18.3. Лужні метали та їхні сполуки

Елементи першої групи — літій, натрій, калій, рубідій і цезій — м'які сріблясто-білі метали, що відзначаються високою хімічною активністю. Ці метали — чудові провідники електрики. Деякі їхні фізичні властивості наведено в табл. 18.1. Дані таблиці показують легкоплавкість перелічених металів: чотири метали з п'яти плавляться нижче від температури кипіння води. Літій, натрій і калій легші за воду. Пара лужних металів складається переважно з одноатомних молекул; двоатомні молекули присутні в парі лише в незначній концентрації; два атоми в таких молекулах, наприклад Li₂, з'єднані ковалентним зв'язком.

Таблиця 18.1. Деякі властивості лужних металів

^а Для координаційного числа 12.

^б Для катіона з одиничним зарядом (наприклад, для Na⁺), що має координаційне число 6, як у кристалі натрій хлориду.

^в Енергія зв'язку M₂ (г.) в кДж·моль⁻¹.

Лужні метали одержують електролізом розплавлених гідроксидів або хлоридів (розд. 11). Ураховуючи високу активність цих металів, їх слід зберігати в атмосфері інертного газу або під шаром мінерального масла. Лужні метали знаходять широке застосування в лабораторіях як хімічні реактиви; їх застосовують і в промисловості (особливо натрій) при виробництві різних органічних речовин, барвників, а також тетраетилсвинцю (складової частини «етильованого бензину»). Натрій застосовують при виробництві вакуумних натрієвих ламп; завдяки високій теплопровідності його використовують у системі охолодження авіамоторів (за допомогою натрію відводиться тепло від поршневих головок). Сплав натрію з калієм застосовують як теплоносій в атомних реакторах. Цезій знаходить застосування в електронних лампах для підвищення емісії електронів з катода.

Сполуки Натрію легко можна ідентифікувати за жовтим забарвленням полум'я. Літій забарвлює полум'я в карміновий колір, калій, рубідій і цезій — у фіолетовий. Усі ці елементи можна ідентифікувати й за наявності Натрію, якщо застосувати синій світлофільтр із кобальтового скла.

У природі Літій трапляється у вигляді мінералів сподумену LiAlSi₂O₆, амблігоніту LiAlPO₄F і лепідоліту K₂Li₃Al₅Si₆O₂₀F₄. Літій хлорид LiCl одержують сплавленням мінералу, що містить Літій, з барій хлоридом BaCl₂ і подальшим вилуговуванням розплаву водою. Літій хлорид використовують для одержання інших сполук Літію.

Сполуки Літію знаходять застосування у виробництві скла і глазурі для покриття порцелянових виробів.

Найважливішою сполукою Натрію є натрій хлорид (кухонна сіль) NaCl. Ця сіль кристалізується у вигляді безбарвних кубічних кристалів із температурою плавлення 801 °C і має характерний солоний смак. У морській воді вміст натрій хлориду досягає 3%; ця сіль трапляється у вигляді покладів твердої кам'яної солі та концентрованих розсолів, що викачуються зі свердловин. Щороку з указаних джерел виробляють мільйони тонн натрій хлориду, який застосовують головним чином при виробництві інших сполук Натрію і Хлору, а також при виробництві металевого натрію і газоподібного хлору. Плазма крові та інші біологічні рідини живих організмів містять близько 0,9 г натрій хлориду в 100 мл.

Натрій гідроксид (їдкий натр, або каустична сода) NaOH являє собою білу гігроскопічну (що притягує воду) кристалічну речовину, добре розчинну у воді. Розчини натрій гідроксиду нагадують мильні розчини, але вони сильно роз'їдають шкіру (саме тому слово «їдкий» увійшло до його назви). Натрій гідроксид одержують одним із двох методів: електролізом розчину натрій хлориду або дією кальцій гідроксиду Ca(OH)₂ на натрій карбонат

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + 2NaOH

Кальцій карбонат, будучи нерозчинним, випадає при цій реакції в осад, а натрій гідроксид залишається в розчині. Натрій гідроксид знаходить широке застосування в лабораторіях і править за дуже важливий реагент у хімічній промисловості. Цю сполуку використовують у миловарній і нафтопереробній промисловості, при виробництві паперу, тканин, штучного шовку, целюлозної плівки та багатьох інших продуктів.

Калій хлорид KCl утворює безбарвні кубічні кристали, що нагадують кристали натрій хлориду. Відомі дуже потужні поклади калій хлориду разом з іншими солями: Штасфуртське родовище (НДР), родовище поблизу Карлових Вар (ЧССР), у штаті Нью-Мексико (США). Крім того, калій хлорид добувають у США з води озера Сірлс (Каліфорнія).

Калій гідроксид KOH — сильнолужний реагент, що має властивості, аналогічні властивостям натрій гідроксиду. З солей Калію, за властивостями схожих на відповідні солі Натрію і важливих, слід назвати калій сульфат K₂SO₄, калій карбонат K₂CO₃ і калій гідрогенкарбонат KHCO₃.

Калій гідрогентартрат (винний камінь) KHC₄H₄O₆ міститься у виноградному соку; кристали цієї речовини іноді утворюються у виноградному желе. Ця сполука знаходить застосування при виробництві пекарського порошку.

Основне ж застосування сполуки Калію знаходять при виробництві добрив. Рідини рослин містять великі кількості іонів Калію, що добуваються з ґрунту, і тому для правильного розвитку рослин необхідно, щоб ґрунт містив солі Калію. Добрива, до складу яких входить калій сульфат або деякі інші солі Калію, слід застосовувати на ґрунтах, у яких бракує цього елемента.

Сполуки Рубідію і Цезію дуже схожі на відповідні сполуки Калію. Вони не знаходять скільки-небудь важливого промислового застосування.