Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Химия / Конспекты / Конспект урока "Щелочные металлы" 9 класс
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Химия

Конспект урока "Щелочные металлы" 9 класс

библиотека
материалов


Тема урока «Щелочные металлы »

(9 класс)

Технология проектов

Юрова Светлана Николаевна

МАОУ Карасульская СОШ

Ишимский район

Проект краткосрочный – в течение урока, информационный, групповой, по предмету химия (ЩМ), межпредметный (биология, география, химия)

Конечный продукт - презентация

Тип урока:   урок открытия новых знаний.

УМК.

1.        Курс химии для 9 классов /О.С. Габриелян – 2-е Изд., перераб. И доп.-М.: Дрофа, 2008

Оборудование и реактивы:  инструкции для групп, информационные листы с материалами из Википедии, образцы щелочных металлов, вода, чашка Петри, фенолфталеин, соли натрия, калия, медиапроектор, экран, проверочные тесты.        

Цель: Исследование особенностей щелочных металлов, создание проекта в виде презентации.

Задачи.

  1. Расширить знания о щелочных металлах в свете общего, особенного и единичного по трём формам существования химических элементов: атомов, простых и сложных веществ; формирование познавательных УУД.

  2. Продолжить развитие навыков самообразования: умение работать с  инструкцией, текстом,  умения работать в группе,  умения сравнивать, обобщать, давать самооценку и делать выводы; формирование регулятивных УУД.

  3. Формирование мировоззренческого понятия о познаваемости окружающего мира, самостоятельности, повышение   самооценки; формирование личностных, коммуникативных УУД.

Метод обучения: проектно-исследовательский.

Формы работы: индивидуальная,   работа в группах.  

Технологическая карта урока

Этапы

Учебные

задачи

Деятельность учителя

(Осуществляемые действия)

Деятельность учащихся

Урока


(Формируемые способы деятельности)

1. Организация начала занятия.


-психологически эмоциональный положительный настрой учащихся на урок

-проявление эмоционального отношения в учебно-познавательной деятельности.

-слушание собеседника;

-активное слушание учителя.


2. Проверка выполнения домашнего задания

Определение темы урока при помощи викторины. Вопросы викторины: 1.Самый легкий металл? (литий)

2.Самый легкоплавкий металл? (цезий)

3.Металл, который входит в состав самой известной соли? (натрий)

4.Металл, который необходим для работы сердечной мышцы, ионы элемента являются частью ценных минеральных удобрений для растений? (калий)

5.Металл, название которого означает красный? (рубидий)

6.Металл, названный Маргаритой Перей в 1939 году, предсказанный Менделеевым как эка-цезий, назван в честь Франции. (Франций)

-организация повторения ранее изученного материала


-проявление эмоционального отношения в учебно-познавательной деятельности

-продолжение развития умения использовать простые речевые средства для передачи своего мнения;

-умение полно и точно выражать свои мысли;

- развитие и углубление потребностей и мотивов учебно-познавательной деятельности;

-адекватное восприятие оценки учителя;

-выдвижение предложений о теме урока.

3. Подготовка к основному этапу занятия (мотивирующий этап)

Актуализация изучаемого вопроса. Выявление проблемы. Постановка цели урока учащимися. Формирование личностных УУД: ценностных ориентиров и смыслов учебной деятельности на основе развития познавательных интересов, учебных мотивов, формирования границ собственного знания и «незнания».

-активизирует имевшиеся ранее знания;

- способствует активному погружению учащихся в тему, высказыванию различных вариантов решения данной проблемы.

Задает вопрос:

Что объединяет эти элементы?

-выбирают группой щелочной металл для характеристики.

- слушают, принимают и сохраняют учебную цель и задачу;

-дополняют, уточняют высказанные мнения по существу полученного задания;

- принимают и сохраняют учебную задачу, соответствующую этапу

обучения,

- учатся адекватно воспринимать оценки учителя, товарищей;

-прогнозируют – предвосхищают результаты и уровень усвоения материала;

-задают вопросы, адекватно используют средства устного общения для решения коммуникативных задач.

4. Усвоение новых знаний и способов действий

Работа с таблицей Менделеева, текстом учебника, дополнительным материалом из Википедии.

Составление кластера учителя с детьми на доске. Формирование познавательных, коммуникативных УУД взаимодействуют  в групповом коллективе для принятия эффективных совместных решений.

-организует восприятие, осмысление, запоминание учебного материала;

-организация хода работы над раскрытием проблемы исследования во взаимоответственности и взаимопомощи учителя и ученика друг перед другом;

Задает вопрос:

Что нужно отразить при характеристике элемента?

- проявление самостоятельности в разных видах деятельности;

-установление учащимися связи между целью учебной деятельности и ее мотивом.

-формирование умения учиться высказывать своё предположение на основе работы с материалом учебника;

-формирование умения оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей;

- формирование умения прогнозировать предстоящую работу (составлять план);

-формирование умения слушать и понимать других;

-формирование умения формулировать свои мысли в устной форме;

-формирование умения работать в парах, в группах.

-владение умениями совместной деятельности и координации деятельности с другими её участниками;

-составление кластера на доске, его использование при выборе конкретного вопроса для работы каждого ученика в группе;

-выполнение последовательности действий учащимися под руководством учителя;

- поиск информации с использованием учебника и дополнительного материала, создание презентации.

5. Первичная проверка понимания.


Проверка и взаимопроверка

-формирование регулятивных УУД


Вопросы: Изобразите электронное строение  атомов: Li, Na, К

Вопросы:

- В чём сходство и различие   строения атомов этих трёх  элементов?

- Расположите эти элементы в порядке возрастания  их атомных радиусов.

- Дополните этот ряд металлов. Объясните свой ответ.  

- Сформулируйте закономерности изменения свойств металлов этого ряда.

- Как называется эта группа элементов? ( Почему?)

-консультирует работу   в группах, проводит первичную проверку новых знаний при помощи письменного задания;

-просмотр готовности участников группы

-формирование умения осуществлять познавательную и личностную рефлексию;

-по окончании работы группы докладывают о результатах своих поисков, остальные дополняют свои «исследования» новыми данными.

Взаимопроверка.

6. Закрепление знаний и способов действий.


Демонстрация группой презентации по щелочным металлам по общему плану.

Демонстрация опыта учителем: взаимодействие натрия с водой.

Гидроксид натрия → малиновый раствор

Организует защиту проектов групп.


-защита проекта;

-умение выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

-высказывают и отстаивают свою точку зрения, принимают чужую точку зрения, оппонируют собеседнику.

7. Обобщение и систематизация знаний


Формулирование общего вывода.

Организует формулирование общих особенностей ЩМ на основе проектов групп,

-умение выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации.

8. Контроль и самопровер-ка знаний


Проверка новых знаний Проверочная работа тест 1.

-организация контроля новых знаний в виде самостоятельной работы.

-самооценка на основе критерия успешности.

9. Подведение итогов занятий


Итоги урока

Комментирует оценки в группе, анализирует выступления, которые заслушивали на уроке.

-установление учащимися связи между целью учебной деятельности и ее выполнения.



10.Оценочно-рефлексивный (самооценка деятельности).        



Рефлексия. Три мишени на листочке каждому ученику. Первая мишень «Целеустремленность»: Я сегодня добился поставленной цели; вторая мишень «Познание»: Я сегодня узнал; третья мишень «Настроение»: Мне понравилось работать на уроке. Формирование регулятивных УУД

-организует выявление недостатка тех знаний и умений, которых не хватает для решения новых проблем.

Предлагает вспомнить, какую цель  поставили в начале урока, достигли ли  цели?

Побуждает  оценить свою деятельность на уроке.

- анализируют результаты своей деятельности;

- оценивают правильность выполнения действия на уровне адекватной ретроспективной оценки;

-самооценка на основе критерия успешности учебной деятельности;

-оценивают жизненные ситуации с точки зрения безопасного образа жизни и сохранения здоровья;

-обобщают результаты своей деятельности по достижению цели,;

-участвуют в обсуждении, выражают собственное мнение о работе  и полученном результате;

-анализируют правильность выполненных действий и уровень усвоения.


11. Информация о домашнем задании.


Конкретизация и комментарий учебного материала для домашней работы.


Записывает домашнее задание на доске: §11 с.52-60 учебник Габриелян О.С. Химия 9 класс №1 составить уравнения по схеме поясняет на что обратить внимание. По желанию творческое задание: написать сочинение №4.

Фиксируют домашнее задание в дневниках.

 Тест 1. Щелочные металлы

Вариант 1

Вариант 2

1. Наиболее ярко выраженные металлические свойства проявляет:

  а) Mg        б) K    в) Al        г) Ca

1. Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p64s  ?

а) К                б) Са               в) Ва               г) Na

2. Щелочной металл натрий встречается в природе в виде:

        а) оксида;  б) карбоната;

        в) гидроксида; г) хлорида.

2. Натрий взаимодействует со следующей парой веществ:

        а) медь, гидроксид калия; б) соляная кислота, кальций;

        в) натрий хлорид, серная кислота; г) серная кислота, вода.

3. Наиболее энергично взаимодействует с водой

а) Al      б) Mg      в) Са       г) К

3. Какой металл самый легкий?
а) калий   б) олово   в) алюминий      г) медь

4. Какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки металлов?               а) катионы металлов                                                              б) нейтральные атомы       в) катионы металлов и нейтральные атомы                         г) анионы и катионы

4. В какой группе ПС химических элементов находятся самые активные металлы?
а)  VΙΙ группа, побочная подгруппа б)  Ι группа, главная подгруппа
в)   ΙΙ группа, главная подгруппа
г)  V группа, побочная подгруппа

  1. При взаимодействии с кислородом литий образует                                

  а) LiO    б) Li2O    в) LiO2      г) Li2O2   

5. При взаимодействии с кислородом натрий образует  

а) NaO   б) Na2O  в) NaO2   г) Na2O2   

Ответы: Вариант 1: 1-б, 2-г, 3-г, 4-в, 5-б.  Вариант 2: 1-а, 2-г, 3-а, 4-б, 5-г

                                                                                                                                                             

Щелочны́е мета́ллы — это элементы 1-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы I группы)[1]: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, францийFr. При растворении щелочных металлов в воде образуются растворимые гидроксиды, называемые щелочами.

В Периодической системе они следуют сразу за инертными газами, поэтому особенность строения атомов щелочных металлов заключается в том, что они содержат один электрон на внешнем энергетическом уровне: их электронная конфигурация ns1. Очевидно, что валентные электроны щелочных металлов могут быть легко удалены, потому что атомуэнергетически выгодно отдать электрон и приобрести конфигурацию инертного газа. Поэтому для всех щелочных металлов характерны восстановительные свойства. Это подтверждают низкие значения их потенциалов ионизации (потенциал ионизации атома цезия — самый низкий) и электроотрицательности (ЭО). Как следствие, в большинстве соединений щелочные металлы присутствуют в виде однозарядных катионов. Однако существуют и соединения, где щелочные металлы представлены анионами (см.Алкалиды).

Некоторые атомные и физические свойства щелочных металлов

Атомный
номер

Название,
символ

Число природных изотопов

Атомная масса

ЭО

Металл. радиус, нм

tпл,
°C

tкип,
°C

ρ,
г/см³

3

Литий Li

2

6,941(2)

0,98

0,152

180,6

1342

0,534

11

Натрий Na

1

22,989768(6)

0,99

0,186

97,8

883

0,968

19

Калий К

2+1а

39,0983(1)

0,82

0,227

63,07

759

0,856

37

Рубидий Rb

1+1а

85,4687(3)

0,82

0,248

39,5

688

1,532

55

Цезий Cs

1

132,90543(5)

0,79

0,265

28,4

671

1,90

87

Франций Fr

1а

(223)

0,7

20

690

1,87

а Радиоактивные изотопы: 40K, t1/2=1,277•109 лет; 87Rb, t1/2=4,75•1010 лет; 223Fr, t1/2=21,8 мин.

Все металлы этой подгруппы имеют серебристо-белый цвет (кроме серебристо-жёлтого цезия), они очень мягкие, их можно резать скальпелем. Литий,натрий и калий легче воды и плавают на её поверхности, реагируя с ней.


Многие минералы содержат в своём составе щелочные металлы. Например, ортоклаз, или полевой шпат, состоит из алюмосиликата калия K2[Al2Si6O16], аналогичный минерал, содержащий натрий — альбит — имеет состав Na2[Al2Si6O16]. В морской воде содержится хлорид натрия NaCl, а в почве — соликалия — сильвин KCl, сильвинит NaCl • KCl, карналлит KCl • MgCl2 • 6H2O, полигалит K2SO4 • MgSO4 • CaSO4 • 2H2O.

Химические свойства щелочных металлов

Из-за высокой химической активности щелочных металлов по отношению к воде, кислороду, и иногда даже и азоту (Li, Cs) их хранят под слоем керосина. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом, кусочек нужного размера аккуратно отрезают скальпелем под слоем керосина, в атмосфере аргона тщательно очищают поверхность металла от продуктов его взаимодействия с воздухом и только потом помещают образец в реакционный сосуд.

1. Взаимодействие с водой. Важное свойство щелочных металлов — их высокая активность по отношению к воде. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий: \mathsf{2 \ Li + 2 \ H_2O \longrightarrow 2 \ LiOH + \ H_2 \uparrow}

При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв. Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет.

2. Взаимодействие с кислородом. Продукты горения щелочных металлов на воздухе имеют разный состав в зависимости от активности металла.

Для получения оксидов натрия и калия нагревают смеси гидроксида, пероксида или надпероксида с избытком металла в отсутствие кислорода:

\mathsf{2 \ Na + 2 \ NaOH \longrightarrow 2 \ Na_2O + \ H_2 \uparrow}\mathsf{2 \ Na + \ Na_2O_2 \longrightarrow 2 \ Na_2O}\mathsf{3 \ K + \ KO_2 \longrightarrow 2 \ K_2O}



Для кислородных соединений щелочных металлов характерна следующая закономерность: по мере увеличения радиуса катиона щелочного металла возрастает устойчивость кислородных соединений, содержащих пероксид-ион О22−и надпероксид-ион O2.

Для тяжёлых щелочных металлов характерно образование довольно устойчивых озонидов состава ЭО3. Все кислородные соединения имеют различнуюокраску, интенсивность которой увеличивается в ряду от Li до Cs:

Формула
кислородного соединения

Цвет

Li2O

Белый

Na2O

Белый

K2O

Желтоватый

Rb2O

Жёлтый

Cs2O

Оранжевый

Na2O2

Светло-
жёлтый

KO2

Оранжевый

RbO2

Тёмно-
коричневый

CsO2

Жёлтый

Оксиды щелочных металлов обладают всеми свойствами, присущими основным оксидам: они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами:

\mathsf{Li_2O + \ H_2O \longrightarrow 2 \ LiOH}

\mathsf{K_2O + \ SO_3 \longrightarrow \ K_2SO_4}

\mathsf{Na_2O + 2 \ HNO_3 \longrightarrow 2 \ NaNO_3 + \ H_2O}

Пероксиды и надпероксиды проявляют свойства сильных окислителей: \mathsf{Na_2O_2 + 2 \ NaI + 2 \ H_2SO_4 \longrightarrow \ I_2 + 2 \ Na_2SO_4 + 2 \ H_2O}

Пероксиды и надпероксиды интенсивно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:

\mathsf{Na_2O_2 + 2 \ H_2O \longrightarrow 2 \ NaOH + \ H_2O_2}

\mathsf{2 \ KO_2 + 2 \ H_2O \longrightarrow 2 \ KOH + \ H_2O_2 + \ O_2 \uparrow}

3. Взаимодействие с другими веществами. Щелочные металлы реагируют со многими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов, с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием, соответственно, галогенидов, сульфидов,нитридов, фосфидов, карбидов и силицидов:

\mathsf{2 \ Na + \ H_2 \longrightarrow 2 \ NaH}\mathsf{2 \ Na + \ Cl_2 \longrightarrow 2 \ NaCl}\mathsf{2 \ K + \ S \longrightarrow \ K_2S}\mathsf{6 \ Li + \ N_2 \longrightarrow 2 \ Li_3N}\mathsf{2 \ Li + 2 \ C \longrightarrow \ Li_2C_2}

При нагревании щелочные металлы способны реагировать с другими металлами, образуя интерметаллиды. Активно (со взрывом) реагируют щелочные металлы с кислотами.

4. Качественное определение щелочных металлов. Поскольку потенциалы ионизации щелочных металлов невелики, то при нагревании металла или его соединений в пламени атом ионизируется, окрашивая пламя в определённый цвет:

Окраска пламени щелочными металлами
и их соединениями

Щелочной металл

Цвет пламени

Li

Карминно-красный

Na

Жёлтый

K

Фиолетовый

Rb

Буро-красный

Cs

Фиолетово-красный

Получение щелочных металлов[править | править вики-текст]

1. Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов их галогенидов, чаще всего — хлоридов, образующих природныеминералы:

\mathsf{2 \ LiCl \longrightarrow 2 \ Li + \ Cl_2 \uparrow}

катод: Li+ + e → Li

анод: 2Cl — 2e → Cl2

2. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов:

\mathsf{4 \ NaOH \longrightarrow 4 \ Na + 2 \ H_2O + \ O_2 \uparrow}

катод: Na+ + e → Na

анод: 4OH — 4e → 2H2O + O2

3. Щелочной металл может быть восстановлен из соответствующего хлорида или бромида кальцием, магнием, кремнием и др. восстановителями при нагревании под вакуумом до 600-900 °C:

\mathsf{2 \ MCl + \ Ca \longrightarrow 2 \ M \uparrow + \ CaCl_2}

Чтобы реакция пошла в нужную сторону, образующийся свободный щелочной металл (M) должен удаляться путём отгонки. Аналогично возможно восстановление цирконием из хромата. Известен способ получения натрия восстановлением из карбоната углём при 1000 °C в присутствии известняка.[источник не указан 1629 дней]

Поскольку щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений находятся левее водорода, то электролитическое получение их из растворов солей невозможно; в этом случае образуются соответствующие щёлочи и водород.





3

Литий

Li

6,941

[Не]2s1

Ли́тий (лат. Lithium; обозначается символом Li) — элемент первой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы), второго периода периодической системы химических элементов с атомным номером 3.

Простое вещество литий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом Иоганном Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si4AlO10], а затем в сподумене LiAl[Si2O6] и в лепидолитеKLi1.5Al1.5[Si3AlO10](F,OH)2. Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1825 году.

Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.


Физические свойства

Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.

Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 и 1340 °C, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см³, почти в два раза меньше плотности воды). Вследствие своей низкой плотности литий всплывает не только в воде, но и, например, в керосине[5].

Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только при температуре ниже 380 °C и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие па́ры щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

Карминово-красное окрашивание пламени солями литияhttps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/da/Flammenf%C3%A4rbungLi.png/90px-Flammenf%C3%A4rbungLi.png

Химические свойства

Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранят в керосине (к тому же плотность лития столь мала, что он будет в нём плавать); он может непродолжительное время храниться на воздухе.

Во влажном воздухе медленно реагирует с азотом и другими газами, находящимися в воздухе, превращаясь в нитрид Li3N, гидроксидLiOH и карбонат Li2CO3. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2O. Интересная особенность лития в том, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C он покрывается плотной оксидной плёнкой и в дальнейшем не окисляется. В отличие от остальных щелочных металлов, дающих стабильные надпероксиды и озониды; надпероксид и озонид лития — нестабильные соединения.

В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным признаком для определения лития. Температура самовоспламенения находится в районе 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H2. Реагирует также с этиловым спиртом (с образованием алкоголята), с водородом (при 500—700 °C) с образованием гидрида лития, с аммиаком и с галогенами  иодом — только при нагревании). При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида. В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид). При 600—700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида. Химически растворим в жидком аммиаке (−40 °C), образуется синий раствор.

В водном растворе литий имеет самый низкий стандартный электродный потенциал (−3,045 В) из-за малого размера и высокой степени гидратации иона лития.

Длительно литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в глаза.

Нахождение в природе

Геохимия лития

Литий по геохимическим свойствам относится к крупноионным литофильным элементам, в числе которых калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г/т, в морской воде 0,17 мг/л

Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi1,5Al1,5[Si3AlO10](F, OH)2 и пироксен сподумен — LiAl[Si2O6]. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространённых породообразующих минералах.

Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.

Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносолёных озёр.

Месторождения

Месторождения лития известны в Чили, Боливии (Солончак Уюни — крупнейшее в мире), США, Аргентине, Конго, Китае (озеро Чабьер-Цака), Бразилии,Сербии, Австралии.

В России более 50 % запасов сосредоточено в редкометалльных месторождениях Мурманской области.

Получение

В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO3 (щелочной способ), или обрабатывают K2SO4 (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li2CO3, который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KClили BaCl2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

\mathsf{2LiCl \ \xrightarrow \ \ 2Li + Cl_2 \uparrow }

В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.

Применение

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/06/Global_Lithium_Uses.svg/220px-Global_Lithium_Uses.svg.png

Оценка использования лития в мире в 2011 году[15]     Керамика и стекло (29%)     Источники тока (27%)     Смазочные материалы (12%)     Непрерывная разливка стали (5%)     Регенерация кислорода (4%)     Полимеры (3%)     Металлургия алюминия (2%)     Фармацевтика (2%)     другое (16%)

Термоэлектрические материалы

Сплав сульфида лития и сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей.

Химические источники тока

Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например, литий-хлорных аккумуляторов) игальванических элементов с твёрдым электролитом (например, литий-хромсеребряный, литий-висмутатный, литий-окисномедный, литий-двуокисномарганцевый, литий-иодсвинцовый, литий-иодный, литий-тионилхлоридный, литий-оксидванадиевый, литий-фторомедный, литий-двуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твёрдых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил).

Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоёмкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов.

Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов. Добавление гидроксида лития к электролиту тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковыхаккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и ёмкость на 21 % (за счёт образования никелатов лития).

Алюминат лития — наиболее эффективный твёрдый электролит (наряду с цезий-бета-глинозёмом).

Ракетное топливо

Лазерные материалы

Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров на центрах свободной окраски и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.

Окислители

Перхлорат лития используют в качестве окислителя.

Дефектоскопия

Сульфат лития используют в дефектоскопии.

Пиротехника

Нитрат лития используют в пиротехнике для окрашивания огней в красный цвет.

Сплавы

Сплавы лития с серебром и золотом, а также медью являются очень эффективными припоями. Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике (из-за их лёгкости). На основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре и используемая в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромной прочностью обладает стекло на основе литий-алюминий-силиката, упрочняемого волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно упрочняет сплавысвинца и придает им пластичность и стойкость против коррозии.

Электроника

Триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO3 и танталат лития LiTaO3являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике.
Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных
 металлогалогеновых ламп.
Гидроксид лития добавляют в электролит щелочных
 аккумуляторов для увеличения срока их службы.

Металлургия

В чёрной и цветной металлургии литий используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.

Металлургия алюминия

Карбонат лития является важнейшим вспомогательным веществом (добавляется в электролит) при выплавке алюминия, и его потребление растет с каждым годом пропорционально объёму мировой добычи алюминия (расход карбоната лития 2,5-3,5 кг на тонну выплавляемого алюминия

Легирование алюминия

Введение лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью.

Добавка лития снижает плотность сплава и повышает модуль упругости. При содержании лития до 1,8 % сплав имеет низкое сопротивление коррозии под напряжением, а при 1,9 % сплав не склонен к коррозионному растрескиванию. Увеличение содержания лития до 2,3 % способствует возрастанию вероятности образования рыхлот и трещин. Механические свойства при этом изменяются: пределы прочности и текучести возрастают, а пластические свойства снижаются.

Ядерная энергетика

Изотопы 6Li и 7Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафниат лития входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний.

Литий-6 и Литий-7

Применяется в термоядерной энергетике.

Сушка газов

Высокогигроскопичные бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.

Медицина

Соли лития обладают нормотимическими и другими лечебными свойствами. Поэтому они находят применение в медицине.

Смазочные материалы

Стеарат лития литиевое мыло») используется в качестве загустителя для получения пастообразных высокотемпературных смазок машин и механизмов. См. напр.: Литол, ЦИАТИМ-201.

Регенерация кислорода в автономных аппаратах

Гидроксид лития LiOH, пероксид Li2O2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последнее соединение реагирует с выделением кислорода (например, 2Li2O2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + O2), благодаря чему используется в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.

Силикатная промышленность

Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий.

Прочие области применения

Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).

Весьма перспективно использовать литий в качестве наполнителя поплавка батискафов — этот металл имеет плотность, почти в два раза меньшую, чем вода (точнее, 534 кг/м³), это значит, что один кубический метр лития может удерживать на плаву почти на 170 кг больше, чем один кубический метрбензина. Однако литий — щелочной металл, активно реагирующий с водой, следует каким-то образом надёжно разделить эти вещества, не допустить их контакта.

Биологическое значение лития

Литий в небольших количествах необходим организму человека (порядка 100 мкг/день для взрослых). Преимущественно в организме находится в щитовидной железе, лимфоузлах, сердце, печени, легких, кишечнике, плазме крови, надпочечниках.

Литий принимает участие в важных процессах:

  • участвует в углеводном и жировом обменах;

  • поддерживает иммунную систему;

  • предупреждает возникновение аллергии;

  • снижает нервную возбудимость.

Препараты лития широко используются в терапии психических расстройств.

Выделяется литий преимущественно почками.





11

Натрий

Na

22,989

[Nе]3s1

На́трий — элемент первой группы (по старой классификации — главной подгруппы первой группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium). Простое вещество натрий  — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Натрий (а точнее, его соединения) известен и использовался с давних времён. Еврейское словоneter (греч. νίτρον, лат. nitrum) встречается уже в Библии как название вещества, которое, по Соломону, вскипает с уксусом. Сода (натрон), встречается в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет.

Название «натрий» происходит от латинского слова natrium (ср. др.-греч. νίτρον), которое было заимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где оно означало среди прочего: «сода», «едкий натр».

Аббревиатура «Na» и слово natrium были впервые использованы академиком, основателем шведского общества врачей Йенсом Якобсом Берцелиусом для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода. Ранее (а также до сих пор в английском, французском и ряде других языков) элемент именовался содий (лат. sodium) — это название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, означающему «головная боль», так как сода применялась в то время в качестве лекарства от головной боли.

Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви, который сообщил об этом 19 ноября 1807 года в Бэкеровской лекции (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий — через несколько дней после калия, электролизом расплава гидроксида натрия.

Нахождение в природе

Кларк натрия в земной коре 25 кг/т. Содержание в морской воде в виде соединений — 10,5 г/л. Металлический натрий встречается как примесь, окрашивающая каменную соль в синий цвет. Данную окраску соль приобретает под действием радиации.

Получение

Первым промышленным способом получения натрия стала карботермическая реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля)

\mathsf{Na_2CO_3 + 2C \ \xrightarrow{1000^oC}\ 2Na + 3CO. }

Аналогично могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий

С появлением электроэнергетики стал более практичен другой способ получения натрия — электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия. В настоящее время электролиз — основной способ получения натрия.

Физические свойства

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e5/Flametest--Na.swn.jpg/250px-Flametest--Na.swn.jpg

Металлический натрий, сохраняемый в минеральном масле


Качественное определение натрия с помощью пламени — ярко-жёлтый цвет эмиссионного спектра

Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.

Под давлением становится прозрачным и красным, как рубин.

Химические свойства

Щелочной металл на воздухе легко окисляется до оксида натрия. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина.

\mathsf{4Na + O_2 \ \xrightarrow{\ }\ 2Na_2O }

При горении на воздухе или в кислороде образуется пероксид натрия:

\mathsf{2Na + O_2 \ \xrightarrow{\ }\ Na_2O_2 }

Кроме того, существует озонид натрия NaO3.

С водой натрий реагирует очень бурно, помещённый в воду кусочек натрия всплывает, из-за выделяющегося тепла плавится, превращаясь в белый шарик, который быстро движется в разных направлениях по поверхности воды[14], реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться. Уравнение реакции:

\mathsf{2Na + 2H_2O \ \xrightarrow{\ }\ 2NaOH + H_2\uparrow }

Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, иода, углерода, благородных газов):

{\textstyle \mathsf{2Na + Cl_2 \ \xrightarrow{\ }\ 2NaCl }}

\mathsf{2Na + H_2 \ \xrightarrow{250-400^oC, p}\ 2NaH }

Натрий более активен, чем литий. С азотом реагирует крайне плохо в тлеющем разряде, образуя очень неустойчивое вещество — нитрид натрия (в противоположность легко образующемуся нитриду лития):

\mathsf{6Na + N_2 \ \xrightarrow{\ }\ 2Na_3N }

С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл:

\mathsf{2Na + 2HCl \ \xrightarrow{\ }\ 2NaCl + H_2\uparrow }

С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:

\mathsf{8Na + 10HNO_3 \ \xrightarrow{\ }\ 8NaNO_3 + NH_4NO_3 + 3H_2O}

Растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор:

\mathsf{Na + 4NH_3 \ \xrightarrow{-40^oC}\ Na[NH_3]_4 }

С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании:

\mathsf{2Na + 2NH_3 \ \xrightarrow{350^oC}\ 2NaNH_2 + H_2 }

С ртутью образует амальгаму натрия, которая используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла. При сплавлении с калием даёт жидкий сплав.

Применение

Металлический натрий широко используется как сильный восстановитель, в том числе в металлургии. Используется для осушения органических растворителей, например, эфира. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах двигателей грузовиков как жидкий теплоотвод. Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.

В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %,калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.

Натрий также используется в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12—24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения.

Металлический натрий применяется в качественном анализе органического вещества (проба Бейльштейна).

Хлорид натрия (поваренная соль) — древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.

Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и вгальванотехнике (серебрение, золочение).

Хлорат натрия (NaClO3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.

Биологическая роль

Натрий входит в состав всех живых организмов. В высших организмах натрий находится большей частью в межклеточной жидкости клеток (примерно в 15 раз больше, чем в цитоплазме клетки). Разность концентраций поддерживает встроенный в мембраны клетки натрий-калиевый насос, откачивающий ионы натрия из цитоплазмы в межклеточную жидкость.

Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:

Рекомендуемая доза натрия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов, для взрослых от 1200 до 2300 миллиграммов в день. В виде поваренной соли это составляет от 3 до 6 граммов в день.

Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит вжелудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако чрезмерно солёная пища и пища, богатая белками, препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.

Дефицит натрия у питающегося сбалансированной пищей человека не встречается, однако некоторые проблемы могут возникнуть при голодании. Временный дефицит может быть вызван использованием мочегонных препаратов, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды.

Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте и нарушение усвоения аминокислот имоносахаридов. Продолжительный дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.

Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а также повышенное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками, составляет примерно 20—30 граммов, большее количество уже опасно для жизни.




Ка́лий — элемент главной подгруппы первой группы, четвёртого периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K (лат. Kalium). Простое вещество калий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах. Очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь. Во многих свойствах калий очень близок натрию, но с точки зрения биологической функции и использования клетками живых организмов они антагонистичны.

История и происхождение названия

Соединения калия используются с древнейших времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал сульфат калия K2SO4, соду и хлорид калия KCl.

19 ноября 1807 года в Бэкеровской лекции английский химик Дэви сообщил о выделении калия электролизом расплава едкого кали (KOH) (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года) и назвал его «потасий» (лат. potasium; это название (правда, в некоторых языках с двумя буквами s) до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках). В 1809 году Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — K.

Нахождение в природе

В свободном состоянии не встречается. Породообразующий элемент, входит в состав слюд, полевых шпатов и т. д. Также калий входит в состав сильвина KCl, сильвинита KCl·NaCl,карналлита KCl·MgCl2·6H2O, каинита KCl·MgSO4·6H2O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K2CO3 (поташ). Калий входит в состав всех клеток. Кларк калия в земной коре составляет 2,4 % (5-й по распространённости металл, 7-й по содержанию в коре элемент). Концентрация в морской воде — 380 мг/л.

Месторождения

Крупнейшие месторождения калия находятся на территории Канады, России ( г. Березники, г. Соликамск, Пермский край, Верхнекамское месторождение калийных руд), Белоруссии  (г. Солигорск, Старобинское месторождение калийных руд).

Получение

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 °C), то чаще проводят электролиз расплавленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:

\mathsf{K^+ + e^- \rightarrow K}

\mathsf{2Cl^- \rightarrow Cl_2}

При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:

\mathsf{4OH^- \rightarrow 2H_2O + O_2}

Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре. Анод изготовляют также в виде цилиндра из никеля (при электролизе щелочей) либо из графита (при электролизе хлоридов).

Важное промышленное значение имеют и методы термохимического восстановления:

\mathsf{Na + KOH \xrightarrow[N_2]{380-450^oC} NaOH + K}

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/33/Potassium_%26_water_39.jpg/220px-Potassium_%26_water_39.jpg

Калий — серебристое вещество с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки, калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.


Калий активно взаимодействует с водой. Выделяющийся водород воспламеняется, а ионы калия придают пламени фиолетовый цвет. Раствор фенолфталеина в воде становится малиновым, демонстрируя щелочную реакцию образующегося KOH.

Химические свойства

Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является сильным восстановителем. На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений (оксиды и карбонат). При длительном контакте с атмосферой способен полностью разрушиться. С водой реагирует со взрывом. Хранить его необходимо под слоем бензина, керосина или силикона, дабы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью. С Na, Tl, Sn, Pb, Bi калий образует интерметаллиды.

Взаимодействие с простыми веществами

Калий при комнатной температуре реагирует с кислородом воздуха, галогенами; практически не реагирует с азотом (в отличие от лития и натрия). При умеренном нагревании реагирует с водородом с образованием гидрида (200—350 °C):

\mathsf{2K + H_2 \longrightarrow 2 KH}

с халькогенами (100—200 °C, E = S, Se, Te):

\mathsf{2K + E \longrightarrow K_2E}

При сгорании калия на воздухе образуется надпероксид калия KO2 (с примесью K2O2):

\mathsf{K + O_2 \longrightarrow KO_2}

В реакции с фосфором в инертной атмосфере образуется фосфид зелёного цвета (200 °C):

\mathsf{3K + P \longrightarrow K_3P}

Взаимодействие со сложными веществами

Калий при комнатной температуре активно реагирует с водой, кислотами, растворяется в жидком аммиаке (−50 °C) с образованием тёмно-синего раствора.

\mathsf{2K + 2H_2O \longrightarrow 2KOH + H_2 \uparrow}

\mathsf{2K + 2HCl \longrightarrow 2KCl + H_2 \uparrow}

\mathsf{K + 6NH_3 \longrightarrow [K(NH_3)]_6}

Калий глубоко восстанавливает разбавленные серную и азотную кислоты:

\mathsf{8K + 6H_2SO_4 \longrightarrow 4K_2SO_4 + SO_2 \uparrow + S\downarrow + 6H_2O}

\mathsf{21K + 26HNO_3 \longrightarrow 21KNO_3 + NO\uparrow + N_2O\uparrow + N_2\uparrow + 13H_2O}

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

\mathsf{2K + 2KOH \longrightarrow 2K_2O + H_2 \uparrow (450^\circ C)}

Металлический калий реагирует со спиртами с образованием алкоголятов:

\mathsf{2K + 2C_2H_5OH \longrightarrow 2C_2H_5OK + H_2 \uparrow}

Алкоголяты щелочных металлов (в данном случае − этанолат калия) являются очень сильными основаниями и широко используются в органическом синтезе.

Соединения с кислородом

При взаимодействии калия с кислородом воздуха образуется не оксид, а пероксид и супероксид:

\mathsf{K + O_2 \longrightarrow KO_2}

Оксид калия может быть получен при нагревании металла до температуры не выше 180 °C в среде, содержащей очень мало кислорода, или при нагревании смеси супероксида калия с металлическим калием:

\mathsf{KO_2 + 3K \longrightarrow 2K_2O}

Оксиды калия обладают ярко выраженными основными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:

\mathsf{K_2O_2 + 2H_2O \longrightarrow 2KOH + H_2O_2}

\mathsf{4KO_2 + 2H_2O \longrightarrow 4KOH + 3O_2 \uparrow}

\mathsf{4KO_2 + 2CO_2 \longrightarrow 2K_2CO_3 + 3O_2 \uparrow}

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия.

 Гидроксид калия

Гидроксид калия (или едкое кали) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень гигроскопичные кристаллы, плавящиеся при температуре 360 °C. Гидроксид калия относится к щелочам. Он хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла. Растворимость едкого кали при 20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав состава: натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % — обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.

Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений. Калий является одним из трех базовых элементов, которые необходимы для роста растений наряду с азотом и фосфором. В отличие от азота и фосфора, калий является основным клеточным катионом. При его недостатке у растения прежде всего нарушается структура мембран хлоропластов — клеточных органелл, в которых проходит фотосинтез. Внешне это проявляется в пожелтении и последующем отмирании листьев. При внесении калийных удобрений у растений увеличивается вегетативная масса, урожайность и устойчивость к вредителям.

Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока.

Важные соединения

Бромид калия применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.

Гидроксид калия применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.

Карбонат калия (поташ) используется как удобрение, при варке стекла, как кормовая добавка для птицы.

Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») используется как удобрение.

Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.

Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.

Дихромат калия (хромпик) — сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.

Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.

Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).

Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов. применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали.

Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).

Сульфат калия — применяется как удобрение.


Биологическая роль

Калий — важнейший биогенный элемент, особенно в растительном мире. При недостатке калия в почве растения развиваются очень плохо, уменьшается урожай, поэтому около 90 % добываемых солей калия используют в качестве удобрений.

Калий в организме человека

Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше, чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса. Калий и натриймежду собой функционально связаны и выполняют следующие функции:

Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.

Поддержание осмотической концентрации крови.

Поддержание кислотно-щелочного баланса.

Нормализация водного баланса.

Рекомендуемая суточная доля калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов, для взрослых — от 1800 до 5000 миллиграммов. Потребность в калии зависит от общего веса тела, физической активности, физиологического состояния, и климата места проживания. Рвота, продолжительные поносы, обильное потение, использование мочегонных повышают потребность организма в калии.

Основными пищевыми источниками являются бобы (в первую очередь белая фасоль), шпинат и капуста кормовая, картофель, батат, сушёные абрикосы, дыня, киви, авокадо, помело, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах.

Практически все сорта рыбы содержат более 200 мг калия в 100 г. Количество калия в разных видах рыбы различается. Овощи, грибы и травы также содержат много калия, однако в консервированных продуктах его уровень может быть гораздо меньше. Много калия содержится в шоколаде.

Всасывание происходит в тонком кишечнике. Усвоение калия облегчает витамин B6, затрудняет — алкоголь.

При недостатке калия развивается гипокалиемия. Возникают нарушения работы сердечной и скелетной мускулатуры. Продолжительный дефицит калия может быть причиной острой невралгии.

При переизбытке калия развивается гиперкалиемия, для которой основным симптомом является язва тонкого кишечника. Настоящая гиперкалиемия может вызвать остановку сердца.










37

Рубидий

Rb

85,467

[Kr]5s1

Руби́дий — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium). Простое веществорубидий — мягкий легкоплавкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История

В 1861 году немецкие учёные Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Роберт Кирхгоф, изучая с помощью спектрального анализа природные алюмосиликаты, обнаружили в них новый элемент, впоследствии названный рубидием по цвету наиболее сильных линий спектра.

Обнаружение радиоактивности рубидия

Природная радиоактивность рубидия была открыта Кемпбеллом и Вудом в 1906 году с помощью ионизационного метода и подтверждена В.Стронгом в 1909 году с помощью фотоэмульсии. В 1930 году Л. В. Мысовский и Р. А. Эйхельбергер с помощью камеры Вильсона показали, что эта радиоактивность сопровождается испусканием бета-частиц. Позже было показано, что она обусловлена бета-распадом природного изотопа 87Rb.

Происхождение названия

Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от лат. rubidus — красный, тёмно-красный).

Нахождение в природе

Мировые ресурсы рубидия

Содержание рубидия в земной коре составляет 7,8·10−3%, что примерно равно суммарному содержанию никеля, меди и цинка. По распространенности в земной коре рубидий находится примерно на 20-м месте, однако в природе он находится в рассеянном состоянии, рубидий — типичный рассеянный элемент. Собственные минералы рубидия неизвестны. Рубидий встречается вместе с другими щелочными элементами, он всегда сопутствует калию. Обнаружен в очень многих горных породах и минералах, найденных, в частности, в Северной Америке, Южной Африке и России, но его концентрация там крайне низка. Только лепидолиты содержат несколько больше рубидия, иногда 0,2 %, а изредка и до 1—3 % (в пересчете на Rb2О).

Соли рубидия растворены в воде морей, океанов и озёр. Концентрация их и здесь очень невелика, в среднем порядка 100 мкг/л. В отдельных случаях содержание рубидия в воде выше: в Одесских лиманах оно оказалось равным 670 мкг/л, а в Каспийском море — 5700 мкг/л. Повышенное содержание рубидия обнаружено и в некоторых минеральных источниках Бразилии.

Из морской воды рубидий перешёл в калийные соляные отложения, главным образом, в карналлиты. В страссфуртских и соликамских карналлитах содержание рубидия колеблется в пределах от 0,037 до 0,15 %. Минерал карналлит — сложное химическое соединение, образованное хлоридами калия и магния с водой; его формула – KCl·MgCl2·6H2O. Рубидий даёт соль аналогичного состава RbCl·MgCl2·6H2O, причём обе соли — калиевая и рубидиевая — имеют одинаковое строение и образуют непрерывный ряд твёрдых растворов, кристаллизуясь совместно. Карналлит хорошо растворим в воде, потому вскрытие минерала не составляет большого труда. Сейчас разработаны и описаны в литературе рациональные и экономичные методы извлечения рубидия из карналлита, попутно с другими элементами.

Месторождения

Минералы, содержащие рубидий (лепидолит, циннвальдит, поллуцит, амазонит), находятся на территории Германии, Чехии, Словакии, Намибии,Зимбабве, Туркмении и других странах.


Получение

Большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита. После выделения лития в виде карбонатаили гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов RbAl(SO4)2·12H2O, KAl(SO4)2·12H2O, CsAl(SO4)2·12H2O. Смесь разделяют многократной перекристаллизацией.

Рубидий также выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля. Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs3[Sb2Cl9]. Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозёма из нефелина.

Значительную часть производимого рубидия выделяют в ходе получения лития, поэтому появление большого интереса к литию для использования его в термоядерных процессах в 1950-х привело к увеличению добычи лития, а, следовательно, и рубидия. Именно поэтому соединения рубидия стали более доступными.


Физические свойства

Рубидий образует серебристо-белые мягкие кристаллы, имеющие на свежем срезе металлический блеск. 

Плотность 1,525 г/см³ (0 °C), tпл 38,9 °C, tкип 703 °C.

Химические свойства

Щелочной металл, крайне неустойчив на воздухе (реагирует с воздухом в присутствии следов воды с воспламенением). Образует все виды солей — большей частью легкорастворимые.

Соединения рубидия

Гидроксид рубидия RbOH — весьма агрессивное вещество к стеклу и другим конструкционным и контейнерным материалам, а расплавленный RbOH разрушает большинство металлов.


Применение

Хотя в ряде областей применения рубидий уступает цезию, этот редкий щелочной металл играет важную роль в современных технологиях. Можно отметить следующие основные области применения рубидия: катализ, электронная промышленность, специальная оптика, атомная промышленность, медицина (его соединения обладают нормотимическими свойствами - Нормоти́мики, нормотимические средства, или стабилизаторы настроения психически больных).

Рубидий используется не только в чистом виде, но и в виде ряда сплавов и химических соединений. Рубидий имеет хорошую сырьевую базу, более благоприятную, чем для цезия. Область применения рубидия в связи с ростом его доступности расширяется.

Изотоп рубидий-86 широко используется в гамма-дефектоскопии, измерительной технике, а также при стерилизации лекарств и пищевых продуктов. Рубидий и его сплавы с цезием — это весьма перспективный теплоноситель и рабочая среда для высокотемпературных турбоагрегатов (в этой связи рубидий и цезий в последние годы приобрели важное значение, и чрезвычайная дороговизна металлов уходит на второй план по отношению к возможностям резко увеличить КПД турбоагрегатов, а значит, и снизить расходы топлива и загрязнение окружающей среды). Применяемые наиболее широко в качестве теплоносителей системы на основе рубидия — это тройные сплавы: натрий-калий-рубидий, и натрий-рубидий-цезий.

В катализе рубидий используется как в органическом, так и неорганическом синтезе. Каталитическая активность рубидия используется в основном для переработки нефти на ряд важных продуктов. Ацетат рубидия, например, используется для синтеза метанола и целого ряда высших спиртов из водяного газа, что актуально в связи с подземной газификацией угля и в производстве искусственного жидкого топлива для автомобилей и реактивного топлива. Ряд сплавов рубидия с теллуром обладают более высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, чем соединения цезия, и в связи с этим он способен в этом случае составить конкуренцию цезию как материал для фотопреобразователей. В составе специальных смазочных композиций (сплавов) рубидий применяется как высокоэффективная смазка в вакууме (ракетная и космическая техника).

Гидроксид рубидия применяется для приготовления электролита для низкотемпературных химических источников тока, а также в качестве добавки к раствору гидроксида калия для улучшения его работоспособности при низких температурах и повышения электропроводности электролита. В гидридных топливных элементах находит применение металлический рубидий.

Хлорид рубидия в сплаве с хлоридом меди находит применение для измерения высоких температур (до 400 °C).

Пары рубидия используются как рабочее тело в лазерах, в частности, в рубидиевых атомных часах.

Хлорид рубидия применяется в топливных элементах в качестве электролита, то же можно сказать и о гидроксиде рубидия, который очень эффективен как электролит в топливных элементах, использующих прямое окисление угля.



55

Цезий

Cs

132,906

[Xe]6s1

Це́зий (лат. Caesium, обозначается символом Cs) — элемент главной подгруппы первой группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер — 55. Простое вещество цезий — мягкий щелочной металл серебристо-жёлтогоцвета. Своё название цезий получил за наличие двух ярких синих линий в эмиссионном спектре(от лат. caesius — небесно-голубой).

История

Цезий был открыт в 1860 году немецкими учёными Р. В. Бунзеном и Г. Р. Кирхгофом в водах Бад-Дюркхаймского минерального источника в Германии методом оптической спектроскопии, тем самым, став первым элементом, открытым при помощи спектрального анализа. В чистом виде цезий впервые был выделен в 1882 году шведским химиком К. Сеттербергом при электролизерасплава смеси цианида цезия (CsCN) и бария.

Нахождение в природе

Общие выявленные мировые ресурсы руд составляют около 180 тыс. тонн (в пересчёте на окись цезия), но они крайне распылены. Сверхвысокие цены — это неотъемлемая черта, сопровождающая цезий и рубидий в прошлом и настоящем. Мировой объём добычи цезия составляет около 9 тонн в год, а потребность — свыше 85 тонн в год, и она постоянно растёт. У цезия есть и недостатки, которые обусловливают постоянный поиск его минералов: извлечение этого металла из руд неполное, в процессе эксплуатации материала он рассеивается и потому безвозвратно теряется, запасы цезиевых руд очень ограничены и не могут обеспечить постоянно растущий спрос на металлический цезий (потребности в металле более чем в 8,5 раз превышают его добычу, и положение в металлургии цезия ещё более тревожное, чем, например, в металлургии тантала или рения). Промышленность нуждается именно в очень чистом материале (на уровне 99,9—99,999 %), и это является одной из труднейших задач в металлургии редких элементов. Для получения цезия достаточной степени чистоты требуется многократная ректификация в вакууме, очистка от механических примесей на металлокерамических фильтрах, нагревание с геттерами для удаления следов водорода, азота, кислорода и многократная ступенчатая кристаллизация. Цезий весьма активен и агрессивен по отношению к контейнерным материалам и требует хранения, например, в сосудах из специального стекла в атмосфере аргона или водорода (обычные марки лабораторного стекла цезий разрушает).

Месторождения

По добыче цезиевой руды (поллуцита) лидирует Канада. В месторождении Берник-Лейк (юго-восточная Манитоба) сосредоточено около 70 % мировых запасов цезия. Поллуцит также добывается в Намибии и Зимбабве. В России его мощные месторождения находятся на Кольском полуострове, вВосточном Саяне и Забайкалье. Месторождения поллуцита также имеются в Казахстане, Монголии и Италии (о. Эльба), но они обладают малыми запасами и не имеют важного экономического значения.

Ежегодное производство цезия в мире составляет около 20 тонн.

Геохимия и минералогия

Среднее содержание цезия в земной коре — 3,7 г/т. Наблюдается некоторое увеличение содержание цезия от ультраосновных пород (0,1 г/т) к кислым (5 г/т). Основная его масса в природе находится в рассеянной форме и лишь незначительная часть заключена в собственных минералах. Постоянно повышенные количества цезия наблюдаются в воробьевите (1—4 %), родиците (около 5 %), авогадрите и лепидолите (0,85 %). По кристаллохимическим свойствам цезий наиболее близок к рубидию, калию и таллию. В повышенных количествах цезий находится в калиевых минералах. Цезий, как и рубидий, имеет тенденцию накапливаться на поздних стадиях магматических процессов, и в пегматитах его концентрации достигают наивысших значений. Среднее содержание цезия в гранитных пегматитах около 0,01 %, а в отдельных пегматитовых жилах, содержащих поллуцит, даже достигает 0,4 %, что примерно в 400 раз выше, чем в гранитах. Наиболее высокие концентрации цезия наблюдаются в редкометально замещённых микроклин-альбитовых пегматитах со сподуменом. При пневматолито-гидротермальном процессе повышенные количества цезия связаны с массивами грейзенезированных аляскитов и гранитов с кварц-берилл-вольфрамитовыми жилами, где он присутствует главным образом в мусковитах и полевых шпатах. В зоне гипергенеза (в поверхностных условиях) цезий в небольшом количестве накапливается в глинах, глинистых породах и почвах, содержащих глинистые минералы, иногда в гидроокислах марганца. Максимальное содержание цезия составляет лишь 15 г/т. Роль глинистых минералов сводится к сорбции, цезий вовлекается в межпакетное пространство в качестве поглощённого основания. Активная миграция этого элемента в водах очень ограничена. Основное количество цезия мигрирует «пассивно», в глинистых частичках речных вод. В морской воде концентрация цезия составляет ок. 0,5 мкг/л.[6] Из числа собственно цезиевых минералов наиболее распространены поллуцит (Cs, Na)[AlSi2O6]·nH2O (22 — 36 % Cs2O), цезиевый берилл (воробьевит) Be2CsAl2(Si6O18) и авогадрит(KCs)BF4. Последние два минерала содержат до 7,5 % окиси цезия.


Получение

Основными цезиевыми минералами являются поллуцит и очень редкий авогадрит (K,Cs)[BF4]. Кроме того, в виде примесей цезий входит в рядалюмосиликатов: лепидолит, флогопит, биотит, амазонит, петалит, берилл, циннвальдит, лейцит, карналлит. В качестве промышленного сырья используются поллуцит и лепидолит.

При промышленном получении цезий в виде соединений извлекается из минерала поллуцита. Это делается хлоридным или сульфатным вскрытием. Первое включает обработку исходного минерала подогретой соляной кислотой, добавление хлорида сурьмы SbCl3 для осаждения соединения Cs3[Sb2Cl9] и промывку горячей водой или раствором аммиака с образованием хлорида цезия CsCl. При втором — минерал обрабатывается подогретой серной кислотой с образованием алюмоцезиевых квасцов CsAl(SO4)2 · 12H2O.

В России переработка и извлечение солей цезия из поллуцита ведется в Новосибирске на ЗАО «Завод редких металлов».

Существует несколько лабораторных методов получения цезия. Он может быть получен:

Все методы являются трудоёмкими. Второй позволяет получить высокочистый металл, однако является взрывоопасным и требует на реализацию несколько суток.

Оба эти долгоживущих радионуклида являются продуктами ядерного распада. Цезий-137 является одним из виновников радиоактивного загрязнения биосферы, так как образуется при делении ядер.

Физические свойства

Цезий — мягкий металл, из-за низкой температуры плавления (Tпл=28,6 °C) при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. Металлический цезий представляет собой вещество золотисто-белого цвета, по внешнему виду похожее на золото, но светлее. Расплав представляет подвижную жидкость, при этом его цвет становится более серебристым. Жидкий цезий хорошо отражает свет. Пары цезия окрашены в зеленовато-синий цвет.

Цезий растворяется в жидком аммиаке (тёмно-синие растворы) и расплавленном CsOH.

Химические свойства

Цезий является наиболее химически активным металлом, полученным в макроскопических количествах (так как активность щелочных металлов растёт с порядковым номером, то франций, вероятно, ещё более активен, но в макроскопических количествах не получен, так как все его изотопы имеют малый период полураспада). Является сильнейшим восстановителем. На воздухе цезий мгновенно окисляется с воспламенением, образуя надпероксид CsO2. При ограниченном доступе кислорода окисляется до оксида Cs2O. Взаимодействие с водой происходит со взрывом, продуктом взаимодействия являютсягидроксид CsOH и водород H2. Цезий вступает в реакцию со льдом (даже при −120 °C), простыми спиртами, галогеноорганическими соединениями,галогенидами тяжёлых металлов, кислотами, сухим льдом (взаимодействие протекает с сильным взрывом). Реагирует с бензолом. Активность цезия обусловлена не только высоким отрицательным электрохимическим потенциалом, но и невысокой температурой плавления и кипения (быстро развивается очень большая контактная поверхность, что увеличивает скорость реакции). Многие образуемые цезием соли — нитраты, хлориды, бромиды, фториды,иодиды, хроматы, манганаты, азиды, цианиды, карбонаты и т. д. — чрезвычайно легко растворимы в воде и ряде органических растворителей; наименее растворимы перхлораты (что важно для технологии получения и очистки цезия). Несмотря на то, что цезий является весьма активным металлом, он, в отличие от лития, не вступает в реакцию с азотом при обычных условиях и, в отличие от бария, кальция, магния и ряда других металлов, не способен образовать с азотом соединений даже при сильнейшем нагревании.

Гидроксид цезия — сильнейшее основание с высочайшей электропроводностью в водном растворе; так, например, при работе с ним необходимо учитывать, что концентрированный раствор CsOH разрушает стекло даже при обычной температуре, а расплав разрушает железо, кобальт, никель, а также платину, корунд и диоксид циркония, и даже постепенно разрушает серебро и золото (в присутствии кислорода — очень быстро). Единственным устойчивым в расплаве гидроксида цезия металлом является родий и некоторые его сплавы.



Применение

Цезий нашёл применение только в начале XX века, когда были обнаружены его минералы и разработана технология получения в чистом виде. В настоящее время цезий и его соединения используются в электронике, радио-, электро-, рентгенотехнике, химической промышленности, оптике,медицине, ядерной энергетике. В основном применяется стабильный природный цезий-133, и ограниченно — его радиоактивный изотоп цезий-137, выделяемый из суммы осколков деления урана, плутония, тория в реакторах атомных электростанций.

