Калий и натрий

ПЛАН.

  1. Краткая характеристика и нахождение в природе.
  2. История открытия.
  3. Физические свойства.
  4. Химические свойства.
  5. Едкие щелочи. Соли металлов.
  6. Способы получения и область применения.
  1. Краткая характеристика и нахождение в природе.
  2. Натрий и калий относятся к числу довольно распространенных элементов.

    Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%, калия — 2,6%.

    В свободном виде калий и натрий в природе не встречаются. Эти щелочные металлы входят в состав различных соединений. Одним из таких соединений является — хлорид натрия NaCl (образует залежи каменной соли — Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др).

    Также хлорид натрия содержится в морской воде и соляных источниках.

    Калийные соли также присутствуют в морской воде, но в значительно меньших количествах. Обычно калийные соли содержат верхние слои залежей. Самые большие в мире запасы калийных солей находятся на Урале в районе Соликамска. В Белоруссии (г.Солигорск) открыты крупные залежи калийных солей

  3. История открытия.
  4. Мы не случайно рассматриваем натрий и калий вместе, сходные своими физическими свойствами, они и открыты были одновременно.

    В 1807 г. Дэви, путем электролиза слегка увлажненных твердых щелочей, были получены свободные металлы — калий и натрий. В то время они получили названия — потассий (Potassium) и содий (Sodium).

    В следующем году Гильберт, издатель известных «Анналов физики»,

    предложил именовать новые металлы калием и натронием (Natronium).

    Позднее Берцелиус сократил последнее название до «натрий» (Natrium).

    Вообще, название «натрий» (англ. и франц. Sodium, нем. Natrium) происходит от древнего слова, распространенного в Египте, у древних греков (vixpov) и римлян и соответствует древнееврейскому нетер (neter).

    В древнем Египте натроном, или нитроном называли щелочь, получаемую не только из природных содовых озер, но и из золы растений. Ее употребляли для мытья, изготовления глазурей, при мумификации

    трупов. В конце XVIII в. Клапрот ввел для минеральной щелочи

    название натрон (Natron), а для растительной — кали (Kali).

    Известно, что в начале XIX в. в России натрий называли содием.

    Что касается слова калий, то оно происходит от арабского термина

    алкали (щелочные вещества, именуемые в средние века «щелочные соли»). В то время их еще не отличали друг от друга и называли именами, имевшими сходное значение: натрон, боракс, варек т. д. Слово кали (qila) впервые встречается в 850 г. у арабских писателей, затем начинает употребляться слово Qali (al-Qali), которое обозначало продукт, получаемый из золы некоторых

    растений. В России, в первой четверти XIX в., калий назывался потассий, поташ, а также поташий. В 1828 г. в химической литературе наряду с названием поташ уже встречается название кали (едкое кали, кали соляный и др.).

    Название калий стало общепринятым во всем мире после выхода в свет учебника Гесса.

  5. Физические свойства.
  6. Калий и натрий — серебристо-белые металлы, с плотностью

    K = 0,86 г/см3, Na = 0,97г/см3,

    Эти металлы очень мягкие, режутся ножом.

    Обладают всеми свойствами, присущими веществам с металлической связью, а именно: металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность.

    Это обусловлено тем, что в атомах щелочных металлов один внешний электрон приходится на 4 и более свободные орбитали, а энергия ионизации атомов низкая, в следствии чего между атомами металлов возникает металлическая связь.

    В природе натрий состоит из одного изотопа

    калий — из двух стабильных изотопов

  7. Химические свойства.
  8. При химическом взаимодействии, атомы калия и натрия легко отдают валентные электроны, переходя в положительно заряженные ионы: K+ и Na+. Оба металла являются сильными восстановителями.

    Быстро окисляются на открытом воздухе, поэтому необходимо хранить калий и натрий под слоем керосина.

    Реакция с водой — бурная. Эти металлы легко взаимодействуют со многими неметаллами -серой, фосфором, галогенами и др.

    Образуют гидриды NaH, KH, взаимодействуя с водородом, при нагревании. Эти гидриды легко разлагаются водой с образованием

    соответствующей щелочи и водорода:

    NaH + H2O = NaOH + H2

    При сгорании натрия в избытке кислорода образуется пероксид натрия Na2O2, который в свою очередь взаимодействует с влажным углекислым газом воздуха, выделяя кислород:

    2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

    На этой реакции основано применение пероксида натрия для получения кислорода на

    подводных лодках и для регенерации воздуха в закрытых помещениях.

  9. Едкие щелочи. Соли металлов.
  10. Едкими щелочами называются хорошо растворимые в воде гидроксиды. Важнейшие из них NaOH и KOH.

    Гидроксид натрия и гидроксид калия — белые, непрозрачные, твердые

    кристаллические вещества. В воде хорошо растворяются с выделением большого количества теплоты. В водных растворах практически нацело диссоциированы и являются сильными щелочами. Проявляют все свойства оснований.

    Твердые гидроксиды натрия и калия и их водные растворы поглощают оксид углерода (IV):

    NaOH + CO2 = NaHCO3

    2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

    или в иной форме:

    OH- + CO2 = HCO

    2OH- + CO2 = CO + H2O

    В твердом состоянии на воздухе NaOH и KOH поглощают влагу, благодаря чему используются как осушители газов.

    В промышленности гидроксид натрия и гидроксид калия получают электролизом концентрированных растворов соответственно NaCl и KCl. При этом одновременно получаются хлор и водород. Катодом служит железная сетка, анодом — графит.

    Схему электролиза (на примере KCl) следует представлять так, KCl полностью диссоциирует на ионы K+ и Cl-. При прохождении электрического тока к катоду подходят ионы K+, к аноду — хлорид-ионы Cl-. Калий в ряду стандартных электродных потенциалов расположен до алюминия, и его ионы восстанавливаются

    (присоединяют электроны) гораздо труднее, чем молекулы воды. Ионов же водорода H+ в растворе очень мало. Поэтому на катоде разряжаются молекулы воды с выделением молекулярного водорода:

    2H2O + 2e- = H2 + 2OH-

    Хлорид-ионы в концентрированном растворе легче отдают электроны (окисляются), чем молекулы воды, поэтому на аноде разряжаются хлорид-ионы:

    2Cl- - 2e- = Cl2

    Общее уравнение электролиза раствора в ионной форме:

    2Cl- - 2e- = Cl2 1

    2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 1

    2Cl- + 2H2O электролиз H2 + 2OH- + Cl2

    или

    2KCl + 2H2O электролиз H2 + 2KOH + Cl2

    Аналогично протекает электролиз раствора NaCl. Раствор, содержащий NaOH и NaCl, подвергается упариванию, в результате чего выпадает в осадок хлорид натрия (он имеет намного меньшую растворимость и она мало изменяется с температурой), который отделяют и используют для дальнейшего электролиза. Гидроксид натрия получают в очень больших количествах. Он является одним из важнейших продуктов основной химической промышленности. Применяют его для очистки нефтяных продуктов — бензина и керосина, для производства мыла, искусственного шелка, бумаги, в текстильной, кожевенной, химической промышленности, а также в быту (каустик, каустическая сода).