Щелочными металлами называются химические элементы-металлы IA группы Периодической системы Д. И. Менделеева: литий Li , натрий Na , калий K , рубидий Rb , цезий Cs и франций Fr .
Электронное строение атомов. На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют один электрон ns1 . Поэтому для всех металлов группы IA характерна степень окисления +1 .
Этим объясняется сходство свойств всех щелочных металлов.
Для них (сверху вниз по группе) характерно:
увеличение радиуса атомов;
уменьшение электроотрицательности;
усиление восстановительных, металлических свойств.
Нахождение в природе. Из щелочных металлов наиболее широко распространены в природе натрий и калий. Но из-за высокой химической активности они встречаются только в виде соединений.
Основными источниками натрия и калия являются:
каменная соль (хлорид натрия NaCl ),
глауберова соль, или мирабилит — декагидрат сульфата натрия Na2SO4 ⋅ 10H2O ,
сильвин — хлорид калия KCl ,
сильвинит — двойной хлорид калия-натрия KCL ⋅ NaCl и др.
Соединения лития, рубидия и цезия в природе встречаются значительно реже, поэтому их относят к числу редких и рассеянных.
Физические свойства простых веществ. В твёрдом агрегатном состоянии атомы связаны металлической связью. Наличие металлической связи обусловливает общие физические свойства простых веществ-металлов: металлический блеск, ковкость, пластичность, высокую тепло- и электропроводность.
В свободном виде простые вещества, образованные элементами IA группы — это легкоплавкие металлы серебристо-белого (литий, натрий, калий, рубидий) или золотисто-жёлтого (цезий) цвета, обладающие высокой мягкостью и пластичностью.
i
Наиболее твёрдым является литий, остальные щелочные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.
Только у натрия плотность немного больше единицы ρ=1,01 г/см3 , у всех остальных металлов плотность меньше единицы.
Химические свойства. Щелочные металлы обладают высокой химической активностью, реагируя с кислородом и другими неметаллами.
Поэтому хранят щелочные металлы под слоем керосина или в запаянных ампулах. Они являются сильными восстановителями.
Все щелочные металлы активно реагируют с водой, выделяя из неё водород.
Пример:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ .
Взаимодействие натрия с водой протекает с выделением большого количества теплоты (т. е. реакция является экзотермической). Кусочек натрия, попав в воду, начинает быстро двигаться по её поверхности. Под действием выделяющейся теплоты он расплавляется, превращаясь в каплю, которая, взаимодействуя с водой, быстро уменьшается в размерах. Если задержать её, прижав стеклянной палочкой к стенке сосуда, капля воспламенится и сгорит ярко-жёлтым пламенем.
Получение. Металлический натрий в промышленности получают главным образом электролизом расплава хлорида натрия с инертными (графитовыми) электродами.
В расплаве хлорида натрия присутствуют ионы:
NaCl⇄Na++Cl− .
При электролизе
на катоде восстанавливаются катионы Na+ , а на аноде окисляются анионы Cl− :
катод ( – ): 2Na++2e=2Na ,
анод ( + ): 2Cl−−2e=Cl2↑⏐ .
Суммарное уравнение реакции при электролизе расплава хлорида натрия:
2NaCl→2Na+Cl2↑ .
D=D1+D2=3+2=5 дптр
F=1/D=1/5=0,2 м - ответ