Фотоэлементы, фотоумножители

Благодаря крайне низкой работе выхода электрона цезий используется при производстве высокочувствительных и малоинерционных фотоэлектрических приборов — фотоэлементов, фотоумножителей. В фотоэлементах цезий обычно применяется в виде сплавов с сурьмой, кальцием, барием, алюминием, или серебром, которые вводятся для повышения эффективности устройства, а также для экономии чрезвычайно дорогого цезия. Такие фотоэлементы способны работать в широком диапазоне длин волн: от дальней инфракрасной, до коротковолновой ультрафиолетовой области электромагнитного излучения, что делает цезиевые фотоэлементы эффективнее рубидиевых.

Детекторы ионизирующего излучения

Иодид цезия в виде монокристаллов (обычно активированный небольшой примесью таллия) является одним из наиболее распространённыхсцинтилляторов — веществ, конвертирующих энергию ионизирующего излучения в свет. Это связано с высокой эффективностью поглощения гамма-квантов из-за большого атомного номера обоих основных составляющих иодида цезия, а также с высоким световыходом этого сцинтиллятора. Детекторы заряженных частиц и гамма-излучения на его основе применяются в атомной технике, геологии, медицине, космических исследованиях. Так, например, измерения элементного состава поверхности Марса выполнялись с помощью гамма-спектрометра на основе CsI(Tl), установленного на космическом орбитальном аппарате «Марс-5». Недостатком этого сцинтиллятора является некоторая гигроскопичность, из-за которой он может длительно использоваться без герметичной оболочки лишь в достаточно сухом воздухе. Впрочем, его гигроскопичность на порядки ниже, чем у другого распространённого сцинтиллятора — иодида натрия.

Оптика

Иодид и бромид цезия применяются в качестве оптических материалов в специальной оптике — инфракрасные приборы, очки и бинокли ночного видения, прицелы, обнаружение техники и живой силы противника (в том числе из космоса).

Источники света

В электротехнике цезий применяется в изготовлении светящихся трубок, в виде соединений с цирконием или оловом (метацирконаты и ортостаннаты цезия). Наряду с другими металлами цезий используется для наполнения осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.

Катализаторы

Цезий нашёл большое применение в производственной химии в качестве катализатора (органический и неорганический синтез). Каталитическая активность цезия используется в процессах получения аммиака, серной кислоты, бутилового спирта, в реакциях дегидрогенизации и при получении муравьиной кислоты. Особенно эффективным является применение цезия как промотора при каталитическом получении аммиака, синтезе бутадиена, и имеет очень большое экономическое значение, так как резко увеличивает эффективность синтеза. Очень большое значение приобрел рутений-цезий-углеродный катализатор. В целом применение цезия в катализе имеет не только большую сферу его потребления, но и большие перспективы дальнейшего развития. В ряде катализаторов оказалось чрезвычайно эффективным применение цезия совместно с рубидием (оба металла значительно увеличивают каталитическую активность друг друга).

Химические источники тока

На основе цезия создан и применяется высокоэффективный твёрдый электролит для топливных элементов (в том числе автомобильных), и аккумуляторов чрезвычайно высокой энергоёмкости — цезий-бета-глинозём (алюминат цезия).

Изотопы

Единственный стабильный нуклид цезий-133 используется в атомных часах.

Медицина

На основе соединений цезия созданы эффективные лекарственные препараты для лечения язвенных заболеваний, дифтерии, шоков, шизофрении. Его соли, подобно препаратам лития, способны проявлять нормотимический эффект

Применение цезия в энергетике

Значительной сферой применения металлического цезия являются новейшие и стремительно развивающиеся работы и производство энергетических агрегатов.

Прочие области применения цезия[править | править вики-текст]

Фторид цезия применяют для пьезоэлектрической керамики, специальных стёкол. Хлорид цезия электролит в топливных элементах, флюс при сварке молибдена.

Биологическая роль

Хлорид рубидия и хлорид цезия участвуют в газовом обмене, активируя деятельность окислительных ферментов, соли этих элементов повышают устойчивость организма к гипоксии.



Цезий в живых организмах

Цезий в живых организмах — постоянный химический микроэлемент организма растений и животных. Морские водоросли, например, содержат от 0,01-0,1 мкг цезия в 1 г сухого вещества, наземные растения — 0,05—0,2. Животные получают цезий с водой и пищей. В организме членистоногих около 0,067—0,503 мкг/г цезия, пресмыкающихся — 0,04, млекопитающих — 0,05. Главное депо цезия в организме млекопитающих — мышцы, сердце, печень; в крови — до 2,8 мкг/л цезий относительно малотоксичен; его биологическая роль в организме растений и животных окончательно не раскрыта.

Цезий-137 — радиоактивный изотоп цезия, испускающий бета-излучение и гамма-кванты, и один из главных компонентов техногенного радиоактивного загрязнения биосферы. Продукт деления урана-235, урана-238, плутония-244 и других делящихся изотопов. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления Cs-137 наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных Cs-137 накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. Накапливается в грибах, ряд которых (маслята, моховики, свинушка, горькушка, польский гриб) считается «аккумуляторами» радиоцезия.

Интересные факты

Цезий — самый мягкий металл при комнатной температуре. Так же, как и галлий, его можно расплавить в руках (однако, естественно, это можно сделать только при условии, что цезий запаян в стеклянную ампулу, иначе происходит его возгорание).




87

Франций

Fr

(223)

[Rn]7s1

Фра́нций или эка-цезий — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодический системы химических элементов Д. И. Менделеева, сатомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций  радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью.

История

Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1946 г. название в честь своей родины — Франции.

Нахождение в природе

Франций — один из редчайших элементов. Среди элементов, постоянно существующих в земной коре, только астат имеет меньшее содержание. Весь природный франций является радиогенным, его радиоактивный распад компенсируется одновременным возникновением новых атомов франция в качестве промежуточных продуктов распада урана-235 и тория-232. Общее содержание франция в земной коре оценивается в 340 граммов.

Изотопы

На 2012 год известно 34 изотопа франция с массовыми числами 199-232 и 7 метастабильныхядерных изомеров[1]. В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: 223Fr и 224Fr. Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция,период полураспада 22,3 минуты) входит в одну из побочных ветвей природного радиоактивного ряда урана-235 и содержится в крайне малых количествах в урановых минералах. Исследования свойств франция проводят с индикаторными количествами нуклида 223Fr (менее 10−15 г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах[2]. Образуется при альфа-распаде актиния-227:

227Ac → 223Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),

227Ac → 227Th (сопровождается β-излучением, вероятность распада около 98,6 %).

Старое название франция-223 — «актиний К» (AcK). По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г.

Также в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда тория содержится франций-224 с периодом полураспада 3,0 минуты. Его равновесное содержание в земной коре составляет лишь 0,5 г.

Получение

Микроскопические количества франция-223 и франция-224 могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путём с помощью ядерных реакций.

Наиболее распространённый способ получения франция путём ядерной реакции:

{}^{197}_{79}\textrm{Au} + {}^{18}_{8}\textrm{O} \rightarrow {}^{210}_{87}\textrm{Fr} + {5}^{1}_{0}\textrm{n}

Интересно, что в данной реакции используется золото. С помощью этой реакции могут быть синтезированы изотопы с массовыми числами 209, 210 и 211. Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210Fr и 211Fr — три минуты, а 209Fr — 50 секунд).

Физические и химические свойства

Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Практически все соединения франция растворимы в воде. Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO2, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов. [4]

Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10−7 г франция, то сведения о его физических свойствах могут быть определены только путем расчета, основываясь на данных для стабильных щелочных металлах.

Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

Применение

В настоящее время франций и его соли практического применения не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.


Автор
Дата добавления 23.11.2015
Раздел Химия
Подраздел Конспекты
Просмотров664
Номер материала ДВ-181812
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх