соединения с другими металлами (интерметаллиды),
например с серебром, золотом, кадмием, свинцом, калием и некоторыми другими.
Со ртутью даёт амальгамы NaHg2 , NaHg4 и др. Наибольшее значение
имеют жидкие амальгамы, которые образуются при постепенном введении натрия в
ртуть, находящуюся под слоем керосина или минерального масла.
С разбавленными кислотами натрий образует соли.
Получение и применение. Основной метод получения
натрия - электролиз расплавленной поваренной соли. При этом на аноде выделяется
хлор, а на катоде - натрий. Для уменьшения температуры плавления электролита к
поваренной соли добавляют другие соли: КСl, NaF, СаСl2. Электролиз проводят в
электролизёрах с диафрагмой; аноды изготовлены из графита, катоды - из меди или
железа.
Натрий можно получить электролизом расплава
гидроксида NaОН, а небольшие количества - разложением азида NaN3.
Металлический натрий используют для восстановления
чистых металлов из их соединений - калия (из КОН), титана (из TiCl4) и др. Сплав натрия с
калием - теплоноситель для ядерных реакторов, поскольку щелочные металлы плохо
поглощают нейтроны и поэтому не препятствуют делению ядер урана. Пары натрия,
обладающие ярко-жёлтым свечением, используют для наполнения газоразрядных
ламп, служащих для освещения автострад, пристаней, вокзалов и пр. Натрий
находит применение в медицине: искусственно полученный нуклид 24Na используется для
радиологического лечения некоторых форм лейкемии и в диагностических целях.
Значительно более обширно применение соединений натрия.
Пероксид Na2O2 - бесцветные кристаллы,
технический продукт жёлтого цвета. При нагревании до 311-400 °С начинает
выделять кислород, а при 540 °С бурно разлагается. Сильный окислитель,
благодаря чему применяется для отбеливания тканей и других материалов. На
воздухе поглощает СО2», выделяя кислород и образуя карбонат 2Na2O2+2CO2=2Na2Co3+O2). На этом свойстве
основано применение Na2O2 для регенерации воздуха в закрытых помещениях и дыхательных
приборах изолирующего типа (подводных лодках, изолирующих противогазах и пр.).
Гидроксид NaОН; устаревшее название
-едкий натр, техническое название - каустическая сода (от лат. caustic- едкий, жгучий); одно из
самых сильных оснований. Технический продукт, кроме NаОН, содержит примеси (до
3% Ка2СОз и до 1,5% NaCl). Большое количество NаОН идёт на приготовление
электролитов для щелочных аккумуляторов, производство бумаги, мыла, красок,
целлюлозы, используется для очистки нефти и масел.
Из солей натрия применение находят хромат Na2CrO4 - в производстве
красителей, как протрава при крашении тканей и дубитель в кожевенной промышленности;
сульфит Na2SO3 -компонент фиксажей и проявителей в фотографии; гидросульфит NaHSO3 - отбеливатель тканей, природных
волокон, применяется для консервирования плодов, овощей и растительных кормов;
тиосульфат Na2S2O3 - для удаления хлора при отбеливании тканей, как закрепитель в
фотографии, противоядие при отравлении соединениями ртути, мышьяка и др.,
противовоспалительное средство; хлорат NaClO3- окислитель в различных
пиротехнических составах; трифосфат Na5P3O10 -добавка в синтетические моющие средства для
умягчения воды.
Натрий, NаОН и его растворы вызывают тяжёлые ожоги кожи и
слизистых оболочек.
Калий.
По внешнему виду и свойствам калий похож на
натрий, но более реакционноспособный. Энергично реагирует с водой и вызывает
возгорание водорода. На воздухе сгорает, образуя оранжевый надпероксид КO2. При комнатной
температуре реагирует с галогенами, при умеренном нагревании — с водородом,
серой. Во влажном воздухе быстро покрывается слоем КОН. Хранят калий под слоем
бензина или керосина.
Наибольшее практическое применение находят
соединения калия — гидроксид КОН, нитрат КNO3 и карбонат К2СO3.
Гидроксид калия КОН (техническое название — едкое кали) —
белые кристаллы, расплывающиеся во влажном воздухе и поглощающие углекислый
газ (образуются К2СO3 и КНСO3). Очень хорошо растворяется в воде с высоким
экзо-эффектом. Водный раствор — сильнощелочной.
Производят гидроксид калия электролизом раствора
КСl (аналогично производству
NаОН). Исходный хлорид
калия КСl
получают из природного сырья (минералы сильвин КСlи карналлит КМgС13 • 6Н20).
Используют КОН для синтеза различных солей калия, жидкого мыла, красителей, как
электролит в аккумуляторах.
Нитрат калия КNO3 (минерал калийная селитра) — белые кристаллы, очень
горькие на вкус, низкоплавкие {tпл = 339 °С). Хорошо растворим в воде (гидролиз отсутствует).
При нагревании выше температуры плавления разлагается на нитрит калия КNO2 и кислород O2, проявляет сильные
окислительные свойства. Сера и древесный уголь загораются при контакте с
расплавом КNO3, а смесь С + S взрывается (сгорание «черного пороха»):
2КNO3 + ЗС(уголь) + S=N2
+ 3CO2 + K2S
Нитрат калия используется в производстве стекла и
минеральных удобрений.
Карбонат калия К2СO3 (техническое название — поташ)
— белый гигроскопичный порошок. Очень хорошо растворяется в воде, сильно
гидролизуется по аниону и создает щелочную среду в растворе. Используется в
изготовлении стекла и мыла.
Получение К2СO3 основано на реакциях:
К2SO4 + Са(ОН)2 +
2СO = 2К(НСОО) + СаSO4
2К(НСОО) + O2 = К2С03
+ Н20 + С02
Сульфат калия из природного сырья (минералы каинит
КМg(SO4)Сl • ЗН20 и шёнит
К2Мg(SO4)2 * 6Н20)
нагревают с гашёной известью Са(ОН)2 в атмосфере СО (под давлением
15 атм), получают формиат калия К(НСОО), который прокаливают в токе воздуха.
Калий жизненно важный элемент для растений и
животных. Калийные удобрения — это соли калия, как природные, так и продукты
их переработки (КСl, К2SO4, КNO3); высоко содержание солей калия в золе
растений.
Калий —
девятый по химической распространенности элемент в земной коре. Содержится
только в связанном виде в минералах, морской воде (до 0,38 г ионов К+
в 1 л), растениях и живых организмах (внутри клеток). В организме человека
имеется = 175 г калия, суточная потребность достигает ~4г. Радиоактивный изотоп
40К (примесь к преобладающему стабильному изотопу 39К)
распадается очень медленно (период полураспада 1 • 109лет), он,
наряду с изотопами 238U и 232Тh, вносит большой вклад в геотермический запас
нашей планеты (внутренняя теплота земных недр).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |