Конспект урока 'Щелочные металлы' 9 класс

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 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹ ?

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

4. 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 (по - элементы главной подгруппы I группы): Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. При растворении щелочных в образуются растворимые , называемые .

В они следуют сразу за , поэтому особенность строения щелочных металлов заключается в том, что они содержат один на внешнем энергетическом уровне: их ns¹. Очевидно, что щелочных могут быть легко удалены, потому что энергетически выгодно отдать и приобрести конфигурацию . Поэтому для всех щелочных металлов характерны . Это подтверждают низкие значения их ( атома - самый низкий) и (ЭО). Как следствие, в большинстве соединений щелочные металлы присутствуют в виде однозарядных . Однако существуют и соединения, где щелочные металлы представлены (см.).

Некоторые атомные и физические свойства щелочных металлов

^а Радиоактивные изотопы: ⁴⁰K, t_1/2=1,277•10⁹ лет; ⁸⁷Rb, t_1/2=4,75•10¹⁰ лет; ²²³Fr, t_1/2=21,8 мин.

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

Многие минералы содержат в своём составе щелочные металлы. Например, , или , состоит из алюмосиликата калия K₂[Al₂Si₆O₁₆], аналогичный , содержащий - - имеет состав Na₂[Al₂Si₆O₁₆]. В морской содержится NaCl, а в почве - - KCl, NaCl • KCl, KCl • MgCl₂ • 6H₂O, K₂SO₄ • MgSO₄ • CaSO₄ • 2H₂O.

Химические свойства щелочных металлов

Из-за высокой химической активности щелочных по отношению к , , и иногда даже и (, ) их хранят под слоем . Чтобы провести реакцию со щелочным , кусочек нужного размера аккуратно отрезают под слоем , в атмосфере тщательно очищают поверхность от продуктов его взаимодействия с и только потом помещают образец в реакционный сосуд.

1. Взаимодействие с . Важное свойство щелочных - их высокая активность по отношению к . Наиболее спокойно (без ) реагирует с водой :

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

2. Взаимодействие с . Продукты горения щелочных на имеют разный состав в зависимости от активности .

• Только сгорает на с образованием стехиометрического состава:

• При горении в основном образуется с небольшой примесью :

• В продуктах горения , и содержатся в основном :

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

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

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

щелочных металлов обладают всеми свойствами, присущими : они реагируют с , и :

и проявляют свойства сильных :

и интенсивно взаимодействуют с , образуя :

3. Взаимодействие с другими . Щелочные металлы реагируют со многими . При нагревании они соединяются с с образованием , с , , , , и с образованием, соответственно, , ,, , и :

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

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

Окраска пламени щелочными металлами
и их соединениями

Получение щелочных металлов[ | ]

1. Для получения щелочных используют в основном их , чаще всего - , образующих природные:

: Li⁺ + e → Li

: 2Cl⁻ - 2e → Cl₂

2. Иногда для получения щелочных проводят их :

: Na⁺ + e → Na

: 4OH⁻ - 4e → 2H₂O + O₂

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

Чтобы реакция пошла в нужную сторону, образующийся свободный щелочной металл (M) должен удаляться путём отгонки. Аналогично возможно восстановление из . Известен способ получения натрия восстановлением из карбоната при 1000 °C в присутствии .

Поскольку щелочные в находятся левее , то электролитическое получение их из невозможно; в этом случае образуются соответствующие и .

3

Литий

Li

6,941

[Не]2s¹

Ли́тий ( Lithium; обозначается Li) - первой группы (по устаревшей классификации - главной подгруппы первой группы), второго периода с 3.

литий - мягкий серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Литий был открыт в химиком и минералогом сначала в минерале (Li,Na)[Si₄AlO₁₀], а затем в LiAl[Si₂O₆] и в KLi_1.5Al_1.5[Si₃AlO₁₀](F,OH)₂. Металлический литий впервые получил в .

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

Физические свойства

Литий - серебристо-белый , мягкий и пластичный, твёрже , но мягче . 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 .

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 лития

Химические свойства

Литий является , однако относительно устойчив на . Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим (и даже с сухим ) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранят в (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 Li₃N, гидроксид и карбонат . В кислороде при нагревании горит, превращаясь в Li₂O. Интересная особенность лития в том, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C он покрывается плотной и в дальнейшем не окисляется. В отличие от остальных щелочных металлов, дающих стабильные и ; надпероксид и озонид лития - нестабильные соединения.

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

Спокойно, без и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и . Реагирует также с (с образованием ), с водородом (при 500-700 °C) с образованием , с и с (с - только при нагревании). При 130 °C реагирует с серой с образованием . В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ). При 600-700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида. Химически растворим в (−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 , , и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в .

Нахождение в природе

Геохимия лития

Литий по геохимическим свойствам относится к крупноионным литофильным элементам, в числе которых , и . Содержание лития в верхней составляет 21 /, в 0,17 мг/л

Основные лития - - KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀](F, OH)₂ и - LiAl[Si₂O₆]. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространённых породообразующих минералах.

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

Другой тип месторождений лития - некоторых сильносолёных .

Месторождения

Месторождения лития известны в , ( - крупнейшее в мире), , , Конго, (озеро ), ,, .

В более 50 % запасов сосредоточено в редкометалльных месторождениях .

Получение

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

В дальнейшем полученный литий очищают методом .

Применение

Оценка использования лития в мире в 2011 году 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%)

Сплав и - эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей.

Из лития изготовляют химических источников тока (, например, ) и с твёрдым (например, , , , , , , , , , ), работающих на основе неводных жидких и твёрдых электролитов (, , , ).

и показали лучшие эксплуатационные свойства и в качестве положительного электрода литиевых .

используется как один из компонентов для приготовления электролита . Добавление гидроксида лития к электролиту тяговых , , аккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и ёмкость на 21 % (за счёт образования никелатов лития).

- наиболее эффективный твёрдый электролит (наряду с -бета-глинозёмом).

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

используют в качестве окислителя.

используют в дефектоскопии.

Пиротехника

используют в пиротехнике для окрашивания огней в красный цвет.

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

используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ₃ и ₃являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в , и .
Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных .
Гидроксид лития добавляют в электролит щелочных для увеличения срока их службы.

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

алюминия

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

Легирование алюминия

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

Добавка лития снижает сплава и повышает . 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

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

Литий-6 и Литий-7

Применяется в термоядерной энергетике.

Сушка газов

Высокогигроскопичные LiBr и LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.

Медицина

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

Смазочные материалы

(«») используется в качестве загустителя для получения пастообразных высокотемпературных смазок машин и механизмов. См. напр.: , .

Регенерация кислорода в автономных аппаратах

, Li₂O₂ применяются для очистки воздуха от ; при этом последнее соединение реагирует с выделением кислорода (например, 2Li₂O₂ + 2CO₂ → 2Li₂CO₃ + O₂), благодаря чему используется в изолирующих , в патронах для очистки воздуха на , 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 ).

Весьма перспективно использовать литий в качестве наполнителя поплавка - этот имеет , почти в два раза меньшую, чем (точнее, 534 кг/м³), это значит, что один лития может удерживать на плаву почти на 170 кг больше, чем один кубический метр. Однако литий - , 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 , , , , легких, , плазме крови, .

Литий принимает участие в важных процессах:

• участвует в углеводном и жировом обменах;

• поддерживает иммунную систему;

• предупреждает возникновение аллергии;

• снижает нервную возбудимость.

широко используются в терапии психических расстройств.

Выделяется литий преимущественно почками.

На́трий - первой группы (по старой классификации - главной подгруппы первой группы), третьего периода , с 11. Обозначается символом Na ( Natrium). натрий - мягкий серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

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

Название «натрий» происходит от латинского слова natrium (ср. νίτρον), которое было заимствовано из (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 ( 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 , который сообщил об этом в (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий - через несколько дней после калия, расплава .

Нахождение в природе

натрия в земной коре 25 кг/т. Содержание в 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 углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ )

Аналогично могут быть использованы , , , ,

С появлением электроэнергетики стал более практичен другой способ получения натрия - расплава или . В настоящее время электролиз - основной способ получения натрия.

Физические свойства

Металлический натрий, сохраняемый в минеральном масле

натрия с помощью пламени - ярко- 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 .

Химические свойства

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

При горении на воздухе или в кислороде образуется :

Кроме того, существует 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, реакция идёт с выделением , который может воспламениться. Уравнение реакции:

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

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

С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл:

С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:

Растворяется в жидком , образуя синий раствор:

С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании:

С 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, . Натрий используется в производстве весьма энергоёмких . 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 и используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, 47 %, 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 ().

Хлорид натрия () - древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.

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

(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 (примерно в 15 раз больше, чем в ). Разность концентраций поддерживает встроенный в мембраны клетки , откачивающий ионы натрия из цитоплазмы в межклеточную жидкость.

Совместно с натрий выполняет следующие функции:

• Создание условий для возникновения и мышечных сокращений.

• Поддержание осмотической концентрации крови.

• Поддержание .

• Нормализация водного баланса.

• Обеспечение мембранного транспорта.

• Активация многих .

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

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

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

Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, , образование газов в и нарушение усвоения и. Продолжительный дефицит вызывает мышечные и .

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

Ка́лий - главной подгруппы первой группы, четвёртого периода , с 19. Обозначается символом K ( Kalium). калий - мягкий серебристо-белого цвета.

В природе калий встречается только в соединениях с другими , например, в , а также во многих . Очень быстро на и очень легко вступает в химические реакции, особенно с , образуя . Во многих свойствах калий очень близок , 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 (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор () после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

в английский химик сообщил о выделении калия расплава едкого кали (KOH) (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года) и назвал его «потасий» ( potasium; это название (правда, в некоторых языках с двумя буквами s) до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках). В Л. В. Гильберт предложил название «калий» ( kalium, от араб. аль-кали - ). Это название вошло в , 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 KCl, KCl·NaCl, KCl·MgCl₂·6H₂O, KCl·MgSO₄·6H₂O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K₂CO₃ (). Калий входит в состав всех . калия в земной коре составляет 2,4 % (5-й по распространённости металл, 7-й по содержанию в коре элемент). Концентрация в - 380 мг/л.

Месторождения

Крупнейшие месторождения калия находятся на территории , ( г. , г. , , ), (г. , ).

Получение

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

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

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

Важное промышленное значение имеют и методы термохимического восстановления:

Калий - серебристое вещество с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в , 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 воспламеняется, а ионы калия придают пламени . Раствор в воде становится малиновым, демонстрируя щелочную реакцию образующегося KOH.

Химические свойства

Элементарный калий, как и другие , 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 , или , дабы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью. С , , , , калий образует .

Взаимодействие с простыми веществами

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

с (100-200 °C, E = S, Se, Te):

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

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

Взаимодействие со сложными веществами

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

Калий глубоко восстанавливает разбавленные и кислоты:

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

Металлический калий реагирует со с образованием :

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

Соединения с кислородом

При взаимодействии калия с образуется не , а и :

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

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 :

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

Гидроксид калия (или едкое кали) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень 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 используется в качестве в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых . Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с и . Сплав состава: натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % - обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.

Соединения калия - важнейший и потому применяются в качестве . Калий является одним из трех базовых элементов, которые необходимы для роста растений наряду с и . В отличие от азота и фосфора, калий является основным клеточным . При его недостатке у растения прежде всего нарушается структура мембран хлоропластов - клеточных органелл, в которых проходит . 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 .

Важные соединения

применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.

Гидроксид калия применяется в щелочных и при сушке газов.

() используется как , при варке стекла, как кормовая добавка для птицы.

(, «калийная соль») используется как .

(калийная ) - , компонент чёрного .

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

(хромпик) - сильный , используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (). Также используется для очистки на ацетиленовых заводах от , и .

- сильный , используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения .

и используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает с выделением кислорода).

- важный для пайки сталей и цветных металлов. применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при .

Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «», 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 , до 40 раз больше, чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает , поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи . Калий и между собой функционально связаны и выполняют следующие функции:

Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.

Поддержание крови.

Поддержание .

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 места проживания. , продолжительные , обильное , использование 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 . Усвоение калия облегчает , затрудняет - .

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

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

37

Рубидий

Rb

85,467

[Kr]5s¹

Руби́дий - главной подгруппы первой группы, пятого периода , с 37. Обозначается символом Rb ( Rubidium). рубидий - мягкий легкоплавкий серебристо-белого .

История

В 1861 году немецкие учёные и , изучая с помощью 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 и с помощью показали, что эта радиоактивность сопровождается испусканием бета-частиц. Позже было показано, что она обусловлена природного .

Происхождение названия

Название дано по цвету наиболее характерных красных линий спектра (от 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 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 содержат несколько больше рубидия, иногда 0,2 %, а изредка и до 1-3 % (в пересчете на ).

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 - 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 . 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 (, , , ), находятся на территории , , , ,, и других странах.

Получение

Большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве из . После выделения лития в виде или рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых 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 из . Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках или . Затем ферроцианиды прокаливают и получают с примесями калия и цезия. При получении цезия из рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs₃[Sb₂Cl₉]. Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении из .

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 , имеющие на свежем срезе металлический блеск.

1,525 г/см³ (0 °C), 38,9 °C, 703 °C.

Химические свойства

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

Соединения рубидия

- 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 , этот редкий щелочной металл играет важную роль в современных технологиях. Можно отметить следующие основные области применения рубидия: , электронная промышленность, специальная оптика, атомная промышленность, медицина (его соединения обладают 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 и рабочая среда для высокотемпературных турбоагрегатов (в этой связи рубидий и в последние годы приобрели важное значение, и чрезвычайная дороговизна металлов уходит на второй план по отношению к возможностям резко турбоагрегатов, а значит, и снизить расходы топлива и загрязнение окружающей среды). Применяемые наиболее широко в качестве теплоносителей системы на основе рубидия - это тройные сплавы: --рубидий, и натрий-рубидий-.

В катализе рубидий используется как в органическом, так и неорганическом синтезе. Каталитическая активность рубидия используется в основном для переработки нефти на ряд важных продуктов. , например, используется для синтеза 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 обладают более высокой чувствительностью в ультрафиолетовой области спектра, чем соединения цезия, и в связи с этим он способен в этом случае составить конкуренцию 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.

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

Пары рубидия используются как рабочее тело в , в частности, в рубидиевых .

применяется в 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 ( Caesium, обозначается символом Cs) - главной подгруппы первой группы шестого периода , - 55. цезий - мягкий серебристо-жёлтого. Своё название цезий получил за наличие двух ярких синих линий в (от caesius - небесно-голубой).

История

Цезий был открыт в немецкими учёными и в водах минерального источника в методом , тем самым, став первым элементом, открытым при помощи . В чистом виде цезий впервые был выделен в шведским химиком К. Сеттербергом при смеси (CsCN) и .

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 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 . Для получения цезия достаточной степени чистоты требуется многократная в вакууме, очистка от механических примесей на металлокерамических фильтрах, нагревание с для удаления следов , , и многократная ступенчатая . Цезий весьма активен и агрессивен по отношению к контейнерным материалам и требует хранения, например, в сосудах из специального стекла в атмосфере или водорода (обычные марки лабораторного стекла цезий разрушает).

Месторождения

По добыче цезиевой руды () лидирует . В месторождении Берник-Лейк (юго-восточная ) сосредоточено около 70 % мировых запасов цезия. Поллуцит также добывается в и . В его мощные месторождения находятся на , в и . Месторождения поллуцита также имеются в , и (о. ), 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 (1-4 %), (около 5 %), и (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. Из числа собственно цезиевых минералов наиболее распространены (Cs, Na)[AlSi₂O₆]·nH₂O (22 - 36 % Cs₂O), цезиевый берилл () Be₂CsAl₂(Si₆O₁₈) и (KCs)BF₄. Последние два минерала содержат до 7,5 % окиси цезия.

Получение

Основными цезиевыми минералами являются и очень редкий (K,Cs)[BF₄]. Кроме того, в виде примесей цезий входит в ряд: , , , , , , , , . 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 , добавление хлорида SbCl₃ для осаждения соединения Cs₃[Sb₂Cl₉] и промывку горячей водой или раствором с образованием . При втором - минерал обрабатывается подогретой с образованием алюмоцезиевых CsAl(SO₄)₂ · 12H₂O.

В России переработка и извлечение солей цезия из поллуцита ведется в на .

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

• нагревом в вакууме смеси или цезия с ;

• разложением цезия в ;

• нагревом смеси цезия и специально подготовленного .

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

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

Физические свойства

Цезий - мягкий металл, из-за низкой температуры плавления (T_пл=28,6 °C) при комнатной температуре находится в полужидком состоянии. Металлический цезий представляет собой вещество золотисто-белого цвета, по внешнему виду похожее на , но светлее. Расплав представляет подвижную , при этом его 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 , полученным в макроскопических количествах (так как активность щелочных металлов растёт с порядковым номером, то , 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 . При ограниченном доступе окисляется до Cs₂O. Взаимодействие с водой происходит со взрывом, продуктом взаимодействия являются и H₂. Цезий вступает в реакцию со (даже при −120 °C), простыми , галогеноорганическими соединениями, тяжёлых металлов, , (взаимодействие протекает с сильным взрывом). Реагирует с бензолом. Активность цезия обусловлена не только высоким отрицательным , но и невысокой температурой плавления и кипения (быстро развивается очень большая контактная поверхность, что увеличивает скорость реакции). Многие образуемые цезием соли - , , , ,, , , , , и т. д. - чрезвычайно легко растворимы в воде и ряде ; наименее растворимы перхлораты (что важно для технологии получения и очистки цезия). Несмотря на то, что цезий является весьма активным металлом, он, в отличие от , не вступает в реакцию с при обычных условиях и, в отличие от , , и ряда других металлов, не способен образовать с азотом соединений даже при сильнейшем нагревании.

- 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 , , , а также , и , и даже постепенно разрушает и (в присутствии кислорода - очень быстро). Единственным устойчивым в расплаве гидроксида цезия металлом является 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 , , , , , оптике,, . В основном применяется стабильный природный цезий-133, и ограниченно - его радиоактивный изотоп цезий-137, выделяемый из суммы осколков деления , , в .

Фотоэлементы, фотоумножители

Благодаря крайне низкой цезий используется при производстве и малоинерционных фотоэлектрических приборов - , . В фотоэлементах цезий обычно применяется в виде с , , , , или , которые вводятся для повышения эффективности устройства, а также для экономии чрезвычайно дорогого цезия. Такие фотоэлементы способны работать в широком диапазоне длин волн: от дальней , до коротковолновой области , что делает цезиевые фотоэлементы эффективнее .

Детекторы ионизирующего излучения

в виде монокристаллов (обычно активированный небольшой примесью ) является одним из наиболее распространённых - веществ, конвертирующих энергию ионизирующего излучения в свет. Это связано с высокой эффективностью поглощения 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 выполнялись с помощью на основе CsI(Tl), установленного на космическом орбитальном аппарате «». 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

и 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).

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

Изотопы

Единственный стабильный нуклид используется в .

Медицина

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

Применение цезия в энергетике

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

Прочие области применения цезия[ | ]

применяют для пьезоэлектрической керамики, специальных стёкол. 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.

- радиоактивный изотоп цезия, испускающий бета-излучение и гамма-кванты, и один из главных компонентов техногенного радиоактивного загрязнения биосферы. Продукт деления , , 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 (, , , , ) считается «аккумуляторами» радиоцезия.

Интересные факты

Цезий - самый мягкий металл при комнатной температуре. Так же, как и , 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 - главной подгруппы первой группы седьмого периода , с 87. Обозначается символом Fr ( Francium). франций - , обладающий высокой химической активностью.

История

Этот элемент был предсказан (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в , сотрудницей Института радия в . Она же дала ему в название в честь своей родины - .

Нахождение в природе

Франций - один из редчайших элементов. Среди элементов, постоянно существующих в земной коре, только 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 199-232 и 7 метастабильных. В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: ²²³Fr и ²²⁴Fr. (самый долгоживущий из изотопов франция, 22,3 минуты) входит в одну из побочных ветвей природного 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. Образуется при :

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

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

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

Также в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда содержится 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 .

Наиболее распространённый способ получения франция путём ядерной реакции:

Интересно, что в данной реакции используется . 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 . 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.

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.