Металлы IA-группы

Кроме кислорода, щелочные металлы реагируют со многими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов: $$ 2Na + H_2 \xrightarrow{t} 2NaH, $$ с галогенами, серой, фосфором, углеродом и кремнием металлы $IA$ группы реагируют с образованием соответственно галогенидов, сульфидов, фосфидов и карбидов, например: $$ 2Na + Cl_2 \xrightarrow{t} 2NaCl, $$ $$ 2K + S \xrightarrow{t} K_2S, $$ $$ 6Li + N_2 = 2Li_3N, $$ $$ 2Li + 2C = Li_2C_2. $$ Щелочные металлы растворяются в жидком аммиаке, а также взаимодействуют с парами аммиака при нагревании, образуя кристаллические амиды: $$ 2Na + 2NH_3 = 2NaNH_2 + H_2\uparrow. $$ Амиды легко разлагаются водой с образованием щёлочи и аммиака: $$ KNH_2 + H_2O = KOH + NH_3\uparrow. $$ Амиды щелочных металлов проявляют свойства очень сильных оснований. Они вступают в реакции с такими слабыми кислотами, как алкины, давая ацетилениды: $$ NaNH_2 + HC{\equiv}C{-}CH_3 = NaC{\equiv}C{-}CH_3 + NH_3\uparrow. $$ Щелочные металлы могут взаимодействовать со многими органическими веществами, в частности с чистыми (безводными) спиртами, образуя алкоголяты: $$ 2CH_3CH_2OH + 2Na = 2CH_3CH_2ONa + H_2\uparrow. $$ Щелочные металлы и все их соединения окрашивают пламя в определённый, характерный для данного металла, цвет. Карминово-красный цвет характерен для лития и его соединений, жёлтый цвет характерен для соединений натрия , фиолетовый — калия . Для проведения качественного анализа платиновую проволоку погружают в раствор исследуемого вещества и затем вносят в бесцветное пламя горелки. Способы получения. Щелочные металлы получают в основном электролизом расплавов их галогенидов (чаще всего — хлоридов), добываемых как природные ископаемые, либо полученных выпариванием воды соляных озёр или рассола, получаемого из скважин: $$ 2NaCl(расплав) = 2Na(катод) + Cl_2\uparrow \ (анод). $$ Гидроксиды щелочных металлов — белые, расплывающиеся на влажном воздухе вещества, водные растворы которых являются сильными основаниями. Они участвуют во всех реакциях, характерных для оснований (реагируют с кислотами, кислотными оксидами, амфотерными оксидами и гидроксидами): $$ 2LiOH + H_2SO_4 = Li_2SO_4 + 2H_2O, $$ $$ 2KOH + CO_2 = K_2CO_3 + H_2O, $$ $$ 2KOH(тв) + Al_2O_3(тв) \xrightarrow{t} 2KAlO_2 + H_2O\uparrow \ (сплавление), $$ $$ KOH(р-р) + Al(OH)_3 = K[Al(OH)_4]. $$ Гидроксиды щелочных металлов при нагревании плавятся и возгоняются без разложения, за исключением гидроксида лития , который так же, как гидроксиды металлов $IIА$ группы, при прокаливании разлагается на оксид и воду: $$ 2LiOH \xrightarrow{t} Li_2O + H_2O\uparrow. $$ Для получения гидроксидов щелочных металлов в основном используют электролитические методы. Наиболее крупнотоннажным является получение гидроксида натрия электролизом концентрированного водного раствора поваренной соли $NaCl$ в электролизере с диафрагмой (с разделёнными катодным и анодным пространствами): $$ 2NaCl + 2H_2O = H_2\uparrow \ (катод) + Cl_2\uparrow \ (анод) + 2NaOH. $$ Ещё одним важным продуктом, содержащим щелочной металл, является карбонат натрия (сода) $Na_2CO_3$. Основное количество соды производят по методу Сольве. Суть метода состоит в следующем: водный раствор $NaCl$, к которому добавлен аммиак, насыщают углекислым газом при температуре $26$–$30^\circC$. При этом наблюдается образование малорастворимого гидрокарбоната натрия, называемого питьевой содой : $$ NaCl + NH_3 + CO_2 + H_2O = NaHCO_3\downarrow + NH_4Cl. $$ Добавка аммиака в методе Сольве необходима для нейтрализации кислой среды, возникающей при пропускании $CO_2$ в раствор, и для образования необходимого гидрокарбонат-иона $HCO_3^-$. При прокаливании гидрокарбоната натрия получается кальцинированная , или стиральная, сода $Na_2CO_3$: $$ 2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + CO_2\uparrow + H_2O\uparrow. $$ Карбонат калия (поташ) $K_2CO_3$ не получают по методу Сольве, так как, в отличие от кислой соли натрия, гидрокарбонат $KHCO_3$ хорошо растворим в воде. Карбонат калия получают действием $CO_2$ на раствор гидроксида калия: $$ 2KOH + CO_2 = K_2CO_3 + H_2O. $$ В прошлом поташ получали из древесной золы. Применение соединений металлов IA группы. Мировое производство гидроксида натрия составляет десятки миллионов тонн в год, он используется для изготовления мыла, синтетических моющих средств, производства искусственного волокна, получения органических соединений, например фенола. Мировой объём производства соды также достигает десятков миллионов тонн в год. Основному потребителю соды — стекольной промышленности — ежегодно необходимо около $10$ миллионов тонн кальцинированной соды $Na_2CO_3$. Натриевые соли высших жирных кислот используются для приготовления мыла. Хлорид натрия (поваренная соль) используется в пищевой промышленности как вкусовая добавка и консервирующее вещество. Силикат натрия («жидкое стекло») находит применение в качестве клея (силикатный клей). Криолит $Na_3AlF_6$ применяется при получении алюминия электролитическим способом. Калий — один из макроэлементов, он необх...