1. Щелочные металлы: общая характеристика, строение; свойства и получение простых веществ

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

{ns}^{1}

. 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;
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 ${Na}_{2} {SO}_{4}$ $·$ ${10 H}_{2} O$ ,
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.

Рис. $1$. Литий

Рис. $2$. Натрий

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 / см}^{3}

, 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:

2 Na + {2 H}_{2} O = 2 NaOH + H_{2} ↑

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: