Как хранят щелочные металлы кратко

Обновлено: 03.07.2024

Щелочные металлы — группа неорганических веществ, простых элементов таблицы Менделеева. Все они обладают похожим атомным строением и соответственно, похожими свойствами. В группу входят калий, натрий, литий, цезий, рубидий, франций и теоретически описанный, но еще не синтезированный элемент унуне́нний. Первые пять веществ существуют в природе, франций — искусственно созданный, радиоактивный элемент. Свое название щелочные металлы получили из-за способности образовывать щелочи в реакции с водой.

Вся элементы группы химически активны, поэтому на Земле встречаются только в составе различных минералов, например, каменной, калийной, поваренной соли, буры, полевого шпата, морской воды, подземных рассолов, чилийской селитры. Франций часто сопутствует урановым рудам; рубидий и цезий — минералам с натрием и калием.

Свойства

Активность в группе увеличивается по мере роста атомной массы: Li →Cs. Обладают восстановительными свойствами, в том числе в реакции с водородом. Проявляют валентность -1. Бурно реагируют с водой (все кроме лития — со взрывом); с кислотами, кислородом. Взаимодействуют с неметаллами, спиртами, водным аммиаком и его производными, карбоновыми кислотами, многими металлами.

Калий и натрий являются биогенными элементами, участвуют в водно-солевом и кислотно-щелочном балансе человеческого организма, необходимы для нормальной циркуляции крови и функционирования многих энзимов. Калий важен для растений.

В нашем организме есть и рубидий. Его нашли в крови, костях, головном мозге, легких. Он оказывает противовоспалительное, противоаллергическое действие, притормаживает реакции нервной системы, усиливает иммунитет, положительно влияет на состав крови.

Меры предосторожности

Щелочные металлы очень опасны, способны воспламеняться и взрываться просто от контакта с водой или воздухом. Многие реакции протекают бурно, поэтому работать с ними допускается только после тщательного инструктажа, с применением всех мер предосторожностей, в защитной маске и защитных очках.

Растворы калия, натрия и лития в воде являются сильными щелочами (гидроксиды калия, натрия, лития); контакт с кожей приводит к глубоким болезненным ожогам. Попадание щелочей, даже низкой концентрации, в глаза может привести к слепоте. Реакции с кислотами, аммиаком, спиртами проходят с выделением пожаро- и взрывоопасного водорода.

Щелочные металлы хранят под слоем керосина или вазелина в герметичных емкостях. Манипуляции с чистыми реактивами проводят в аргоновой атмосфере.

Следует тщательно следить за утилизацией остатков после опытов со щелочными металлами. Все остатки металлов предварительно должны быть нейтрализованы.

Применение

Цезий и рубидий используются в фотоэлементах, топливных элементах.
Цезий применяется в источниках тока, энергоемких аккумуляторах, счетчиках радиоактивных частиц, гамма-спектрометрах для космических аппаратов; приборах ночного видения и оружейных прицелах. Изотопы цезия используются для стерилизации пищевой тары, медицинских инструментов, мясных продуктов, лекарств; они входят в состав некоторых лекарств, применяются для радиотерапии опухолей.
Рубидий входит в состав болеутоляющих, снотворных, успокаивающих препаратов. Применяется в телевизионных трубках, оптических приборах, низкотемпературных источниках тока, в смазке для космических аппаратов, высокочувствительных магнитометрах для космических и геофизических исследований. Производные рубидия используются в атомной промышленности, химпроме, вакуумных радиолампах, высокотемпературных термометрах.
Калий и натрий применяются в воздухо-восстановительных системах на подводных лодках и батискафах, в автономных противогазах и дыхательных аппаратах.
Литий востребован в источниках тока, для производства подшипниковых сплавов и литийорганических соединений, как катализатор в химпроме.
Натрий применяется в газоразрядных лампах, в металлургии; как теплоноситель в атомной индустрии; в химической индустрии в процессах орг.синтеза.
В разных сферах промышленности и быта используется большое количество производных щелочных металлов, например, пищевая и кальцинированная сода, поваренная соль, натриевая и калийная селитра, нитраты, сульфаты, карбонаты, гидроксиды натрия, калия и лития и пр.

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 \(+1\).

увеличение радиуса атомов;
уменьшение электроотрицательности;
усиление восстановительных, металлических свойств.

Нахождение в природе. Из щелочных металлов наиболее широко распространены в природе натрий и калий. Но из-за высокой химической активности они встречаются только в виде соединений.

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.

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.

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.

Щелочные металлы в лаборатории хранят под слоем керосина для предотвращения контакта с воздухом, так как они интенсивно взаимодействуют с составными частями воздуха.

Хранить щелочные и щелочноземельные металлы следует в особых условиях. Литий хранят в герметично закрытых стальных cocудах под слоем пастообразной массы из парафина и минерального масла или в тонкостенных оболочках-тубах из алюминия и меди. Допускается хранение лития под слоем обезвоженного бензола или бензина (плотность 0,56 г/мл) в заполненных доверху и плотно закрытых стеклянных сосудах с пришлифованной стеклянной пробкой. Другие щелочные металлы, а также щелочноземельные металлы хранят либо в запаянных стеклянных ампулах в атмосфере азота, либо в стеклянных сосудах под слоем обезвоженного минерального масла.

При хранении щелочных металлов в обезвоженном керосине наблюдается окисление их поверхности.

2. Хранят щелочные металлы и работают с ними вдали от воды, водных растворов и галоидированных (смесь газов или легкоиспаряющихся жидкостей) жидкостей. Куски металлов хранят в фабричной упаковке. На банке и металлическом кожухе делают полоски-наклейки красного и зеленого цветов. Слой изолирующей жидкости (керосина) в банке над поверхностью металла должен быть не менее 10—15мм. Банку закрывают пропарафиненной пробкой или пластмассовой навинчивающейся крышкой.

3. При опытах с щелочными металлами их поверхность предварительно очищают от пероксидов. Пинцетом вынимают из банки кусок металла, помещают его в заполненную керосином чашку с плоским дном и в ней, очистив от налета, нарезают на порции необходимой величины. Непосредственно перед опытом очищенные кусочки достают пинцетом из керосина, быстро и тщательно осушают фильтровальной бумагой и используют по назначению. Если после опыта остается немного металла, кусочки полностью растворяют в этиловом спирте и выливают в канализацию.

4. Все работы с щелочными металлами проводятся с применением средств индивидуальной защиты, т.к. при попадании на кожу или влажную одежду кусочков металлов возможны химические ожоги и даже воспламенение.

5. Хранят щелочные металлы в переносном металлическом ящике-сейфе, который при пожаре подлежит выносу в первую очередь.

6. Металлический натрий (а также калий, литий) для малоопытного или небрежно относящегося к соблюдению правил безопасности работника представляет большую опасность — об этом свидетельствует сравнительно большое число пожаров и взрывов,, имеющих место в лабораториях.

7. Работа с натрием: Тщательно следите за тем, чтобы в посуде после окончания работы не остался натрий. Спустя некоторое время он покроется белой пленкой гидроокиси и по ошибке можно для мытья этой посуды применять воду, а это повлечет взрыв или загорание. Эти правила необходимо соблюдать при работе со всеми щелочными металлами, а также при хранении их.

8. Работа с литием: Работникам, имеющим дело с литием, необходимо соблюдать правила техники безопасности, принятые в химической промышленности для работы со щелочными металлами. Работа с литием в атмосфере воздуха относится к категории взрывопожароопасных. При горении лития образуется густой дым его конденсатов и соединений. Температура самовоспламенения лития на воздухе 640 °С. Температура горения 1300 °С.

Утилизация щелочных металлов

· Щелочные металлы относятся к химически активным элементам, это значит, что придерживаться строгих правил техники безопасности нужно не только при хранении и работе с ними, но и при утилизации их остатков.

· Основное правило – грамотная организация работы в лаборатории, которая каждый раз должна заканчиваться уничтожением остатков. Своевременная утилизация позволит избежать накопления вещества и загрязнения окружающей среды, т.к. большие количества отходов щелочных металлов утилизируют путем сжигания на открытых площадках. Аэрозоли гидроксидов, которые получаются в результате горения, несут прямую угрозу экологии.

· Утилизация отходов лития зависит от состояния вещества. Небольшие твердые кусочки размером с горошину растворяют в большом количестве холодной воды в вытяжном шкафу. А вот дисперсии лития в углеводородном растворителе нельзя растворять в воде, т.к. ей свойственна высокая реакционная способность. В этом случае в растворитель постепенно добавляют этиловый спирт.

· Отходы натрия также можно утилизировать в холодной воде, но во избежание воспламенения высвобождающегося водорода поверх воды следует налить слой бензина (3-5 см). Этот способ удобен для уничтожения небольших кусочков натрия, которые поочередно опускаются в колбу до полного растворения. Для разложения дисперсий натрия используют безводный спирт: его добавляют по капле без доступа воздуха.

· Отходы калия нужно уничтожать немедленно в небольшом количестве этилового или изопропилового спирта. Для ускорения реакции в последний можно добавить до 2% воды.

· Помните, что остатки калия и натрия хранить в одной емкости недопустимо, т.к. это может привести к образованию сплава. В комнатной температуре при определенном соотношении компонентов он может превратиться в жидкость, а это лишняя опасность.

· Все процедуры по утилизации рекомендуется осуществлять в вытяжном шкафу при закрытых створках. Также нелишним будет приготовить средства пожаротушения.

В ходе данной работы мы определили основные химические свойства щелочных металлов, выявили промышленные способы их получения и историю открытия каждого из металлов.

Мы выяснили применение металлов и соединений металлов.

Самое главное, мы узнали, как распознать отравление человека щелочными металлами и узнали действия по оказанию первой медицинской помощи в случае отравления.

Также мы рассмотрели правила работы и хранения щелочных металлов, порядок их утилизации.

Читайте также: