Л. М. Түгелбаева Р. Ғ. Рысқалиева Р. К. Ашкеева
жүктеу/скачать 0,62 Mb.
|
Химия элемент китап
- Бұл бет үшін навигация:
- Элементтің сипаттамасы Li Na K
I A топшасы элементтерінің жалпы сипаттамасы
Натрий мен калий қосылыстары ерте заманнан белгілі; екі элементтің де тірі ағза үшін маңызы өте зор. Литий алғаш рет жеке химиялық элемент ретінде XIX ғасырдың басында ашылды, алайда өнеркəсіптік деңгейде шамамен 40 жыл бұрын қолданыла бастады. Рубидий жəне цезий ғылыми жағынан қызығушылық тудырғанымен, өнеркəсіпте аз пайдаланылады. 87-нші нөмірлі ұстатпайтын франций табиғатта өте аз уақытта пайда болады, сондықтан ол тек 1939 жылы ашылды. Табиғатта таралуы. Сілтілік металдардан тек натрий мен калий кең тараған. Жер қыртысындағы натрийдің массалық үлесі 2,64 %, ал калийдікі – 2,60 %-ды құрайды. Литий, рубидий жəне цезийдің мөлшерлері біршама азырақ, олардың үлестері 6,5∙10-3, 0,031 жəне 7∙10-4 %-ды құрайды. Сілтілік металдар бос күйінде кездеспейді. Натрийдің негіз- гі табиғи қосылыстары галит немесе тас тұзы NaCl жəне мира- билит немесе глаубер тұзы Na2SO4∙10H2O минералдары болып табылады. Калийдің маңызды минералдарына сильвин KCl, кар- наллит KCl∙MgCl2∙6H2O, сильвинит NaCl∙KCl жатады. Рубидий жəне цезий шашыраңқы, олардың қосылыстары калий минерал- дарының құрамында кездеседі. Франций – радиоактивті элемент. Бұл элементтің іздері табиғи уранның ыдырау өнімдерінде та- былған. Франций изотопының өмір сүру мерзімінің аздығына байланысты оны көп мөлшерде алу қиынға соғады, сондықтан металл францийдің жəне оның қосылыстарының қасиеттері жет- кілікті түрде зерттелмеген. Сілтілік металдар иондарының үлкен (заряды аз, радиусы үл- кен) болғанымен, олардың d-электрондары жоқ жəне кешенді қосылыстар түзуі қиын. Кез келген басқа топтың металдарының иондарымен салыстырғанда, олардың кешенді қосылыстарының саны біршама аз. Кешен түзу қабілеті топтың төменгі жағына қарай төмендейді. Сілтілік металдардың қасиеттері. I А топшасының элемент- тері металдар болып табылады, олардың барлығына металдарға сай қасиеттер тəн: жоғары электрөткізгіштік жəне жылуөткіз- гіштік, таза беттің жылтыры, майысқақтық. Барлық элементтердің реакцияға түсу мүмкіндігі өте жоғары, сондықтан оларды май қабатында (керосинде) сақтайды. Li – Na – K – Rb – Cs қатарында: атомдардың мөлшері жəне кристалдық тордағы ядролар ара- сындағы қашықтық жоғарылайды; металдық байланыс беріктігі төмендейді, бұл қайнау жəне балқу температураларының төмендеуіне əкеледі; сілтілік металдардың қаттылығы төмендейді; реакциялық белсенділігі артады, себебі бұл қасиет сыртқы электрон байланысының беріктігімен анықталады. Сілтілік металдар химиялық реакцияларда күшті тотықсыз- дандырғыштар болып табылады. Жай заттармен əрекеттесуі. Сілтілік металдар оттекпен əрекеттеседі. Олардың барлығы ауадағы оттекпен тотығады, рубидий мен цезий өздігінен тұтанады. Литий оттекпен оксид түзеді: 4Li + O2 = 2Li2O Натрийдің тотығуының негізгі өнімі натрий пероксиді болады: 2Na + O2 = Na2O2 Калий, рубидий жəне цезий оттекпен əрекеттескенде, негізінен асқын пероксидтер түзеді, мысалы: К + O2 = КO2 Ауада жеңіл тотығуына жəне олардың жылдам тұтануына сай сілтілік металдарды қақпағы жақсы бекітілетін арнайы шыны ыдыстарда керосин қабатының астында сақтайды. Сілтілік металдар фторда, хлорда, бром буында өздігінен тұ- танып, галогенидтер түзеді, мысалы: 2Na + Cl2 = 2NaCl 2Na + Br2 = 2NaBr Сілтілік металдар