Натрій і калій – МЕТАЛИ ГОЛОВНИХ ПІДГРУП
ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Розділ 13. МЕТАЛИ ГОЛОВНИХ ПІДГРУП
§ 13.2. Натрій і калій
Поширення в природі. В природі лужні метали у вільному стані не трапляються. Натрій і калій входять до складу різних сполук. Найважливішою є сполука натрію з хлором NaCl, яка утворює поклади кам’яної солі (Донбас, Солікамськ, Соль-Ілецьк та ін.). Хлорид натрію міститься також у морській воді і соляних джерелах. Звичайно верхні шари покладів кам’яної солі містять калійні солі. Вони є
Натрій і калій належать до найпоширеніших елементів. Вміст натрію в земній корі становить 2, 64 %, калію – 2, 6 %.
Добування натрію і калію. Натрій добувають електролізом розплавленого хлориду натрію або гідроксиду натрію. При електролізі розплаву NaCl на катоді виділяється натрій:
Na+ + e – = Na,
А
2Сl – – 2e – = Сl3.
При електролізі розплаву NaOH на катоді виділяється натрій (рівняння реакції наведено вище), а на аноді – вода і кисень:
4OН – – 4е – = 2Н2О + O2.
Внаслідок високої вартості гідроксиду натрію основним сучасним методом добування натрію є електроліз розплаву NaCl.
Калій також можна добувати електролізом розплавлених КСl і КОН. Проте цей спосіб добування калію не дістав поширення через технічні труднощі (низький вихід за струмом, труднощі дотримання техніки безпеки). Сучасне промислове добування калію грунтується на таких реакціях:
КСl + Na ⇆ NaCl + К; (а)
КОН + Na ⇆ NaOH + К. (б)
У випадку (а) крізь розплавлений хлорид калію пропускають пару натрію при 800°С, а пару калію, яка виділяється, конденсують. У випадку (б) взаємодія між розплавленим гідроксидом калію і рідким натрієм здійснюється протитечією при 440°С в реакційній колонці з нікелю1.
1 Тут має місце зміщення рівноваги реакцій в бік утворення продуктів.
Такими самими способами добувають сплав калію з натрієм, який застосовують як рідкий металічний теплоносій в атомних реакторах. Сплав калію з натрієм використовують також як відновник у виробництві титану.
Фізичні властивості. Оскільки в атомах лужних металів один зовнішній електрон припадає на 4 і більше вільних орбіталей, а енергія іонізації атомів низька, то між атомами металів виникає металічний зв’язок (§3.5). Для речовини з металічним зв’язком характерні металічний блиск, пластичність, м’якість, висока електрична провідність і теплопровідність. Такі властивості мають натрій і калій. Натрій і калій – сріблясто-білі метали, густина першого -0,97 г/см3 , другого – 0,86 г/см3 , дуже м’які, легко ріжуться ножем.
Природний натрій складається з одного ізотопу 2311Na, калій – з двох стабільних ізотопів 3919K(93,08 %) і 4119К (6,91 %) та одного радіоактивного 4019К (0,01 %). В дослідженнях застосовують радіоактивні ізотопи, які добувають штучно: 2211Na, 2411Na і 4219 К.
Хімічні властивості. Атоми натрію і калію при хімічній взаємодії легко віддають валентні електрони, перетворюючись на позитивно заряджені іони Na+ і К+ . Обидва метали – сильні відновники.
На повітрі натрій і калій швидко окиснюються, тому їх зберігають під шаром гасу. Вони легко взаємодіють з багатьма неметалами – галогенами, сіркою, фосфором та ін. Бурхливо реагують з водою. З воднем при нагріванні утворюють гідриди NaH, КН. Гідриди металів легко розкладаються водою з утворенням відповідного лугу і водню:
NaH + Н2O = NaOH + Н2↑.
При згорянні натрію в надлишку кисню утворюється пероксид натрію Na2O2, який взаємодіє з вологим вуглекислим газом повітря, виділяючи кисень:
Na2O2 + 2СО2 = 2Na2СО3 + О2↑.
На цій реакції грунтується застосування пероксиду натрію для добування кисню на підводних човнах і для регенерації повітря у закритих приміщеннях.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...