қыздырғанда көптеген бейметалдармен (сутекпен, күкіртпен, селенмен, теллурмен, йодпен, азотпен, кө- міртекпен) əрекеттеседі, мысалы: 2Na + Н2 = 2NaН (гидрид) 2Na + S = Na2S (сульфид) 6Na + N2 = 2Na3N (нитрид) Сілтілік металдар көптеген металдармен əрекеттесіп, интерме- талдық қосылыстар түзеді, мысалы Li2Zn3, Na3Sn. Сумен əрекеттесуі. Барлық сілтілік металдар белсенді түрде сумен əрекеттесіп, оны сутекке дейін тотықсыздандырады: 2Na + 2Н2О = 2NаОН + Н2 Сумен металдың əрекеттесу белсенділігі литийден цезийге қарай артады. Мысалы, калий сумен əрекеттескенде тұтанады, ал рубидий мен цезий қопарылыс бере əрекеттеседі. Қышқылдармен əрекеттесуі. Сілтілік металдар хлорсутекпен жəне сұйытылған күкірт қыш- қылымен сутек бөле əрекеттеседі: 2Na + 2НCl = 2NаCl + Н2 Концентрлі күкірт қышқылын сілтілік металдар күкіртсутекке дейін тотықсыздандырады: 8Na + 5H2SO4 = 4Na2SO4 + H2S + 4H2O Бұл жағдайда күкірт қышқылының күкірттің (IV) оксидіне жəне күкіртке дейін тотықсыздану реакциясы қатар жүруі мүмкін. Азот қышқылымен əрекеттескенде бірқатар азот құрамды өнімдер түзіледі: N2O, N2, NH3, NH4NO3, NO, NO2. Сілтілік метал- дар сұйытылған азот қышқылымен реакциясында, негізінен, аммиак немесе аммоний нитраты түзіледі, ал концентрлі қыш- қылмен азот немесе азот (I) оксиді түзіледі, мысалы: 8Na + 10HNO3 (сұйыт.) = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O 8K + 10HNO3 (конц.) = 8KNO3 + N2O + 5H2O Металл оксидтерімен жəне тұздарымен əрекеттесуі. Сілтілік металдар өздерінің химиялық белсенділігіне байла- нысты көптеген металдарды олардың оксидтері мен тұздарынан тотықсыздандыра алады, мысалы: BeO + 2Na = Be + Na2O CaCl2 + 2Na = Ca + 2NaCl Мұндай реакциялар кейбір металдарды алу үшін қолданылады. Сілтілік металдардың алынуы. Натрийдің алынуы: Металдық натрийді өнеркəсіпте натрий хлориді балқымасын салғырт (графитті) электродтармен электролиздеу арқылы алады. Натрий хлориді балқымасы иондарға диссоциацияланады: NaCl → Na+ + Cl-. Электролизде катодта натрий катионы тотықсыз- данады, ал анодта хлор анионы тотығады: катодта (-) 2Na+ + 2е- = 2Na 2 анодта (+) 2Cl- - 2е- = Cl 2 2Na+ + 2Cl-− электролиз → 2Na + Cl Осылайша, электролиз үдерісі арқылы натрий мен хлор алы- нады. Натрийді алудың екінші əдісі жоғары температурада кө- мірмен соданың тотықсыздануы: Na2СО3 + 2С = 2Na + 3СО Калийдің алынуы: 800°С-де натрий буын калий хлориді балқымасы арқылы өткізіп, калий алынады. Бөлінген калий буы конденсацияланады: KCl + Na = K + NaCl немесе 440°С-де сұйық натрий мен калий гидроксиді балқымасын əрекеттестіру арқылы алынады: KOH + Na = K + NaOH. Калийді оның қосылыстарының (КСl, КОН) балқымасын электролиздеу арқылы да алуға болады, мысалы: 4КОН = 4К + О2 + 2Н2О. Литий, рубидий жəне цезийдің алынуы: Металдық литийді литий хлориді балқымасын электролиздеу арқылы немесе литий оксидін алюминиймен тотықсыздандыру арқылы алуға болады. Рубидий мен цезий олардың галогенидтерін металдармен вакуумда тотықсыздандыру арқылы алынады: 2RbCl + Ca = 2Rb + CaCl2 2CsCl + Ca = 2Cs + CaCl2 Кальцийдің орнына мұндай реакциядамагнийді де пайдалануға болады. Сілтілік металдардың қолданылуы. Сілтілік металдардың ішінде ең көп қолданылатыны – натрий. Оны қолданудың негізгі аймағы металдар мен құймалар, мысалы калий, цирконий, тан- тал өндірісі, олардың қорғасынмен жəне сынаппен құймалары өндірісі. Натрий бейорганикалық жəне органикалық қосылыстар, мысалы Na2O2, NaCN, NaH алу үшін қолданылады. Ол органи- калық қосылыстардың тотықсыздандырғышы, кейбір реакция- лардың катализаторлары болады. Натрийдің калиймен құймасы ядролық энергия көздерінде жылутасымалдағыш (жылуды тасы- малдаушы) ретінде қолданылады. Сілтілік металдардың басқалары көп қолданысқа ие емес. Калий, рубидий мен цезийді жарық энергиясын электр энергия- сына айналдыратын фотоэлементтер жасауға қолданады. Калий ядролық реакторларда жылутасымалдағыш ретінде қолданылатын құймалар құрамына енеді. Литий мыс, магний жəне алюминий негізіндегі құймалар өн- дірісінде (құймалардың жеңіл болуын қамтамасыз етеді) қол- данылады. Халық шаруашылығында натрий мен калий қосылыстары кеңінен қолданылады. Натрий хлориді натрий, хлор, хлорсутек қышқылы жəне сода сияқты маңызды химиялық қосылыстар өн- дірісіне қажетті шикізат ретінде қолданылады. Натрий сульфаты күкірт қышқылы, сода жəне шыны өндірісінде пайдаланылады. Натрий пероксиді Na2O2 өзінің көміртек диоксидімен əрекеттесу қабілетіне байланысты тұйық жүйелерде, мысалы сүңгуір қайық- тарда ауаны регенерациялау үшін қолданылады: 2Na2O2 + 2СО2 = 2 Na2СО3 +О2 Натрий жəне калий қосылыстары синтетикалық жуғыш заттар мен сабын өндірісінде пайдаланылады. Натрий, калий жəне ли- тий гидроксидтері сілтілік аккумуляторлар электролиттерінің құрамына кіреді. Литий, рубидий жəне цезий арнайы шынылар өндірісінде шихтаға қосылатын қоспа қызметін атқарады. Калийдің кейбір тұздары ауыл шаруашылығында калий тыңайтқыштары ретінде қолданысқа ие. Топырақ құрамындағы калий мөлшері жеткіліксіз болғанда, өсімдіктің өсуі баяулайды, олардың жапырақтары сарғайып, өсімдіктің зиянкестермен күре- суі қиындайды. Тыңайтқыш ретінде калийдің хлориді, нитраты жəне сульфаты пайдаланылады. Калий қосылыстары (көбінесе К2СО3) ағаштың жануынан түзілген күлдің құрамында болады, сондықтан күл де көбінесе тыңайтқыш ретінде қолданылады. Сілтілік металдар қосылыстары ағзалардың тіршілік қызме- тінде маңызды рөл атқарады. Калий ионы К+ – негізгі ішкі жасу- шалық ион, ал натрий ионы Na+ – басты жасушадан тыс ион; олар- дың əрекеттесуі жасушадағы өте маңызды үдерістерге ықпалын тигізеді. Адам ағзасында натрийдің еріген тұздары – хлоридтер, фосфаттар, гидрокарбонаттар – қан плазмасының құрамына кі- реді. Медициналық тəжірибелерде натрий хлоридінің (NaCl) 0,9 %-ды ерітіндісі физиологиялық ерітінді ретінде; ал глаубер тұзы (Na2SO4∙10Н2О) асқазанды тазарту құралы ретінде кеңінен қолданылады. Сілтілік металдардың маңызды қосылыстары. Оксидтері. Сілтілік металдар Li2О, Na2О, K2О, Rb2О, Cs2О тəрізді оксидтер түзеді. Литий жəне натрий оксидтері – ақ түсті заттар, ал калий оксиді ашық сары түсті болса, рубидий оксиді сары түсті, цезий оксиді ал қызыл түсті болады. Барлық оксидтер – реакцияға түсу қабілеті жоғары қосылыстар, негіздік қасиеттерді анық көрсетеді жəне литий оксидінен цезий оксидіне дейінгі қатарда негіздік қасиеттері күшейеді. Сілтілік металмен оттектің тікелей əрекеттесуі нəтижесінде тек литий оксидін алуға болады. Қалған оксидтер жанама жолдармен алынады. Мысалы, натрий оксидін натрий қосылыстарын метал- дық натриймен тотықсыздандыру арқылы алады: Na2О2 + 2Na = 2Na2О 2NaОН + 2Na = 2Na2О + Н2 Сілтілік металдар оксидтері сумен оңай əрекеттесіп, гидрок- сидтер түзеді, мысалы: Na2О + Н2О = 2NaОН Олар қышқылдық оксидтермен жəне қышқылдармен əрекет- тесіп, тұздар түзеді: Na2О + СО2 = Na2СО3 К2О + 2НС1 = 2КС1 + Н2О Пероксидті қосылыстары. Сілтілік металдар оттек-оттекті химиялық байланыстары бар пероксидті қосылыстар түзеді. Мұндай қосылыстарды түзу қабілеті жəне олардың тұрақтылығы литийден цезийге қарай артады. Сілтілік металдар М2О2 құрамды пероксидтер жəне МО2 құрамды асқын пероксидтер түзеді, мұн- дағы М – сілтілік металл. Сілтілік металдар пероксидтері су əсе- рінен ыдырап, оттек бөледі: 2Na2О2 + 2Н2О = 4NaОН + О2 Сілтілік металдар пероксидтеріне қышқылмен əсер еткенде сутек пероксидін алуға болады: Na2О2 + 2H2SO4 =2NaHSO4 + Н2О2 Гидроксидтер. Сілтілік металдар LiОН, NaОН (техникалық атауы – күйдіргіш натр), KОН (техникалық атауы – күйдіргіш калий), RbОН, CsОН гидроксидтерін түзеді. Олар ақ түсті крис- талдық заттар. Барлық сілтілік металдар гидроксидтері суда еритін күшті негіздер болып табылады. Олардың жалпы атауы сілтілер. Негіздердің күші LiОН-тан CsОН-қа қарай артады. Цезий гидроксиді – барлық белгілі негіздердің арасындағы ең күштісі. Сілтілік металдармен немесе олардың оксидтерімен судың əрекеттесуі арқылы гидроксидтер түзіледі. Практикалық маңызы өте жоғары натрий мен калий гидроксидтері өнеркəсіпте сай хлоридтердіңконцентрлі сулы ерітінділерінэлектролиздеу арқылы алынады. Мысалы, натрий хлориді ерітіндісінің электролизін қарастырайық. Сулы ерітіндіде тұз диссоциацияланады: NaCl Na+ + Cl- Катодта су молекуласы тотықсызданады, ал анодта хлорид иондары тотығады: катод (-) 2Н О + 2е- = Н + 2ОН- 2 2 2 анод (+) 2С1- - 2е- = С1 Электролиз кезіндегі жалпы реакция теңдеуі: 2NaCl + 2Н2О → С12↑+ 2NaОН + Н2↑ Яғни, натрий хлоридінің электролизі нəтижесінде үш маңызды өнім – сілті, хлор жəне сутек түзіледі. Сілтілік металдар гидроксидтері негіздік қасиеттердің барлы- ғын көрсетеді: олар қышқылдық жəне екідайлы оксидтермен, гидроксидтермен, қышқылдармен, тұздармен əрекеттеседі. Сілті- лердің сулы ерітінділерінде екідайлы гидроксидтер түзетін кейбір металдар (бериллий, алюминий, мырыш, қалайы жəне т.б.) ериді, мысалы: Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 Натрий жəне калий гидроксидтері күйдіргіш сілтілер, себебі олар матаны, теріні, қағазды жəне басқа заттарды тез күйдіреді. Натрий жəне калий тұздары. Натрий жəне калий барлығы дерлік белгілі қышқылдармен тұздар түзеді. Тұздарды оксидтер немесе гидроксидтерді оларға сай қышқылдармен əрекеттестіру арқылы алады, мысалы: NaОН + HNO3 = NaNO3 + H2O Оттексіз қышқылдардың тұздары жай заттардың əрекеттесуі нəтижесінде түзіледі: 2K + S = K2S Натрийдің жəне калийдің көптеген тұздары суда жақсы ериді. Тұздардың сулы ерітінділері əлсіз қышқылдардың аниондарымен гидролиздену нəтижесінде сілтілік ортаны көрсетеді, мысалы: Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH CO 2- + H O = HCO - + OH- 3 2 3 Натрий тұздары жалынды сары түске бояса, калий күлгін түс береді. Бұл элементтердің сапалық реакциясы осы əдіске негіз- делген. Натрийдің маңызды тұздары: натрий хлориді NaCl (техни- калық атауы – ас тұзы), натрий карбонаты Na2CO3 (сода, каль- цийленген сода) жəне оның кристалгидраты Na2CO3∙10Н2О (крис- талдық сода), натрий гидрокарбонаты NaНCO3 (ас содасы), натрий сульфаты Na2SO4 жəне оның кристалгидраты Na2SO4∙10Н2О (глаубер тұзы), натрий нитраты NaNO3 (натрий селитрасы). Калийдің маңызды тұздары: калий хлориді КС1, калий кар- бонаты К2СО3 (сақар), калий нитраты NaNO3 (калий селитрасы), калий сульфаты К2SO4. жүктеу/скачать 0,62 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|