Щелочной металл - Alkali metal


Из Википедии, свободной энциклопедии

Щелочные металлы
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Номер группы ИЮПАК 1
Имя элемента группа лития
Trivial имя щелочные металлы
Номер группы CAS
(США, шаблон АВА)
Айова
старый номер IUPAC
(Европа, модель AB)
Айова

↓  Период
2
Изображение: Lithium металл хранится под парафином
Литий (Li)
3
3
Изображение: Натрий металла
Натрий (Na) ,
11
4
Изображение: Калий металла
Калий (К)
19
5
Изображение: Рубидий металла в стеклянной ампуле
Рубидий (Rb)
37
6
Изображение: Цезий металл в стеклянной ампуле
Цезий (Cs) ,
55
7 Франций (ПТ)
87

легенда

исконный
элемент радиоактивного распада
Атомный номер цвета:
черный = твердый

Эти щелочные металлы представляют собой группу (колонка) в периодической таблице , состоящей из химических элементов лития (Li), натрий (Na), калий (К), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). Эта группа находится в с-блоком периодической таблицы элементов , как все щелочные металлы имеют свой самый наружный электрон в s-орбитали : Этот общий результат конфигурации электронов в их имеют очень сходные характерные свойства. Действительно, щелочные металлы обеспечивают лучший пример тенденций группы в свойствах в периодической таблице, с элементами , обладающих хорошо охарактеризованным гомологичное поведением.

Щелочные металлы являются всеми блестящими, мягкими , высоко реакционноспособными металлами при стандартной температуре и давлении и легко теряют свой самый наружный электрон с образованием катионов с зарядом +1. Все они могут быть легко вырезать с помощью ножа из - за их мягкости, обнажая блестящую поверхность , которая быстро тускнеет воздуха за счет окисления с помощью атмосферной влаги и кислорода (и в случае лития, азота ). Из - за их высокой реакционной способности , они должны храниться в масле , чтобы предотвратить реакцию с воздухом, и встречаются , естественно , только в соли и никогда как свободных элементов. Цезий, пятый щелочной металл, является наиболее реакционноспособным из всех металлов. В современном IUPAC номенклатуре, щелочные металлы включают в себя группу 1 элементы , за исключением водорода (Н), который является номинально группа 1 элемент , но обычно не рассматривается как щелочной металл , как он редко проявляет поведение , сравнимое с щелочными металлами. Все щелочные металлы реагируют с водой, с более тяжелыми щелочными металлами реагируют более энергично , чем более легкие.

Все обнаруженных щелочных металлов встречаются в природе в виде их соединений: в порядке изобилии , натрия является наиболее распространенным, а затем калий, литий, рубидий, цезий, и , наконец , франция, которая является очень редко из - за его чрезвычайно высокой радиоактивности ; франций происходит только в мельчайших следах в природе в качестве промежуточной стадии в некоторых неясных боковых ветвях естественных цепей распада . Были проведены эксперименты , чтобы попытаться синтезом унуненних (UUE), который, вероятно, будет следующим членом группы, но все они потерпели неудачу. Тем не менее, унуненний не может быть щелочной металл за счет релятивистских эффектов , предсказываемых иметь большое влияние на химические свойства сверхтяжелых элементов ; даже если это не оказаться щелочным металлом, предсказано , чтобы иметь некоторые различия в физико-химических свойствах от его более легких гомологов.

Большинство щелочных металлов имеют множество различных приложений. Один из самых известных применений чистых элементов является использование рубидия и цезия в атомных часах , из которых цезия атомных часы являются наиболее точным и точным представлением времени. Общее применение соединений натрия является натриевой лампой-пара , который излучает свет очень эффективно. Поваренная соль , или хлорид натрия, был использован с древних времен . Литий находит применение в качестве психиатрического лекарства. Натрий и калий также являются важными элементами , имеющие основные биологические роли в качестве электролитов , и хотя другие щелочные металлы не являются существенными, они также имеют различные эффекты на организм, как положительных и отрицательных.

содержание

история

Образец петалита
Петалита , минерал лития , из которого литий был впервые выделен

Соединения натрия известны с древних времен; соль ( хлорид натрия ) является важным товаром в деятельности человека, о чем свидетельствует английского слова зарплаты , ссылаясь на salarium , деньги , уплаченные римскими солдатами на покупку соли. В то время как калийные было использовано с древних времен, это не было понято на протяжении большей части своей истории , чтобы быть принципиально иным веществом из минеральных солей натрия. Шталь получены экспериментальные доказательства , которые привели его предложить принципиальное отличие солей натрия и калия в 1702 году, и Генри-Луи Дюамель дю Монсо удалось доказать это различие в 1736 Точный химический состав соединений калия и натрия, и статус в качестве химического элемента калия и натрия, не был известен тогда, и , таким образом Антуан Лавуазье не включает в себя либо щелочей в его списке химических элементов в 1789 году.

Чистый калия был впервые выделен в 1807 году в Англии сэра Гемфри Дэви , который производном его из едкого кали (KOH, гидроксид калия) с использованием электролиза расплавленной соли с вновь изобретенного вольтовой кучу . Предыдущие попытки электролиза водного раствора соли были неудачными из - за чрезвычайной реактивности калия в. Калий был первым металлом , который был выделен с помощью электролиза. Позднее в том же году, Дэви сообщили извлечение натрия из подобного вещества каустической соды (NaOH, щелочь) по аналогичной методике, демонстрируя элементы, и таким образом соли, чтобы быть разными.

Дёберейнер был одним из первых , чтобы заметить сходство между тем, что в настоящее время известны как щелочные металлы.

Петалита ( Li Al Si 4 O 10 ) был обнаружен в 1800 году бразильский химик Хосе Bonifácio де Андраде в шахте на острове УТО, Швеция . Тем не менее, он не был до 1817 , что Арфведсон , затем работал в лаборатории химика Берцелиус , обнаруженного присутствие нового элемента при анализе петалита руды . Этот новый элемент был отмечен ним с образованием соединений , аналогичные тем , натрия и калия, хотя его карбонат и гидроксид были менее растворимы в воде и более щелочной , чем другие щелочные металлы. Берцелиус дал неизвестный материал название « lithion / lithina », от греческого слова λιθoς (транслитерации , как Lithos , что означает «камень»), чтобы отразить его открытие в твердом минерале, в отличие от калия, который был обнаружен в растительном пепле , и натрий, который был известен отчасти из- за его высокой численности в крови животных. Он назвал металл внутри материала « лития ». Лития, натрия и калия были частью открытия периодичности , так как они являются одними из серии триад элементов в одной и той же группы , что были отмечены Дёберейнер в 1850 году как имеющие аналогичные свойства.

Образец лепидолита
Лепидолит , рубидий минерал , из которого рубидия был впервые выделен

Рубидий и цезий были первые элементы , которые будут обнаружены с помощью спектроскопа , изобретенный в 1859 году Бунзен и Кирхгоф . В следующем году, они обнаружили цезий в минеральной воде из Бад - Дюркгейм , Германия. Их открытие рубидия пришло в следующем году в Гейдельберге , Германия, найдя его в минеральном лепидолите . Имена рубидия и цезий приходят из самых известных линий в их спектрах излучения : ярко - красной линии для рубидия (от латинского слова rubidus , то есть темно - красный или ярко - красный) и небесно-голубая линия для цезия (получено из латинское слово Caesius , что означает небесно-голубой).

Около 1865 г. Ньюлендс произвел ряд работ , в которых он перечислял элементы в порядке возрастания атомного веса и аналогичные физические и химические свойства , которые повторялись с интервалом в восемь; он сравнил такую периодичность с октав музыки, где отмечает октаву друг от друга имеют схожие музыкальные функции. Его версия поместить все щелочные металлы , известные в то время (лития к цезию), а также медь , серебро и таллий (которые показывают : +1 окисления состояния характеристики щелочных металлов), а также в группу. Его помещают таблицу водорода с галогенами .

Д. И. Менделеева периодическая система «s , предложенный в 1871 г. , показывающий водород и щелочные металлы , как часть его группы I, наряду с медью, серебром, золотом и

После 1869 г., Д. И. Менделеев предложил свою периодическую таблицу укладывания лития в верхней части группы с натрия, калия, рубидия, цезия и таллия. Через два года, Менделеева пересмотрел свою таблицу, помещая водород в группе 1 выше литии, а также перемещение таллия в группу боры . В этом 1871 версии, медь, серебро и золото были помещены в два раза, один раз в составе группы IB , и один раз в рамках «группа VIII» охватывают сегодняшние группы 8 до 11. После введения таблицы 18-колонок, группы IB элементы были перемещены в их текущую позицию в д-блоке , в то время как щелочные металлы были оставлены в группе IA . Позже название группы было изменено на 1 -й группе в 1988 году тривиальное название «щелочные металлы» происходит от того факта , что гидроксиды группы 1 элементов являются все сильные щелочи при растворении в воде.

Были по крайней мере четыре ошибочных и неполные открытий , прежде чем Маргарит Перей из института Кюри в Париже, Франция обнаружила франция в 1939 году путем очистки образца актиний-227 , о которой было сообщено , чтобы иметь энергию распада 220  к . Однако Перей заметили частицы распада с уровнем энергии ниже 80 кэВ. Перей думал , эта активность распада может быть вызвана ранее неопознанным продуктом распада, один , который был отделен во время очистки, но снова возник из чистого актиния -227. Различные тесты исключали возможность неизвестного элемента, торий , радий , свинец , висмут , или таллий . Новый продукт выставлена химические свойства щелочных металлов (такие как соосаждения с солями цезия), что привело к Перей считают , что именно элемент 87, вызванным альфа - распадом актиний-227. Перей затем попытались определить долю бета - распада с альфа - распада в актиний-227. Ее первое испытание поставить альфа разветвление на 0,6%, и эта цифра в дальнейшем она пересмотренное до 1%.

227
89
Ac
α (1,38%) 21,77 у 223
87
Fr
β -22 мин 223
88
Ra
& alpha ; 11,4 г

Следующий элемент ниже франции ( эка -francium) в периодической таблице , будет унуненние (Ууэ), элемент 119. синтез унуненнего впервые был предпринят в 1985 году путем бомбардировки мишени из эйнштейния -254 с кальцием -48 ионов на ускорителе SUPERHILAC в Беркли, штат Калифорния. Нет атомы не были выявлены, что приводит к предельному выходу 300 нба .

254
99
Es
+ 48
20
Са
302
119
Uue
Нет * → нет атомов

Весьма маловероятно , что эта реакция будет иметь возможность создавать любые атомы унуненний в ближайшем будущем, учитывая крайне сложную задачу создания достаточного количества эйнштейния-254, который выступает за производство сверхтяжелых элементов из - за своей большой массы, относительно длительный период полураспада 270 дней, а также наличие в значительных количествах нескольких микрограмм, чтобы сделать достаточно большую цель , чтобы увеличить чувствительность эксперимента до требуемого уровня; эйнштейния не была найдена в природе и только была произведена в лабораториях, так и в количествах , меньших , чем те , которые необходимы для эффективного синтеза сверхтяжелых элементов. Однако, учитывая , что унуненний лишь первый период 8 элементов на расширенной таблицы Менделеева , он также может быть обнаружен в ближайшем будущем с помощью других реакций, и на самом деле попытка синтезировать это продолжается в настоящее время в Японии. В настоящее время ни одна из периода 8 элементов обнаружено не было ранее, и это также возможно, из - за капать нестабильность , что только нижний период 8 элементов, примерно до элемента 128, физически возможно. При синтезе Никаких попыток были сделаны для каких - либо тяжелых щелочных металлов: из - за их чрезвычайно высокий атомный номер, они требуют новых, более мощных методов и технологии , чтобы сделать.

Вхождение

В Солнечной системе

Оценочные содержания химических элементов в Солнечной системе. Водород и гелий является наиболее распространенными, от Больших взрыва . Следующие три элемента (лития, бериллия и бора ) встречаются редко , потому что они плохо синтезируется в результате Большого Взрыва , а также в звездах. Две общие тенденции в остальных звездных производстве элементов являются: (1) чередование в изобилии элементов , поскольку они имеют четные или нечетные атомные номера, и (2) общее снижение в избытке, так как элементы становятся тяжелее. Железо особенно часто , поскольку она представляет собой минимальную энергию нуклидов , которые могут быть сделаны путем слияния гелия в сверхновых.

Правило Оддо-Харкинс считает , что элементы с четными порядковыми номерами более распространены , что те , с нечетными порядковыми номерами, за исключением водорода. Это правило утверждает , что элементы с нечетными порядковыми номерами имеют один неспаренный протон и, скорее всего , чтобы захватить другую, тем самым увеличивая их атомного номера. У элементов с четным порядковыми номерами, протоны в паре, при этом каждый член пары компенсирующой спины другой, усиливающей стабильности. Все щелочные металлы имеют нечетные атомные номера , и они не так часто , как элементы с атомными номерами , даже смежных с ними ( благородных газов и щелочно - земельных металлов ) в Солнечной системе. Более тяжелые щелочные металлы также в меньшем количестве , чем более легкие , как щелочные металлы из рубидия и далее могут быть синтезированы только в сверхновом , а не в звездном нуклеосинтезе . Литий также гораздо менее многочисленны , чем натрий и калий , как он плохо синтезируется в обоих Большого взрыва нуклеосинтеза и в звездах: Большой Взрыв может производить только следовые количества лития, бериллия и бора из - за отсутствия стабильного ядра с 5 или 8 нуклоны и звездный нуклеосинтез могли пройти только это узкое место в процессе тройного альфа , сплавление три ядра гелия с образованием углерода , и пропуском через эти три элемента.

На земле

Сподумен , важный минерал лития

Земли образуются из того же облака материи, образованных вокруг Солнца, но планеты приобрели различные композиции в процессе формирования и эволюции Солнечной системы . В своей очереди, естественная история Земли вызвала часть этой планеты имеет различные концентрации элементов. Масса Земли составляет приблизительно 5,98 × 10 24  кг. Она состоит в основном из железа (32,1%), кислород (30,1%), кремний (15,1%), магний (13,9%), серы (2,9%), никеля (1,8%), кальция (1,5%) и алюминий ( 1,4%); а остальные 1,2% , состоящие из следовых количеств других элементов. Благодаря планетарной дифференциации , область ядра , как полагают, в основном состоит из железа (88,8%), с меньшим количеством никеля (5,8%), серы (4,5%), и менее чем 1% микроэлементов.

Щелочные металлы, из - за их высокой реакционной способности , не встречаются в природе в чистом виде в природе. Они lithophiles и поэтому остаются близко к поверхности Земли , потому что они легко соединяются с кислородом и так сильно ассоциироваться с диоксидом кремния , образуя сравнительно минералы низкой плотности , которые не оседают вниз в ядре Земли. Калий, рубидий и цезий также несовместимые элементы из - за их большие ионные радиусы .

Натрий и калий очень много в земле, и будучи одним из десяти наиболее распространенных элементов в земной коре ; натрия составляет примерно 2,6% от земной коры «с измеренной по весу, что делает его шестым самым распространенным элементом в целом и наиболее богатый щелочной металл. Калий составляет примерно 1,5% от земной коры и является седьмым самым распространенным элементом. Натрий содержится во многих различных минералов, из которых наиболее распространенным является обычная соль (хлорид натрия), которое происходит в огромных количествах , растворенных в морской воде. Другие твердые отложения включают галит , амфибол , криолит , нитронатрят и цеолит . Многие из этих твердых отложений происходят в результате древних испаряющихся морей, которые до сих пор происходят в настоящее время в таких местах, как Ют «s Great Salt Lake и Мертвое море . Несмотря на почти равном изобилие в земной коре, натрий гораздо чаще , чем калий в океане, и потому , что больший размер калия делает его соль менее растворима, и потому , что калий связан силикатами в почве и что калий выщелачивание поглощается гораздо более легко по жизни растений , чем натрия.

Несмотря на его химического сходства, лития , как правило , не происходит вместе с натрий или калий из - за меньшего размера. Из - за относительно низкой реакционной способностью , его можно найти в морской воде в больших количествах; предполагается , что морской воды составляет приблизительно от 0,14 до 0,25 частей на миллион (частей на миллион) или 25 мкМ . Его диагональ отношение с магнием часто позволяет ему заменить магний в ferromagnesium минералов, где его концентрация земной коры составляет около 18  частей на миллион , сравнимы с галлием и ниобия . Коммерчески, самые важный минерал лития сподуменовый , что происходит в крупных месторождениях по всему миру.

Рубидий примерно в изобилии , как цинк и обильнее , чем медь. Это происходит естественным образом в минералах лейцит , поллуцит , карналлит , циннвальдитовый и Лепидолит , хотя ни один из них не содержат только рубидий и никаких других щелочные металлов. Цезий более обильный , чем некоторые широко известные элементы, такие как сурьма , кадмий , олово и вольфрам , но гораздо менее многочисленно , чем рубидий.

Франций-223 , единственный в природе изотопа франция, является продукт из альфа - распада актиния-227 и могут быть найдены в следовых количествах в урановых минералов. В данном образце урана, то, по оценкам, только один атом франция на каждые 10 18 атомов урана. Было подсчитано , что существует не более 30 г франции в земной коре в любое время, из - за его чрезвычайно короткий период полураспада 22 минут.

свойства

Физико-химический

Физические и химические свойства щелочных металлов могут быть легко объяснены их имеющим нс 1 валентных электронная конфигурацию , что приводит к слабой металлической связи . Следовательно, все щелочные металлы являются мягкими и имеют низкие плотности , температуры плавления и кипения , а также теплот сублимации , испарении и диссоциации . Все они кристаллизуются в кубической объемно-центрированной кристаллической структурой и имеют отличительные цвета пламени , поскольку их внешний электрон с очень легко возбуждаются. Нс 1 конфигурация также приводит щелочные металлы , имеющих очень большие атомные и ионные радиусы , а также очень высокую тепловую и электрическую проводимость . Их химия преобладают потери их неподеленный валентный электрон во внешней с-орбитальной , чтобы сформировать состояние окисления +1, из - за легкости ионизирующего этого электрона и очень высокой вторую энергию ионизации. Большая часть химии наблюдается только в течение первых пяти членов группы. Химия франция не установлена из - за его крайней радиоактивности ; Таким образом, представление о его свойствах здесь ограничено. Что мало известно о франции показывает , что это очень близко в поведении цезия, как и ожидались. Физические свойства франция даже sketchier потому , что никогда не наблюдались объемный элемент; следовательно , любые данные , которые могут быть найдены в литературе, конечно , умозрительная экстраполяция.

Свойства щелочных металлов
название литий натрий калий Рубидий цезий Франций
атомный номер 3 11 19 37 55 87
Стандартный атомный вес  ( U ) 6.94 (1) 22.98976928 (2) 39,0983 (1) 85,4678 (3) 132.9054519 (2) [223]
Электронная конфигурация [ Он ] 2s 1 [ Ne ] 3s 1 [ Ar ] 4s 1 [ Kr ] 5s 1 [ Xe ] 6s 1 [ Rn ] 7s 1
Температура плавления (° С) 180,54 97,72 63,38 39,31 28,44 ?
Точка кипения (° С) 1342 883 +759 688 671 ?
Плотность  (г · см -3 ) 0,534 0,968 0,89 1,532 1,93 ?
Теплота плавления  (кДж · моль -1 ) 3,00 2,60 2,321 2,19 2,09 ?
Теплота испарения  (кДж · моль -1 ) 136 97,42 79,1 69 66,1 ?
Теплота образования  одноатомного газа (кДж · моль -1 ) 162 108 89,6 82,0 78,2 ?
Электрическое сопротивление  при 25 ° С (п Ω ° см ) 94,7 48,8 73,9 131 208 ?
Атомный радиус  ( м ) 152 186 227 248 265 ?
Ионный радиус от hexacoordinate M + иона (м) 76 102 138 152 167 ?
Первый ионизационный энергии  ( кДж · моль -1 ) 520,2 495,8 418,8 403,0 375,7 392,8
Сродство к электрону  (кДж · моль -1 ) 59,62 52,87 48,38 46,89 45,51 ?
Энтальпия диссоциации  М 2  (кДж · моль -1 ) 106,5 73,6 57,3 45,6 44,77 ?
Полинга электроотрицательность 0,98 0,93 0,82 0,82 0,79 ?
Стандартный электродный потенциал ( Е ° (М + → M , 0 ); В ) -3,04 -2,71 -2,93 -2,98 -3,03 ?
Пламя тест цвета
Основной эмиссии / длина волны поглощения ( нм )
Багровый
670,8
Желтый
589,2
Фиолетовый
766,5
Красно-фиолетовый
780,0
Синий
455,5
?

Щелочные металлы более похожи друг на друга , чем элементы в любой другой группе относятся друг к другу. Действительно, сходство настолько велико , что довольно трудно отделить калий, рубидий и цезий, из - за их подобные ионным радиусы ; лития и натрия являются более различны. Например, при перемещении вниз по таблице, все известные щелочные металлы демонстрируют увеличение атомный радиус , уменьшая электроотрицательность , увеличивая реактивность , и уменьшение плавления и кипения, а также теплоты плавления и испарения. В общем, их плотности возрастают при движении вниз по столу, за исключением того, что калий является менее плотным , чем натрий. Один из очень немногих свойств щелочных металлов , которые не проявляют очень гладкую тенденции являются их потенциалы восстановления : значение литиевого является аномальным, будучи более отрицательным , чем другие. Это потому , что Li + ион имеет очень высокую энергию гидратации в газовой фазе: хотя ион лития разрушает структуру воды значительно, в результате чего более высокое изменение энтропии, эта высокая энергия гидратации достаточно , чтобы сделать потенциалы восстановления указывают ее как причем наиболее электроположителен щелочной металл, несмотря на трудность ионизирующего его в газовой фазе.

Стабильные щелочные металлы являются все серебро-цветные металлы для цезия, который имеет бледно - золотистый оттенок , за исключением: он является одним из трех металлов, которые четко цветные (две другие медь и золото). Кроме того, тяжелый щелочноземельные металлы кальций , стронций и барий , а также двухвалентные лантаноиды европий и иттербий , бледно - желтого цвета, хотя цвет гораздо менее заметный , чем для цезия. Их блеск быстро тускнеет в воздухе из - за окисления. Все они кристаллизуются в кубической объемно-центрированной кристаллической структурой и имеют отличительные цвета пламени , поскольку их внешний электрон с очень легко возбуждаются. Действительно, эти испытания пламени цвета наиболее распространенный способ их идентификации , так как все их соли с общими ионами являются растворимыми.

Калий бурно реагирует с водой при комнатной температуре
Цезий реагирует со взрывом с водой, даже при низких температурах

Все щелочные металлы обладают высокой реакционной способностью и никогда не встречаются в элементарных формах в природе. Из - за этого они, как правило , хранятся в минеральном масле или керосине (парафиновое масло). Они активно реагируют с галогенами с образованием галогенидов щелочных металлов , которые являются белыми ионными кристаллическими соединениями , которые являются всеми растворимыми в воде , кроме фторида лития ( Li F ). Щелочные металлы также вступают в реакцию с водой с образованием сильно щелочные гидроксиды , и , таким образом , должны быть обработаны с большой осторожностью. Более тяжелые щелочные металлы реагируют более энергично , чем более легкие; например, при падении в воду, цезий производит больший взрыв , чем калий , если такое же количество молей каждого металла использует. Щелочные металлы имеют самую низкую первую энергию ионизации в их соответствующих периоды периодической таблицы , из - за их низкий эффективный заряд ядра и способности достигать благородный газ конфигурацию, потеряв только один электрон . Мало того, что щелочные металлы реагируют с водой, но и с донорами протонов , таких как спирты и фенолы , газообразного аммиака , и алкинов , последний демонстрирует феноменальную степень их реакционной способности . Их большая мощность в качестве восстановителей делает их очень полезными в освобождении других металлов из их оксидов или галогенидов.

Вторая энергия ионизации всех щелочных металлов очень высока , как в полной оболочке, которая также ближе к ядру; Таким образом, они почти всегда проигрывают один электрон, образуя катионы. В alkalides является исключением: они являются неустойчивыми соединениями , которые содержат щелочные металлы в степени окисления -1, что является очень необычным , как перед открытием alkalides, щелочные металлы не должны были быть способно образовывать анионы и считались в состоянии появиться в соли только в качестве катионов. В алкалиде анионы заполнила S-подоболочку , что дает им достаточной стабильность на существование. Все стабильные щелочные металлы , за исключением лития , как известно, способны образовывать alkalides, и alkalides имеют много теоретический интерес из - за их необычной стехиометрии и низким потенциалом ионизации . Alkalides химически подобен электридам , которые являются солями с захваченными электронами действуют как анионы. Особенно поразительный пример алкалиды является «обратным гидридом натрия », Н + Na - (оба ионы в комплексе ), в отличие от обычного гидрида натрия, Na + H - : оно неустойчиво в изоляции, из - за его высокую энергию в результате от смещения двух электронов от водорода до натрия, хотя некоторые производные по прогнозам, будет метастабильной или стабильной.

В водном растворе, ионы щелочных металлов образуют ионы аква формулы [М (Н 2 О) п ] + , где п есть число сольватации. Их координационные числа и форма хорошо согласуются с ожидаемым от их ионных радиусов. В водном растворе молекулы воды , непосредственно присоединенные к иону металла , как говорят, принадлежат к первой координационной сфере , также известный как первый, или первичной, сольватной оболочки. Связь между молекулой воды и ионом металла является датив ковалентную связь с атомом кислорода , отдающий электроны как к св зи. Каждая скоординированы молекула воды может быть присоединена с помощью водородных связей с другими молекулами воды. Последние говорят, находятся во второй координационной сфере. Однако для катионов щелочных металлов, вторая координационная сфера не очень хорошо определена как +1 заряда катиона не достаточно высок , чтобы поляризуют молекулы воды в первичной оболочке сольватации достаточно , чтобы они образуют прочные водородные связи с тем , в вторая координационная сфера, создавая более устойчивую сущность. Число сольватации для Li + было экспериментально установлено, что 4, образуя тетраэдрическим [Li (H 2 O) 4 ] + : в то время как число сольватации от 3 до 6 было найдено для ионов литии аква, число сольватации меньше , чем 4 может быть результат образования контакта ионных пар , и более высоких чисел сольватации может быть интерпретирован в терминах молекул воды , которые приближаются [Li (H 2 O) 4 ] + через грань тетраэдра, хотя молекулярное динамическое моделирование может указывать на существование из октаэдрического иона hexaaqua. Есть также , вероятно , шесть молекул воды в первичной сольватации сфере иона натрия, образуя октаэдрический [Na (H 2 O) 6 ] + ион. В то время как ранее считалось , что тяжелые щелочные металлы также образуются октаэдрические ионы hexaaqua, с тех пор было установлено , что калий и рубидий , вероятно , образуют [K (H 2 O) 8 ] + и [Rb (Н 2 О) 8 ] + ионы , которые имеют квадратную antiprismatic структуру, и что цезий образует 12-координату [Cs (H 2 O) 12 ] + ион.

литий

Химия литии показывает несколько отличия от остальной части группы , как малый Li + катион поляризует анионы и дает его соединение более ковалентный характеру. Литий и магний имеют диагональную связь в связи с их подобными атомным радиусами, так что они показывают некоторое сходство. Так , например, литий образует стабильный нитрид , свойство общего среди всех щелочно - земельных металлов (группа магния) , но уникальный среди щелочных металлов. Кроме того, среди их соответствующих групп, только литий и магний образуют металлоорганические соединения со значительным ковалентного характера (например , Li Me и MgMe 2 ).

Фторида лития является единственным галогенида щелочного металла , который плохо растворим в воде, и гидроксида лития является единственным гидроксид щелочного металла , который не гигроскопичен . И наоборот, перхлорат лития и другие соли литии с большими анионами , которые не могут быть поляризованные гораздо более стабильно , чем аналогичные соединения других щелочных металлов, вероятно , из - Li + имеет высокую энергию сольватации . Этот эффект также означает , что большинство простых солей литии обычно встречаются в гидратной форме, так как безводные формы являются чрезвычайно гигроскопичными : это позволяет соль , такие как хлорид лития и бромид лития для использования в осушителях и кондиционерах .

Франций

Франций также предсказано , чтобы показать некоторые различия из - за его высокой атомной массой , в результате чего свои электроны движутся со значительными фракций со скоростью света и , таким образом , делая релятивистские эффекты более заметным. В отличии от тенденции уменьшения электроотрицательности и энергии ионизации щелочных металлов, электроотрицательность и ионизации энергия франция по прогнозам, будет выше , чем цезий - х из - за релятивистскую стабилизацию 7s электронов; Кроме того , его атомный радиус , как ожидается, будет аномально низким. Таким образом, вопреки ожиданиям, цезий является наиболее реакционноспособным из щелочных металлов, а не франций. Все известные физические свойства франции также отклоняются от четких тенденций , идущих от лития к цезию, например, первая энергии ионизации, сродства к электрону, и анион поляризуемости, хотя из - за недостаток известных данных о франции многих источников дают экстраполированные значения, не обращая внимания , что релятивистские эффекты делают тренд от лития к цезию становится неприменимым в франции. Некоторые из немногих свойств франция , которые были предсказанного принимая во внимание теорию относительности являются сродство к электрону (47.2 кДж / моль) и энтальпия диссоциации ПТ 2 молекулы (42.1 кДж / моль). Молекулы CSFR поляризована , как Cs + Fr - , показывая , что 7s подоболочку франции гораздо более сильно зависят от релятивистских эффектов , чем 6s подоболочки цезия. Кроме того, франций супероксид (ФРО 2 ) , как ожидается, имеет значительный ковалентный характер, в отличии от других надперекисей щелочных металлов, из - за связывания вкладов от 6р электронов франции.

ядерной

Первичные изотопы щелочных металлов
Z
Щелочной металл
стабильный
распады
неустойчивый: Курсив
нечетно-нечетные изотопы, розовые цвета
3 литий 2 - 7
Li
6
Li
 
11 натрий 1 - 23
не доступно
   
19 калий 2 1 39
К
41
К
40
К
37 рубидий 1 1 85
Rb
87
Rb
 
55 цезий 1 - 133
Cs
   
87 франция - - Нет изначальные изотопы
( 223
Fr
является радиогенными нуклидами )
Радиоактивный: 40 K, т 1/2 1,25 × 10 9 лет; 87 Rb, т 1/2 4,9 × 10 10 лет; 223 ПТ, т 1/2 22,0 мин.

Все щелочные металлы имеют нечетные атомные номера; следовательно, их изотопы должны быть либо нечетно-нечетных (как протон и число нейтронов нечетные) или нечетным даже ( число протонов нечетно, но число нейтронов даже). Нечетно-нечетные ядра имеют даже массовые числа , а нечетные-четные ядра имеют нечетные массовые числа. Нечетно-нечетные изначальные нуклиды встречаются редко , потому что большинство нечетно-нечетные ядра очень нестабильны по отношению к бета - распада , так как продукты распада четно-четное, и , следовательно , более сильно связаны, из - за воздействия ядерного спаривания .

Из - за большой редкости нечетно-нечетных ядер, почти все первичные изотопы щелочных металлов являются нечетными даже (исключение составляют свет стабильного изотопа лития-6 и долгоживущий радиоактивный изотоп калий-40). Для заданных нечетного числа масс, может быть только один бетой-устойчивым нуклидом , так как не существует разница в энергии связи между четно-четным и нечетным даже сравнимо с таковым между четно-четным и нечетным-нечетным, оставляя другие нуклиды одного и того же массовым числом ( изобар ) бесплатно для бета - распада по направлению к самым низким массовым нуклида. Эффект неустойчивости нечетного числа любого типа нуклонов является то , что нечетные элементы, таких как щелочные металлы, как правило, имеют меньше стабильные изотопы , чем четные элементы. Из 26 моноизотопных элементов , которые имеют только один стабильный изотоп, все , кроме одного имеет нечетный атомный номер и все , кроме одного , также имеет четное число нейтронов. Бериллий является единственным исключением для обоих правил, в связи с его низким атомным номером.

Все щелочные металлы , за исключением лития и цезия имеют по меньшей мере один естественный радиоизотоп : натрий-22 и натрий-24 являются следовые радиоизотопы производства cosmogenically , калий-40 и рубидий-87 имеют очень длинные периоды полураспада , и , таким образом , происходить естественным путем , и все изотопы франция являются радиоактивными . Цезий был также считается радиоактивным в начале 20 - го века, хотя и не встречающиеся в природе радиоактивные изотопы. (Франций еще не был обнаружен в то время.) Естественный долгоживущий радиоактивный изотоп калия, калий-40, составляет около 0,012% природного калия, и , таким образом , естественно , калий слабо радиоактивен. Это естественная радиоактивность стала основой для ошибочной претензии открытия для элемента 87 (следующий щелочной металл после того, как цезий) в 1925 году природного рубидия является так же слегка радиоактивно, с 27,83% являются долгоживущим радиоизотопом рубидия-87.

Цезий-137 , с периодом полураспада 30,17 лет, является одним из двух основных средних сроком продуктов деления , наряду с стронций-90 , которые ответственны за большую часть радиоактивности из отработанного ядерного топлива после нескольких лет охлаждения, до до нескольких сот лет после их использования. Она представляет собой большую часть радиоактивности еще остались от аварии на Чернобыльской АЭС . Цезий-137 подвергается высокой энергии бета - распад , и в конечном итоге становится стабильной бария-137 . Это сильный излучатель гамма - излучения. Цезий-137 имеет очень низкую скорость захвата нейтронов и не может быть посильнее утилизировать таким образом, но должно быть позволено распадаться. Цезий-137 был использован в качестве изотопного индикатора в гидроиндикаторах исследований, аналогичных использованию трития . Небольшое количество цезия-134 и цезия-137 были выпущены в окружающую среду в течение почти всех испытаний ядерного оружия и некоторых ядерных аварий , в первую очередь в аварии Гояния и Чернобыльской катастрофы . В 2005 году , цезий-137 является основным источником излучения в зоне отчуждения вокруг Чернобыльской АЭС . Его химические свойства , как один из щелочных металлов делают его одним из наиболее проблематичных из коротких и средних-пожизненных продуктов деления , поскольку он легко перемещается и распространяется в природе из - за высокую растворимость в воде из его солей, и рассмотрены тела, какие ошибки ее за существенные конгенер натрия и калий.

Периодические тенденции

Щелочные металлы более похожи друг на друга , чем элементы в любой другой группе относятся друг к другу. Например, при перемещении вниз по таблице, все известные щелочные металлы демонстрируют увеличение атомный радиус , уменьшая электроотрицательность , увеличивая реактивность , и уменьшение плавления и кипения, а также теплоты плавления и испарения. В общем, их плотности возрастают при движении вниз по столу, за исключением того, что калий является менее плотным , чем натрий.

Атомные и ионные радиусы

Эффективный заряд ядра на атомном электроне

Атомные радиусы щелочных металлов увеличивают спускаясь группой. Из-за эффекта экранирования , когда атом имеет более чем одну электронную оболочку , каждый электрон чувствует электрическое отталкивание от других электронов, а также электрическое притяжение от ядра. В щелочных металлах, то внешний электрон только чувствует суммарный заряд +1, так как некоторые из ядерного заряда (которое равно атомный номер ) отменяются внутренними электронами; количество внутренних электронов щелочного металла всегда на единицу меньше заряда ядра. Таким образом, единственным фактором, влияющим на атомный радиус щелочных металлов является число электронных оболочек. Так как это число растет вниз по группе, атомный радиус должен также увеличить вниз группу.

Ионные радиусы щелочных металлов значительно меньше , чем их атомных радиусов. Это происходит потому , что внешний электрон щелочных металлов находится в другой оболочке электронов , чем внутренние электроны, и , таким образом , когда он удаляется полученным атом имеет одну электронной оболочки меньше и меньше. Кроме того, эффективный заряд ядра увеличился, и , таким образом электроны притягиваются сильнее по направлению к ядру и ионным радиусы уменьшаются.

Первая энергия ионизации

Периодическая тенденция к ионизации энергии: каждый период начинается, как минимум , для щелочных металлов, и заканчивается на максимуме для благородных газов .

Первая энергия ионизации из элемента или молекул является энергией , требуемой для перемещения наиболее рыхлого электрона из одного моля газообразных атомов или молекул элемента с образованием одного моля газообразных ионов с электрическим зарядом +1. Факторы , влияющие на первую энергию ионизации , являются ядерным зарядом , величина экранирования от внутренних электронов и расстояние от наиболее рыхлого электрона из ядра, которое всегда внешний электрон в основных элементах группы . Первые два фактора изменение эффективного заряда ядра наиболее рыхлый электрон чувствует. Поскольку внешний электрон щелочных металлов всегда чувствует тот же самый эффективный ядерный заряд (+1), единственный фактор , который влияет на первую энергию ионизации является расстоянием от внешнего электрона к ядру. Так как это расстояние увеличивается вниз группа, внешний электрон чувствует меньше притяжения от ядра и , таким образом, первая энергия ионизации уменьшается. (Эта тенденция нарушается в франции из - за релятивистскую стабилизацию и сжатие 7s орбиты, в результате чего валентного электрона франция ближе к ядру , чем можно было бы ожидать от нерелятивистских расчетов. Это делает внешний электрон франция чувствует больше притяжения от ядра, увеличивая его первая энергия ионизации чуть дальше , что цезий.)

Вторая энергия ионизации щелочных металлов значительно выше , чем первая , как второй-наиболее рыхлый электрон является частью полностью заполненной электронной оболочки , и, таким образом , трудно удалить.

Реактивность

Реакционная щелочных металлов увеличивают спускаясь группу. Это является результатом комбинации двух факторов: во - первых энергий ионизации и энергии атомизации щелочных металлов. Так как первая энергия ионизации щелочных металлов уменьшается вниз группа, это легче внешний электрон должны быть удален из атома и участвует в химических реакциях , тем самым увеличивая реактивность вниз по группе. Распыление энергия измеряет прочность металлической связи элемента, который падает вниз группу , как атомы увеличение радиуса и , таким образом , металлическая связь должна возрастать по длине, что делают делокализованные электроны дальше от притяжения ядер тяжелее щелочные металлы. Добавление энергий ионизации атомизации и первые дает количество тесно связаны с (но не равен) энергия активации реакции щелочного металла с другим веществом. Эта величина уменьшается спускаясь группой, и так же энергия активации; Таким образом, химические реакции могут происходить быстрее и реакционная способность возрастает вниз по группе.

Электроотрицательность

Изменение Полинга электроотрицательность (Y-ось) как один спускается на основные группы таблицы Менделеева от второго до шестого периода

Электроотрицательность является химическим свойством , которое описывает тенденцию к атому или функциональной группы , чтобы привлечь электроны (или плотность электронов ) по направлению к себе. Если связь между натрием и хлором в хлориде натрия были ковалентными , пара общих электронов будет притягиваться к хлору , так как эффективный заряд ядра на внешних электронах в хлоре +7 , но только +1 в натрии. Пара электронов притягивается так близко к атому хлора , что они практически переданы к атому хлора (AN ионной связи ). Однако, если атом натрия был заменен на атом лития, то электроны не будут привлечены как можно ближе к атому хлора , как и раньше , так как атом лития меньше, что делает электронную пару сильнее притягивается к ближе эффективного заряда ядра от лития. Таким образом, более крупные атомы щелочных металлов (далее вниз по группе) будут меньше электроотрицательными , как пара склеивания менее сильно привлекают к ним. Как упоминалось ранее, франций , как ожидается, будет исключением.

Из-за более высокой электроотрицательности лития, некоторые из его соединений имеют более ковалентный характер. Так , например, иодид лития ( Li I ) растворяется в органических растворителях , свойство большинства ковалентных соединений. Фторида лития (Li F ) является единственным галогенидом щелочного металла , который не растворяется в воде, и гидроксид лития (Li ОН ) является единственным гидроксидом щелочного металла , который не гигроскопичен .

Температуры плавления и кипения

Температура плавления вещества является точкой , в которой он изменяет состояние из твердого вещества в жидкость , в то время как температура кипения вещества (в жидком состоянии) является точкой , в которой давление паров жидкости равно давление на окружающую среду , окружающее жидкость и всю жидкость изменяет свое состояние на газ . В качестве металла нагревают до его температуры плавления, то металлические связи сохраняя атомы в месте ослабить таким образом , что атомы могут перемещаться, и металлические связи в конечном итоге сломать полностью в точке кипения металла. Таким образом, падение температуры плавления и кипения щелочных металлов показывают , что прочность металлических связей щелочных металлов уменьшается вниз группу. Это потому , что атомы металла удерживается вместе с помощью электромагнитного притяжения от положительных ионов к делокализованным электронам. Поскольку атомы увеличиваются в размерах идут вниз группу (из - за их атомный радиус увеличивается), ядра ионов двигаться дальше от делокализованных электронов и , следовательно , металлическая связь становится более слабой , так что металл может легко расплавиться и кипение, тем самым снижая плавления и кипения. (Увеличенный заряд ядра не является релевантным фактором из - за эффекта экранирования.)

плотность

Щелочные металлы имеют одинаковую кристаллическую структуру ( объемно-центрированные кубические ) и , таким образом , единственные соответствующие факторы являются количеством атомов , которые могут поместиться в определенный объем и массу одного из атомов, так как плотность определяются как масса на единицу объем. Первый фактор зависит от объема атома и , таким образом , атомный радиус, который увеличивает спускаясь группы; Таким образом, объем щелочного металла увеличивается атомов , идущих вниз группу. Масса атома щелочного металла также увеличивает спускаясь группой. Таким образом, тенденция для плотностей щелочных металлов зависит от их атомных весов и атомных радиусов; если показатели этих двух факторов , как известно, соотношение между плотностью щелочных металлов , то может быть вычислена. Результирующая тенденция такова , что плотность щелочных металлов увеличивают вниз по таблице, с исключением на калий. Благодаря имеющей самый низкий атомный вес и самый большой атомный радиус всех элементов в их периодах, щелочные металлы являются наименее плотные металлы в периодической таблице. Литий, натрий и калий является единственным три металлом в периодической таблице, которые менее плотные , чем вода: на самом деле, лития является наименее плотной известно в твердом состоянии при комнатной температуре .

соединений

Щелочные металлы образуют полную серию соединений со всеми обычно встречающимися анионами, которые хорошо иллюстрируют тенденцию группы. Эти соединения могут быть описаны как с участием щелочных металлов , проигрышные электроны видов акцепторные и образующие monopositive ионов. Это описание является наиболее точным для галогенидов щелочных металлов и становится все менее и менее точным , как катионные и анионным увеличение заряда, а также анион становится все больше и больше поляризующихся. Так , например, ионная связь уступает металлической связи вдоль ряда NaCl, Na 2 O, Na 2 S, Na 3 P, Na 3 As, Na 3 Sb, Na 3 Bi, Na.

гидроксиды

Внешнее видео
Реакции щелочных металлов с водой , проводимые The Open University
Большой оранжево-желтый взрыв
Реакция 3 фунтов (≈ 1,4 кг) натрия с водой

Все щелочные металлы энергично реагируют или взрывообразно с холодной водой, производя водный раствор из сильно основного щелочного металла гидроксида и высвобождение газообразного водорода. Эта реакция становится более энергичной идет вниз к группе: лития устойчиво реагирует с вскипаешь , но натрий и калий могут воспламеняться и рубидий и цезий тонет в воде и генерировать газообразный водород так быстро , что ударные волны образуют в воде , которые могут разрушить стеклянные контейнеры. При щелочной металл упал в воду, она производит взрыв, из которых есть две отдельные стадии. Металл реагирует с водой , во- первых, нарушая водородных связей в воде и получения водорода газа; это происходит быстрее для более реакционноспособных более тяжелых щелочных металлов. Во- вторых, тепло , генерируемое в первой части реакции часто зажигает газообразного водорода, в результате чего он , чтобы сжечь взрывообразно в окружающий воздух. Этот вторичный газообразный водород взрыв создает видимое пламя над миской воды, озера или другого водоема, а не начальная реакция металла с водой (которая имеет тенденцию происходить главным образом под водой). Гидроксиды щелочных металлов являются наиболее известными основными гидроксидами.

Недавние исследования показали , что взрывное поведение щелочных металлов в воде приводится в движение с помощью кулоновского взрыва , а не исключительно за счет быстрой генерации самого водорода. Все щелочные металлы в расплаве как часть реакции с водой. Молекулы воды ионизируют голую металлическую поверхность жидкого металла, в результате чего положительно заряженную поверхность металла и отрицательно заряженные ионы воды. Притяжение между заряженными ионами металлов и воды будет быстро увеличить площадь поверхности, что приводит к экспоненциальному увеличению ионизации. Когда силы отталкивания внутри металлической поверхности жидкости превышает силы поверхностного натяжения, она энергично взрывается.

Сами гидроксидами являются самым основными гидроксидами известных, реакции с кислотами с получением соли и спиртами с получением олигомерных алкоксидов . Они легко вступают в реакцию с диоксидом углерода с образованием карбонаты или бикарбонаты , или с сульфидом водорода с образованием сульфидов или bisulfides , и может быть использована для выделения тиолов из нефти. Они реагируют с амфотерными оксидами: например, оксиды алюминия , цинка , олова , и ведут реакцию с гидроксидами щелочных металлов с получением алюминатов, цинкатов, станнатов и plumbates. Диоксид кремния является кислым, и , таким образом, гидроксиды щелочных металлов , также могут атаковать силикатное стекло .

интерметаллических соединений

Жидкий сплав NaK при комнатной температуре

Щелочные металлы образуют множество интерметаллических соединений друг с другом и элементами из групп 2 до 13 в периодической таблице различной стехиометрии, такие как натрий амальгама с ртутью , в том числе Na 5 Hg 8 и Na 3 Hg. Некоторые из них имеют ионные характеристики: принимая сплавы с золотом , наиболее электроотрицательными металлами, в качестве примера, НААУ и Кау металлического, но и RbAu CsAu являются полупроводниками. NaK представляет собой сплав натрия и калия , который является очень полезным , потому что он находится в жидком состоянии при комнатной температуре, хотя меры предосторожности должны быть приняты из - за его крайней реактивности по отношению к воде и воздуху. Эвтектическая смесь плавится при -12.6 ° С. Сплав 41% цезия, 47% натрия и 12% калия имеет самую низкую температуру плавления , известную из любого металла или сплава, -78 & deg ; С.

Соединения с элементами группы 13

Интерметаллические соединения щелочных металлов с более тяжелым 13 -й группой элементами ( алюминий , галлий , индий и таллий ), такие как Natl, являются плохими проводниками или полупроводниками , в отличии от обычных сплавов с предшествующими элементами, подразумевая , что щелочной металл участвует имеет потерял электрон к анионы Цинтля участвующих. Тем не менее, в то время как элементы в группе 14 и за ее пределами , как правило, образуют кластеры дискретных анионные, группа 13 элементов имеют тенденцию образовывать полимерные ионы с катионами щелочных металлов , расположенных между гигантской ионной решеткой. Например, Natl состоит из полимерного аниона (-tl - -) п с ковалентным алмазом кубической структурой с Na + ионами , расположенных между анионной решеткой. Более крупные щелочные металлы не могут соответствовать аналогичным в анионную решетку и , как правило , чтобы заставить более тяжелые группы 13 элементов с образованием анионных кластеров.

Бор является частным случаем, будучи единственным неметалла в группе 13. щелочного металла бориды , как правило, бор богатых, с участием заметного бора-бора связывание с участием deltahedral структур, а также термически нестабильным из - за щелочные металлы , имеющие очень высокое давление паров при повышенных температурах. Это делает прямой синтез проблематичным , так как щелочные металлы не реагируют с бором ниже 700 ° C, и , таким образом это должно быть достигнуто в герметичных контейнерах с щелочным металлом в избытке. Кроме того, исключительно в этой группе, реакционная способность с бором уменьшается вниз группа: литий полностью реагирует при 700 ° С, но натрия при 900 ° С и калием не до 1200 ° С, и реакция мгновенно лития , но занимает несколько часов для калия. Рубидий и цезий бориды даже не были охарактеризованы. Различные фазы известны, например, LiB 10 , NaB 6 , NaB 15 и КБ 6 . Под высокого давлением бора-бор склеивание в литии бориды изменений из следующих правил Уэйда к формированию Zintl анионов , как остальные групп 13.

Соединения с группой 14 элементов

Боковые (слева) и сверху (справа) вид на графитовых интеркаляциях соединения KC 8

Литий и натрий реагирует с углеродом с образованием ацетиленидов , Li 2 C 2 и Na 2 C 2 , которые также могут быть получены в результате реакции металла с ацетиленом . Калий, рубидий и цезий вступает в реакцию с графитом ; их атомы интеркалированный между гексагональных графитовых слоев, образующих интеркалированных соединений графита формул MC 60 (темно - серый, почти черный), MC 48 (темно - серый, почти черный), MC 36 (голубой), MC 24 (стальной синий), и МС 8 (бронза) (М = К, Rb, Cs , или). Эти соединения являются более чем в 200 раз больше , чем электропроводящими чистый графит, предполагая , что валентность электроны щелочного металла переносятся в графитовых слои (например , М +
С -
8
). При нагревании KC 8 , устранение атомов калия приводит к конверсии в последовательности к KC 24 , KC 36 , KC 48 и , наконец , KC 60 . KC 8 является очень сильным восстановителем и пирофорен и взрывается при контакте с водой. В то время как более крупные щелочные металлы (K, Rb, Cs и) , первоначально образуют МС 8 , более мелкие , первоначально образуют МС 6 , а на самом деле они требуют реакций металлов с графитом при высоких температурах около 500 ° С с образованием. Кроме того, щелочные металлы являются такими сильными восстановителями , что они могут даже уменьшить бакминстерфуллерны для производства твердых фуллеридов М п C 60 ; натрий, калий, рубидий и цезий могут образовывать фуллериды , где п = 2, 3, 4, или 6, а также рубидий и цезий , дополнительно могут достигнуть п = 1.

Когда щелочные металлы реагируют с более тяжелых элементов в группе углерода ( кремний , германий , олово и свинец ), ионных веществ с клеткой-подобных структур , образованных, таких как силицидов М 4 Si , 4 (М = К, Rb, или Cs), который содержит M + и тетраэдрических Si , 4-
4
ионы. Химия щелочных металлов германидов , с участием германида ионов Ge 4- и другого кластера ( Zintl ) ионов , таких как Ge 2-
4
, Ge 4-
9
, Ge 2-
9
, и [(Ge 9 ) 2 ] 6- , является во многом аналогично соответствующим силицидов. Щелочные металлы станниды в основном ионные, иногда с станнидным ионом ( Sn 4- ), а иногда и с более сложными ионами Цинтля , такие как Sn 4-
9
, который появляется в тетракалия nonastannide (K 4 Sn , 9 ). Одноатомный плюмбид ион ( Pb 4- ) неизвестен, а на самом деле его формирование, по прогнозам, будет энергетически невыгодным; plumbides щелочных металлов имеют сложные ионы Zintl, такие как Pb 4-
9
. Эти германиды щелочных металлов, станниды, и plumbides могут быть получены восстановлением германия, олова и свинец с металлическим натрием в жидком аммиаке.

Нитриды и пниктиды

Элементарная ячейка мяча и пряник модель из нитрида лития . На основе размера а тетраэдрической структуры можно было бы ожидать, но это было бы геометрически невозможно: таким образом , лития нитрид берет на себя эту уникальную кристаллическую структуру.

Литий, самые легкий из щелочных металлов, является единственным щелочным металлом , который реагирует с азотом при стандартных условиях , и его нитрид является единственным стабильным нитридом щелочного металла. Азот является инертным газом из - за разрывом сильной тройной связи в диазоте молекуле (N 2 ) требует большого количество энергии. Формирование нитрида щелочного металла будет потреблять энергию ионизации щелочного металла (образуя М + ионы), энергию , требуемую , чтобы разорвать тройную связь в N 2 и образование N 3- ионов, и вся энергия высвобождается из формирование нитрида щелочного металла от энергии решетки нитрида щелочного металла. Энергия решетки максимизируются с малыми, высоко заряженными ионами; щелочные металлы не образуют высоко заряженные ионы, только образовывать ионы с зарядом +1, так что только литием, наималейшим щелочным металлом, может высвободить достаточно энергию решетки , чтобы сделать реакцию с азотом экзотермическим , образуя нитрид лития . Реакции других щелочных металлов с азотом не будут выпускать достаточное количество энергии решетки и, таким образом , быть эндотермическими , так что они не образуют нитриды при стандартных условиях. Нитрид натрия (Na 3 Н) и нитрид калия3 Н), в то время как существующие, крайне неустойчивы, будучи склонным к разлагающимся обратно в свои составные элементы, и не может быть получен путем взаимодействия элементов друг с другом при стандартных условиях. Стерическое препятствие запрещает существование рубидий или цезий нитрида. Тем не менее, натрий и калий форма бесцветных азидные солей , связанные с линейной N -
3
- анион; из - за большого размера катионов щелочных металлов, они являются термически достаточно стабильны , чтобы быть в состоянии расплава перед тем разлагать.

Все щелочные металлы легко реагируют с фосфором и мышьяком с образованием фосфидов и арсенидов с формулой M 3 Pn (где М представляет собой щелочной металл , и Р представляет собой пниктогеновый - фосфор, мышьяк, сурьму или висмут ). Это происходит из - за большего размера P 3- и , как 3- ионов, так что меньше энергии решетки должна быть выпущена для солей с образованием. Это не только фосфиды и арсениды щелочных металлов, например, калий имеет девять различных известные фосфидов, с формулами K 3 P, K 4 P 3 , К 5 Р 4 , КП, К 4 Р 6 , К 3 Р - , К 3 Р 11 , КП 10.3 и КП 15 . В то время как большинство металлов образуют арсениды, только щелочные и щелочно - земельные металлы образуют в основном ионные арсениды. Структура Na 3 As является сложным с необычно короткие расстояния Na-Na в 328-330 часов , которые короче , чем у металлического натрия, и это указывает на то, что даже с этими электроположительных металлов склеивание не может быть прямолинейно ионным. Другие щелочные металлы арсениды не соответствующая формула M 3 , которые известны, такие как LIAS, который имеет металлический блеск и электропроводность , указывающий на наличие некоторой металлической связи . В антимониды неустойчивы и реактивная как Sb , 3- ион является сильным восстановителем; реакция их с кислотами образуют токсичные и неустойчивый газ Стибин (SBH 3 ). Действительно, они имеют некоторые металлические свойства, а антимониды щелочных металлов стехиометрии MSb включают сурьму атомы , соединенные в спиральной структуре Zintl. Висмутиды даже не полностью ионные; они являются интерметаллическими соединениями , содержащих частично металлические и частично ионных связей.

Оксиды и халькогениды

Схема, шарико-палки показывает два регулярных октаэдров, которые соединены друг с другом посредством одной грани.  Все девять вершин структур являются фиолетовыми сферами, представляющих рубидий, и в центре каждого октаэдра небольшой красный шар, представляющий кислород.
Rb
9
вывода
2
кластер, состоящий из двух регулярныхоктаэдровсоединены другдругом посредством одной грани
Диаграмма шара и пряник показывает три регулярных октаэдров, где каждый октаэдр подключен к обеим другим, одно лицу каждому.  Все три октаэдры имеют одну общее ребро.  Все одиннадцать вершин структур являются фиолетовыми сферами, представляющих цезий, и в центре каждого октаэдра является небольшим красным шаром, представляющий кислород.
Cs
11
вывода
3
кластера, состоящий из трех регулярных октаэдровгде каждый октаэдр подключен к обеим другим одним лица каждому. Все три октаэдры имеют одну общее ребро.

Все щелочные металлы энергично реагируют с кислородом при стандартных условиях. Они образуют различные типы оксидов, такие как простые оксиды (содержащих О 2- ион), пероксиды (содержащих O 2-
2
иона, где есть одинарная связь между двумя атомами кислорода), надперекиси (содержащего O -
2
ион), и многие другие. Литий горит в воздухе с образованием оксида лития , натрия , но реагирует с кислородом с образованием смеси оксида натрия и перекиси натрия . Калий образует смесь пероксида калия и супероксид калия , в то время как рубидий и цезий образуют супероксид исключительно. Их реакционная способность возрастает спускающаяся группу: в то время как литий, натрий и калий просто сжигают в воздухе, рубидий и цезий пирофорные (самопроизвольно загореться в воздухе).

Чем меньше щелочных металлов , как правило, поляризуют большие анионы (пероксида и супероксида) из - за их малого размера. Это привлекает электроны в более сложных анионов по отношению к одной из его составных атомов кислорода, образуя оксид ион и атом кислорода. Это приводит к тому , чтобы сформировать литий оксид исключительно на реакции с кислородом при комнатной температуре. Этот эффект становится значительно слабее , для увеличения натрия и калия, что позволяет им образовывать менее стабильные пероксиды. Рубидий и цезий, в нижней части группы, настолько велики , что даже наименее стабильные супероксиды могут образовывать. Так как супероксид высвобождает большую энергию , когда формируется, супероксид преимущественно формируется для больших щелочных металлов , где более сложные анионы не поляризованы. (Оксиды и пероксиды для этих щелочных металлов существуют, но не образуют при непосредственном взаимодействии металла с кислородом при стандартных условиях.) Кроме того, небольшой размер Li + и О 2- ионов способствует их формирования стабильного ионная структура решетки. В контролируемых условиях, однако, все щелочные металлы, за исключением франция, как известно, образуют их оксиды, пероксиды, и надперекисей. Пероксиды щелочных металлов и супероксиды являются мощными окислителями . Пероксид натрия и супероксид калия вступает в реакцию с диоксидом углерода с образованием карбоната щелочного металла и газообразного кислорода, что позволяет использовать их в подводных очистителей воздуха; наличие паров воды , естественным образом присутствуют в дыхании, делает удаление диоксида углерода путем супероксида калия еще более эффективным. Все стабильные щелочные металлы , кроме лития могут образовывать красные озониды (MO 3 ) посредством низкотемпературной реакции порошкообразного безводного гидроксида с озоном : при озонидах могут быть затем экстрагируют с использованием жидкого аммиака . Они медленно разлагаются при стандартных условиях с надперекисями и кислородом, и гидролизовать немедленно гидроксиды при контакте с водой. Калий, рубидий и цезий также образуют полуторные окислы M 2 O 3 , который может быть лучше Рассмотренным пероксид disuperoxides, [(М +
)
4
2-
2
) (O -
2
)
2
]
.

Рубидий и цезий могут образовывать большое разнообразие субоксидов с металлами в формальной степени окисления ниже +1. Рубидий может образовывать Rb - O и Rb 9 O 2 (цвет медь) при окислении в воздухе, в то время как цезий образует огромное разнообразие оксидов, такие как Озонид CSO 3 и несколько ярких цветные субоксиды , такие как Cs 7 O (бронзы) , Cs 4 O (красно-фиолетовый), Cs 11 O 3 (фиолетовый), Cs 3 O (темно - зеленый), CSO, Cs 3 O 2 , а также Cs 7 O 2 . Последний из них может быть нагрета под вакуумом , чтобы генерировать Cs 2 O.

Щелочные металлы могут также реагировать аналогично с более тяжелыми халькогенами ( сера , селен , теллур и полоний ), и все халькогениды щелочных металлов известны (за исключением франция - х). Реакция с избытком халькогена может аналогичным образом приводит к снижению халькогенидов, с ионами халькогеном , содержащей цепочку атомов халькогена о которых идет речь. Так , например, натрий могут вступать в реакцию с серой с образованием сульфида ( Na 2 S ) и различные полисульфидов с формулой Na 2 S х ( х от 2 до 6), содержащий S 2-
х
ионов. Из - за основности Se 2- и Te 2- ионов, щелочные металлы , селениды и теллуриды являются щелочными в растворе; при взаимодействии непосредственно селена и теллура, polyselenides щелочных металлов и polytellurides образуются вместе с селенидов и теллуридов с Se 2-
х
и Те 2-
х
ионов. Они могут быть получены непосредственно из элементов в жидком аммиаке или когда воздух не присутствует, и бесцветные, растворимые в воде соединения , что воздух быстро окисляется обратно селена или теллура. В щелочных металлов polonides все ионные соединения , содержащие Ро 2- ион; они очень химически стабильными и могут быть получены путем непосредственной реакции элементов в пределах 300-400 ° С.

Галогенидов, гидридов и псевдогалогениды

Щелочные металлы являются одними из наиболее электроположительных элементов на периодической таблице , и , таким образом , как правило, скрепить ионный к наиболее электроотрицательным элементам на периодическую таблице, галогенах ( фтор , хлор , бром , йод , и астатин ), образующие солями , известные в качестве щелочи галогениды металлов. Реакция протекает очень энергично и иногда может привести к взрыву. Все двадцать стабильных галогениды щелочных металлов известны; неустойчивые из них не известны, за исключением astatide натрия, из-за большой нестабильности и редкости астатина и франция. Самый известный из двадцати, конечно , хлорид натрия , иначе известный как поваренная соль. Все стабильных галогениды щелочных металлов имеют формулу MX , где М представляет собой щелочной металл , а Х представляет собой галоген. Они все белые Ионные кристаллические твердые вещества, имеющие высокую температуру плавления. Все галогениды щелочных металлов растворимы в воде , за исключением фторида лития (LiF), который не растворит в воде из - за его очень высокой решеткой энтальпии . Высокая решетка энтальпия фторида литии происходит из - за небольшие размеры Li + и F - ионы, в результате чего электростатических взаимодействий между ними должны быть сильными: подобный эффект имеет место для фторида магния , в соответствии с диагональной взаимосвязью между литием и магнием.

Щелочные металлы также реагируют аналогичным образом с водородом с образованием ионных гидридов щелочных металлов, где гидрид анион действует как псевдогалоид : они часто используются в качестве восстановителей, производя гидриды, сложные гидриды металлов, или газообразный водород. Другие псевдогалогениды также известны, в частности цианиды . Они изоструктурны соответствующих галогенидов за исключением цианистого лития , что свидетельствует о том , что ионы цианидов может свободно вращаться. Тройные щелочные оксиды металлов галогенидов, такие как Na 3 ClO, K 3 BrO (желтый), Na 4 Br 2 O, Na 4 я 2 O, K и 4 Br 2 O, также известны. В полигалогенидах весьма неустойчивы, хотя те из рубидия и цезия значительно стабилизированы слабой поляризующей силой этих чрезвычайно больших катионов.

Координационные комплексы

18-краун-6 координации иона калия
Структура 2.2.2-криптанда инкапсулирования катион калия (фиолетовый). В кристаллическом состоянии, полученные с помощью дифракции рентгеновских лучей.

Катионы щелочных металлов , как правило , не образуют координационные комплексы с простыми основаниями Льюиса из - за их низкий заряд только +1 и их относительно большого размера; таким образом, Li + ион образует большинство комплексов и более тяжелые ионы щелочных металлов образуют меньше и меньше (хотя исключения возникают при слабых комплексах). Литий , в частности , имеет очень богатую координационную химию , в которой он проявляет координационные числа от 1 до 12, хотя октаэдрический hexacoordination является предпочтительным способом. В водном растворе , ионы щелочных металлов , такие , как октаэдрические гексагидрата комплексы ([М (Н 2 О) 6 )] + ), за исключением литиевого иона, который из - за его малый размером образует тетраэдрический тетрагидрат комплексы ([Li (H 2 O) 4 )] + ); щелочные металлы образуют эти комплексы , потому что их ионы притягиваются под действием электростатических сил притяжения к полярным молекулам воды. Из - за этого, безводные соли , содержащие катионы щелочных металлов часто используются в качестве осушителей . Щелочные металлы также легко образуют комплексы с краун - эфиров (например , 12-краун-4 для Li + , 15-краун-5 для Na + , 18-краун-6 для K + , и 21-краун-7 для Rb + ) и криптандов за счет электростатического притяжения.

Аммиак решения

Щелочные металлы медленно растворяются в жидком аммиаке , образуя аммиачные растворы сольватированных М + и е - , которые вступают в реакцию с образованием газообразного водорода , и щелочной металл амида (MNH 2 , где М представляет собой щелочной металл): это было впервые отмечено Гемфри Дэви в 1809 году и заново открыт В. Вейль в 1864. Этого процесс может быть ускорен путем катализатором . Подобные растворы образуются при тяжелых двухвалентных щелочноземельных металлов кальция , стронция , бария , а также двухвалентного лантаноидов , европия и иттербия . Амида соль весьма нерастворима и легко выпадает в осадок из раствора, в результате чего интенсивно окрашенных растворов аммиака щелочных металлов. В 1907 году Чарльз Krause определили цвет как в связи с наличием сольватированных электронов , которые способствуют высокой электропроводности этих растворов. При низких концентрациях (ниже 3 м), раствор темно - синем и имеет десять раз проводимости водного хлорида натрия ; при более высоких концентрациях (выше 3 М), раствор медного цвета и имеет приблизительно проводимость жидких металлов , таких как ртуть . В дополнении к металлическим амидной соли щелочной и сольватированным электронам, такие растворы аммиака также содержат катион щелочного металла (М + ), нейтральный атом щелочного металла (М), двухатомные молекулы щелочных металлов (M 2 ) и анионы щелочных металлов (M - ). Они нестабильны и в конечном итоге стать более термодинамически стабильной щелочного металла амида и газообразного водорода. Сольватированные электроны являются мощными восстанавливающими агентами и часто используются в химическом синтезе.

Металлоорганическая

литийорганические

Структура октаэдрических н - бутиллития гексамеры, (С 4 Н 9 Li) 6 . Эти агрегаты удерживаются вместе делокализованных ковалентных связей между литием и терминальным углеродом бутилового цепи. Там нет прямого связывания лития-литии в любом литийорганическом соединении.
Твердые фениллития формы моноклинная кристаллы может быть описана как состоящие из димерного Li 2 ( C 6 H 5 ) 2 субъединиц. Атомы лития и IPSO атомы углерода фенильного кольца образуют плоский четыре-членное кольцо. Плоскость фенильных групп перпендикулярна к плоскости этой Li 2 C 2 кольца. Дополнительное сильное межмолекулярное связывание происходит между этими фениллитиями димерами и п электронами фенильных групп в соседних димерах, что приводит к бесконечной полимерной структуре лестницы.

Будучи наименьшим щелочного металла, литий образует самые разнообразные и наиболее устойчивые металлоорганические соединения , которые ковалентно св занные. Литийорганические соединения являются электрически непроводящего летучие твердые вещества или жидкости , которые плавятся при низких температурах, а также имеют тенденцию к образованию олигомеров со структурой (РЛИ) X , где R представляет собой органическую группу. По мере того как электроположительна природа литии ставит большую часть плотности заряда облигации на атоме углерода, эффективно создавая карбанион , литийорганическое соединение являются чрезвычайно мощными основаниями и нуклеофилами . Для использования в качестве оснований, butyllithiums часто используются и являются коммерчески доступными. Пример литийорганического соединения является метиллития ((СНО 3 Li) х ), который существует в тетрамерном ( х = 4, четырехгранном) и гексамерной ( х = 6, октаэдрической) форма. Литийорганические соединения, особенно н - бутиллития, являются полезными реагентами в органическом синтезе, как можно было бы ожидать диагональные отношения , приведенных литиевых с магнием, который играет важную роль в реакции Гриньяра . Так , например, алкиллитие и aryllithiums могут быть использованы для синтеза альдегидов и кетонов с помощью реакции с металлическими карбонилами . Реакция с тетракарбонилом никеля , например, протекает через неустойчивый комплекс карбонила никеля ацила , который затем подвергается электрофильное замещению , чтобы дать желаемый альдегид (используя H + в качестве электрофильного) или кетона ( с использованием галогенида алкила) продукта.

LiR + [Ni (CO) 4 ] -CO   Li + [RCONi (СО) 3 ] -
Li + [RCONi (СО) 3 ] - H +растворитель Li + + RCHO + [(растворитель) Ni (CO) 3 ]
Li + [RCONi (СО) 3 ] - R'Br растворитель Li + + R'COR + [(растворитель) Ni (CO) 3 ]

Алкиллития и aryllithiums может также реагировать с N , N -дизамещенных амидой , чтобы дать альдегиды и кетоны, и симметричные кетоны пути взаимодействия с монооксидом углерода . Они термически разлагают , чтобы устранить бета-водорода, производя алкенов и гидрид лития : другой маршрут является реакцией эфиров с алкил- и aryllithiums , которые действуют как сильные основания. В неполярных растворителях, aryllithiums реагируют как карбанионы они эффективно являются, превращая двуокись углерода в ароматические карбоновые кислоты (ARCO 2 Н) и арильные кетоны к третичным карбинолам (Ar» 2 C (Ar) ОН). И, наконец, они могут быть использованы для синтеза других металлоорганических соединений путем обмена металл-галоген.

Более тяжелые щелочные металлы

В отличии от литийорганических соединений, металлоорганические соединения тяжелых щелочных металлов являются преимущественно ионными. Применение organosodium соединений в химии ограниченно отчасти из - за конкуренции со стороны литийорганических соединений , которые являются коммерчески доступными и демонстрируют более удобные реакционную способность . Основной organosodium соединение коммерческого значения является циклопентадиенилнатриями . Тетрафенилборат натрия , также может быть классифицирован как organosodium соединение , так как в твердом состоянии натрия связан с арильными группами. Металлоорганические соединения высших щелочных металлов являются еще более реакционноспособными , чем organosodium соединений и ограниченной полезности. Заметный реагент является базой Шлоссера , смесь н - бутиллитий и калий трет - бутоксид . Этот реагент вступает в реакцию с пропиленом с образованием соединения allylpotassium (КЧ 2 СНСНО 2 ). цис - 2-бутена и транс - 2-бутена уравновешивания при контакте с щелочными металлами. В то время как изомеризация быстро с литием и натрием, она медленно с более тяжелыми щелочными металлами. Более тяжелые щелочные металлы также способствуют стерический перегруженной конформации. Некоторые кристаллические структуры соединений organopotassium сообщалось, установив , что они, как и натриевые соединения, полимерные. Organosodium, organopotassium, organorubidium и organocaesium соединение является все в основном ионными и нерастворимы (или почти) в неполярных растворителях.

Алкил и арил производные натрия и калия , как правило, вступает в реакцию с воздухом. Они вызывают расщепление эфиров , алкоголятов генерации. В отличии от алкиллитиевых соединений, alkylsodiums и alkylpotassiums не может быть получено взаимодействием металлов с алкилгалогенидами , поскольку Вюрец муфта происходит:

RM + R'x → R-R»+ MX

Как таковой, они должны быть получены взаимодействием alkylmercury соединений с натрием или калием металлом в инертных углеводородных растворителях. В то время как methylsodium образует тетрамеры , как метиллитий, methylpotassium более ионных и имеет арсенида никеля структуру с дискретными метильных анионов и катионов калия.

Щелочные металлы и их гидриды вступают в реакцию с кислотными углеводороды, например , циклопентадиены и терминальных алкинов, чтобы дать соли. Жидкий аммиак, эфир, или углеводородные растворители используют, наиболее распространенным из которых является тетрагидрофуран . Наиболее важные из этих соединений являются циклопентадиенилнатрии , NAC 5 Н 5 , является важным предшественником многих производными циклопентадиенильного переходных металлов. Кроме того , щелочные металлы реагируют с циклооктатетраен в тетрагидрофуране с получением щелочных металлов cyclooctatetraenides ; например, дикалий cyclooctatetraenide2 С 8 Н 8 ) является важным предшественником многих производных металлов циклооктатетраенил, таких как uranocene . Большие и очень слабо поляризационные катионы щелочных металлов могут стабилизировать большие, ароматические, поляризующиеся радикальные анионы, такие как темно-зеленый нафталенид натрия , Na +10 Н 8 •] - , сильный восстановитель.

расширения

Эмпирические (Na-Cs, Mg-Ра) и предсказал (ПТ-UHP, UBN-Гм) атомный радиус щелочных и щелочноземельных металлов от третьего до девятого периода , измеренное в ангстремах

Несмотря на то, франций это самый тяжелый щелочной металл , который был обнаружен, был достигнут некоторый теоретические работы предсказывают физические и химические характеристики гипотетических тяжелых щелочных металлов. Будучи в первый период 8 элемента , неоткрытый элемент унуненнего (элемент 119), по прогнозам, будут следующим щелочным металлом после того, как франция и вести себя так же, как их более легкие сородич ; Однако, это также предсказано , отличается от более легких щелочных металлов в некоторых свойствах. Ее химический предсказывается , чтобы быть ближе к тому , что калия или рубидия вместо цезия или франция. Это необычно , как периодические тенденции , игнорируя релятивистские эффекты предсказать , унуненний быть еще более активным , чем цезий и. Это снижена реакционная способность обусловлена релятивистской стабилизации валентного электрона унуненний, увеличивая энергию ионизации первого унуненний и уменьшения металлических и ионных радиусов ; этот эффект уже виден на франция. Это предполагает , что унуненний будет вести себя химически как щелочной металл, который, хотя , вероятно, не может быть истинным из - за релятивистские эффекты. Релятивистская стабилизация 8s орбитальный также увеличивает унуненнее в сродство к электрону далеко за пределами , что цезий и франции; на самом деле, унуненний , как ожидается, имеет сродство к электрону выше всех щелочные металлов легче , чем это. Релятивистские эффекты также вызывают очень большое падение поляризуемости в унуненний. С другой стороны, унуненний прогнозируется продолжение тенденции точек плавления убывающими идет вниз группу, будучи , как ожидается, иметь температуру плавления в диапазоне от 0 ° C до 30 ° C.

Эмпирические (Na-ПТ) и предсказал (Ууэ) сродство к электрону щелочных металлов с третьего до восьмого периода , измеряется в электрон - вольт

Стабилизации валентного электрона унуненнего и , таким образом, сжатие 8s орбитальной причины его атомный радиус , чтобы быть снижен до 240  часов , очень близко к тому , что рубидию (247 мкм), так что химия унуненнего в состоянии +1 окисления должна быть больше похожа на химию рубидия , чем к франция. С другой стороны, ионный радиус Ууэ + ион по прогнозам, будет больше , чем у Rb + , так как 7P орбиталь дестабилизируется , и, таким образом , больше , чем р-орбитали нижних оболочек. Унуненний может также показать +3 , степень окисления , которое не видно на какой - либо другой щелочной металл, в дополнение к состоянию по +1 к окислению , что характерно для других щелочных металлов , а также основной степень окисления всех известных щелочных металлов: это из - за дестабилизации и расширения 7р- 3/2 спинором, в результате чего его внешние электроны имеют более низкую энергию ионизации , чем то , что было бы в противном случае следует ожидать. Действительно, многие унуненнее соединение должно иметь большой ковалентный характер, в связи с привлечением 7ра 3/2 электронов в связывании.

Эмпирические (Na-Fr, Mg-Ра) и предсказал (Ууэ-UHP, UBN-Гм) энергия ионизации щелочных и щелочноземельных металлов с третьего по девятый период, измеряется в электрон-вольт

Не так много работы было сделано предсказание свойств щелочных металлов за пределами унуненний. Несмотря на то, простую экстраполяцию таблицы Менделеева поставит элемент 169, unhexennium, под унуненним, расчеты Дирак-Фок предсказывают , что следующий щелочной металл после того, как унуненний может фактически быть элементом 165, unhexpentium, который предсказал , чтобы иметь электронную конфигурацию [Ог] 5g 18 6f 14 7d 10 8s 2 8p 1/2 2 9s 1 . Кроме того, этот элемент будет промежуточным соединением в свойствах между щелочным металлом и элементом группы 11 , и в то время его физическое и свойство атома будет ближе к первому, его химическому составу может быть ближе к последнему. Дальнейшие расчеты показывают , что unhexpentium будет следовать тенденциям увеличения энергии ионизации за пределами цезия, имеющей энергию ионизации , сравнимую с натрием, и что он должен также продолжить тенденцию уменьшения атомных радиусов за пределами цезия, имеющей атомный радиус , сравнимый с калием , Тем не менее, 7d электроны unhexpentium могут также иметь возможность участвовать в химических реакциях наряду с 9s электроном, возможно , позволяя состояние окисления за пределами +1, откуда вероятного поведение переходного металла unhexpentium. Из щелочных и щелочноземельных металлов , причем оба с-блочных элементов, эти предсказания для тенденций и свойств унуненний и unhexpentium также в основном провести совершенно аналогично для соответствующих щелочно - земельных металлов унбинилий (UBN) и unhexhexium (гм).

Предполагаемые свойства дальнейших щелочных металлов за пределами unhexpentium не были исследованы еще в 2015 году; на самом деле, есть подозрение , что они могут быть не в состоянии существовать. В периоды 8 и выше периодической таблицы, релятивистские и оболочки-структуры эффекты становятся настолько сильными , что экстраполяция из более легких соединений становятся полностью неточными. Кроме того, релятивистские и оболочки-структуры эффекты (которые стабилизируют S-орбитали и дестабилизировать и расширить d-, f-, и г-орбиталей высших оболочек) имеют противоположные эффекты, вызывая еще большую разницу между релятивистской и нерелятивистской расчеты свойств элементов с такими высокими атомными номерами. Интерес к химическим свойствам унуненнего и unhexpentium проистекает из того факта , что оба элемента расположены близко к ожидаемым местам островов стабильностей , центрированных на элементах 122 ( 306 UBB) и 164 ( 482 UHQ).

Псевдо-щелочные металлы

Многие другие вещества аналогичны щелочные металлы в их склонности к образованию monopositive катионов. Аналогично к псевдогалогенам , они иногда называют «псевдо-щелочных металлами». Эти вещества включают в себя некоторые элементы и многие другие многоатомные ионы ; многоатомные ионы особенно похожи на щелочные металлы в их больших размерах и слабую поляризационной мощность.

водород

Элемент водород , с одним электроном на нейтральный атом, как правило , размещаются в верхней части 1 -й группы периодической таблицы для удобства, но водород обычно не рассматриваются в качестве щелочного металла; когда оно рассматривается в качестве щелочного металла, именно из - за своих свойств атомов , а не его химических свойств. В типичных условиях, чистый водород существует в виде двухатомного газа , состоящего из двух атомов в молекуле (H 2 ); Однако щелочные металлы образуют только двухатомные молекулы (такие как дилития , Li 2 ) при высоких температурах, когда они находятся в газообразном состоянии.

Водород, как и щелочных металлов, имеет один валентный электрон и легко реагирует с галогенами , но заканчивается сходство из - за небольшого размера голого протона Н + по сравнению с катионами щелочных металлов. Ее размещение выше лития в первую очередь из - за его электронной конфигурации . Иногда ставятся выше углерод из - за их аналогичных электроотрицательность или фтор из - за их сходные химические свойства.

Первая энергия ионизации водорода (1312,0 кДж / моль ) значительно выше , чем у щелочных металлов. Как только один дополнительный электрон требуется для заполнения внешней оболочки атома водорода, водород часто ведет себя как галоген, образуя отрицательный гидрид - ион, и очень иногда считается галогеном на этой основе. (Щелочные металлы могут также образовывать отрицательные ионы, известные как alkalides , но это немного больше , чем лабораторные курьезы, будучи нестабильным.) Аргументом против этого размещения является то , что образование гидрида из водорода является эндотермическим, в отличии от экзотермического образования галогенидов из галоидов , Радиус H - анион также не соответствует тенденции увеличения размера спускаясь галогены: действительно, H - очень диффузный , поскольку его единственный протон не может легко контролировать оба электрона. Ожидалось , в течение некоторого времени , что жидкий водород будет показывать металлические свойства; в то время как это было показано , чтобы не быть в случае, при очень высоких давлениях , таких как те , что в ядрах Юпитера и Сатурна , водород действительно становится металлическим и ведет себя как щелочной металл; в этой фазе, он известен как металлический водород . Электрическое удельное сопротивление жидкого металлического водорода при 3000 K примерно равно , что жидкий рубидия и цезия при 2000 К при соответствующих давлениях , когда они испытывают переход неметалла-металл.

1s 1 электронная конфигурация атома водорода, в то время как внешне похожа на том , что из щелочных металлов (нс 1 ), является уникальной , поскольку нет 1p подоболочки. Следовательно , оно может потерять электрон с образованием Hydron H + , или получить один с образованием гидрида ионов H - . В первом случае она напоминает внешне щелочные металлы; в последнем случае, галогены, но различия в связи с отсутствием 1р субоболочки достаточно важны , чтобы ни одна из групп подходят свойство водорода хорошо. Группа 14 также хорошо подходит в терминах термодинамических свойств , такие как энергия ионизации и электронное сродство , но делает химический нонсенс , потому что водород не может быть четырехвалентным. Таким образом , ни один из трех размещений не являются полностью удовлетворительными, хотя группа 1 является наиболее распространенным размещения (если выбрано) , потому что Hydron на сегодняшний день является наиболее важным из всех видов одноатомных водорода, являясь основой кислотно-щелочной химии. В качестве примера неортодоксальных свойств водорода, вытекающих из его необычной электронной конфигурации и небольшого размера, ион водорода очень мал (радиус около 150  фмов по сравнению с размером 50-220 мкм большинства других атомов и ионов) и поэтому отсутствует в конденсированных системах кроме как в сочетании с другими атомами или молекулами. Действительно, перенос протонов между химическими веществами является основой кислотно-щелочной химии . Также уникальный является способностью водорода, чтобы сформировать водородные связи , которые являются следствием переноса заряда, электростатический , и электронно - корреляционных явлений , способствующими. В то время как аналогичные литиевые облигации также известны, они в основном электростатические. Тем не менее, водород может взять на одной и той же структурной роли щелочных металлов в некоторых молекулярных кристаллах, и имеет тесную связь с легчайших щелочных металлов (особенно лития).

Аммоний и его производные

Аналогично щелочные металлы, аммиак вступает в реакцию с соляной кислотой с образованием соли хлорида аммония .

Аммония ион ( NH +
4
) имеет очень похожие свойства тяжелых щелочных металлов, действуя в качестве щелочного металла промежуточным между калия и рубидия, и часто считается близким родственником. Например, большинство щелочных металлов соль является растворимой в воде, свойством которых доля соли аммония. Аммоний , как ожидается , вести себя стабильно как металл ( NH +
4
ионы в море делокализованных электронов) при очень высоких давлениях (хотя и менее , чем типичное давление , при котором переходы из изолирующего в металлическое поведение происходить вокруг, 100  ГПа ), и, возможно , происходит внутри ледяных гигантов Урана и Нептуна , которые могут оказать существенное влияние на их внутренних магнитных полей. Было подсчитано , что переход из смеси аммиака и дигидрофосфат молекул до металлического аммония может происходить при давлении , чуть ниже 25 ГПа. В стандартных условиях, аммоний может образовывать амальгаму с металлической ртутью.

Другие «псевдо-щелочные металлы» , включают алкиламмониевые катионы, в котором некоторые из атомов водорода в катионе аммония замещены алкильными или арильных группы. В частности, четвертичные аммониевые катионы ( NR +
4
) очень полезны , поскольку они постоянно заряжены, и они часто используются в качестве альтернативы дорогим Cs + , чтобы стабилизировать очень большой и очень легко поляризующихся анионы , такие как HI -
2
. Гидроксиды тетраалкиламмонии, например , гидроксиды щелочных металлов, являются очень сильными основаниями , которые вступают в реакцию с атмосферным диоксидом углерода с образованием карбонатов. Кроме того, атом азота может быть заменен фосфором, мышьяком или сурьма атомом (более тяжелая неметаллическая подгруппой азота ), создавая фосфонии ( РН +
4
) или арсони ( AsH +
4
) катион , который сам по себе может быть замещена аналогичным образом ; в то время как stibonium ( SBH +
4
) само по себе не известно, некоторые из его органических производных характеризуются.

Кобальтоцен и его производные

Кобальтоцена , Со (С 5 Н 5 ) 2 , представляет собой металлоцен , то кобальта аналог ферроцена . Это темно - фиолетовый твердый. Кобальтоцена имеет 19 валентных электронов, один больше , чем обычно встречается в металлических комплексов organotransition, например, его очень стабильным по отношению, ферроцена, в соответствии с правилом 18 электронов . Этот дополнительный электрон занимает орбитальный , который антисвязывающий относительно связей Со-С. Следовательно, многие химические реакции Co (С 5 Н 5 ) 2 характеризуется своей тенденцией потерять этот «лишний» электрон, что дает очень стабильный катион 18-электронов , известный как cobaltocenium. Многие соли cobaltocenium соосаждения с солями цезия и гидроксидом cobaltocenium является сильным основанием , которое поглощает атмосферный диоксид углерода с образованием карбоната cobaltocenium. Как и щелочных металлы, кобальтоцен является сильным восстановителем, и decamethylcobaltocene сильнее еще из - за комбинированный индуктивный эффект из десяти метильных групп. Кобальт может быть замещен его тяжелым конгенерами родием , чтобы дать родоцен , еще более сильный восстановитель. Iridocene (включая иридий ), предположительно , будет еще более мощным, но не очень хорошо изучена из - за его нестабильности.

таллий

Очень чистые таллия кусочки в стеклянной ампуле , хранящиеся под аргоном газа

Таллий является самым тяжелым стабильным элементом в группе 13 периодической таблицы. В нижней части таблицы Менделеева, то эффект инертного пара достаточно силен, из-за релятивистскую стабилизацию 6s орбитального и уменьшение энергии связи , как атомы увеличиваются в размерах , так что количество энергии , высвобождаемое при образовании еще две облигаций не стоит высокой энергии ионизации 6s электронов. Он отображает +1 состояние окисления , что весь известных металлы дисплей щелочи и соединение таллия с таллием в его +1 степени окисления близко напоминает соответствующее калиевое или серебро соединения стехиометрический из - за аналогичные ионные радиусы в Tl + (164  м ), К + (152 мкм) и Ag + ионы (129 мкм). Это иногда считается щелочной металл в континентальной Европе (но не в Англии) в годы сразу же после его открытия, и был помещен только после того, как цезий в качестве шестого щелочного металла в Д. И. Менделеева «с 1869 г. периодической таблицы и Юлий Лотар Мейер » ы 1 868 периодическая таблица. (1871 г. периодической таблицы Менделеева , и 1870 таблица Менделеева Майера поставили таллий в его текущем положении в группе боры и оставляли пространство ниже заготовки цезия.) Однако, таллий также отображает состояние окисления +3, который не известны дисплеями щелочных металлов (хотя унуненние, неоткрытых седьмой щелочной металл, по прогнозам, возможно , отображать состояние окисления +3). Шестой щелочной металл в настоящее время считается францием. В то время как Tl + стабилизируется за счет инертного пара эффекта, этот инертный пара 6s электронов все еще в состоянии химически участвовать, так что эти электроны стереохимически активны в водном растворе. Кроме того, таллий галогениды ( за исключением TLF ) весьма нерастворима в воде, и ИТ имеет необычную конструкцию из-за присутствие стереохимический активной пару в инертном таллии.

Медь, серебро и золото

Кристалл медно-цветной металл минерала стоя на белой поверхности
медь
Кристалл серебристого кристалла металла, лежащий на серую поверхность
Серебряный
Кристалл желтого металла, лежащих на белой поверхности
Золото

В группе 11 металлов (или чеканки металлы), медь , серебра и золото , как правило , классифицируются как переходные металлы , приведенных они могут образовывать ионы с неполными й-оболочками. Физически, они имеют относительно низкие точки плавления и высокие значения электроотрицательности , связанные с пост-переходных металлов . «Заполненный д подоболочка и свободный с электроном Cu, Ag и Au способствуют их высокой электропроводности и теплопроводности. Переходным металлы слева от группы 11 опыта взаимодействия между з электронами и частично заполненным д подоболочкой , что более низкой подвижностью электронов.» Химически, группа 11 металлов ведут себя как основные металлы группы в их +1 валентных состояниях, и , следовательно , несколько связанных с щелочными металлами: это одна из причин их ранее помечены как «IB группы», распараллеливание щелочных металлов " группа IA». Они иногда классифицируются как пост-переходных металлов. Их спектры аналогичны свойствам щелочных металлов. Их monopositive ионы парамагнитные и не вносят никакого цвета в их соль, как таковые из щелочных металлов.

В 1871 году периодической таблицы, меди, серебра, золота и Менделеева, перечислены дважды, один раз под группы VIII (с триады железа и металлов платиновой группы ), и один раз под группы IB. Группа IB была тем не менее , в скобки отметить , что это условно. Основным критерием Менделеева для назначения группы было максимальное состояние окисления элемента: на этой основе, группа 11 элементов не могут быть отнесены к группе IB, из - за наличия меди (II) и золота (III) , соединения , которые известны в том , что время. Тем не менее, устраняя группы IB бы группа I единственной основной группа (группы VIII , был обозначен переходной группа), отсутствие A-B бифуркации. Вскоре после этого, большинство химиков решило классифицировать эти элементы в группе IB и удалить их из группы VIII в результате симметрии: это было преобладающая классификация до возникновения современной средней длиной 18-колонки таблицы Менделеева, которая отделена щелочь металлы и группы 11 металлов.

Чеканка металлы традиционно рассматриваются как подразделение группы щелочных металлов, из - за их совместным характеристическую с 1 электронной конфигурацией щелочных металлов (группа 1: р 6 с 1 ; группа 11: д 10 с 1 ). Однако сходство в значительной степени ограничивается стехиометрии от +1 соединений обоих групп, а не их химические свойства. Это вытекает из заполненных д подоболочка обеспечивает гораздо более слабое экранирующее воздействие на электроне с внешним , чем заполненным р подоболочка, так что чеканки металлы имеют гораздо более высокую энергию ионизации первой и меньшие , чем ионные радиусы делают соответствующие щелочные металлы. Кроме того, они имеют более высокие температуры плавления, твердость и плотность, а также более низкие и реакционную способность растворимость в жидком аммиаке , а также имеющие более ковалентный характер в их соединениях. Наконец, щелочные металлы находятся в верхней части электрохимической серии , в то время как чеканка металлы являются почти в самом низу. Чеканок металлы за заполненный д оболочка значительно легче , чем нарушаются щелочные металлы , заполненных р - оболочка, так что вторая и третья энергия ионизации ниже, что позволяет более высокие степени окисления , чем +1 и богаче координационную химию, таким образом давая группу 11 металлы ясно , переходный металл характер. Особо следует отметить золото образуя ионные соединения с рубидия и цезия, в котором она образует auride ион (Au - ) , который также происходит в сольватированной форме в растворе жидкого аммиака: здесь золото ведет себя как псевдогалоген , потому что его 5d 10 6s 1 конфигурация имеет один электрон меньше , чем квази-замкнутая оболочка 5d 10 6s 2 конфигурации ртути .

Производство и выделение

alt1
alt2
Соль квартиры богаты литием, такие как они в Салар - дель - Hombre Муерто, Аргентина (слева) и Уюни , Боливия (справа). Литий-богатый рассол концентрируют путем откачки его в солнечные пруды испарения (видимые в Аргентине изображении).

Получение чистых щелочных металлов несколько усложняется из - за их чрезвычайной реактивности с обычно используемыми веществами, такими как вода. Из их силикатных руд, все стабильные щелочные металлы могут быть получены таким же образом: серная кислота сначала используется для растворения желаемого иона щелочного металла и алюминий ионов (III) из руды (выщелачивания), в результате чего основные осадки удаляют ионы алюминия из смесь путем осаждения его в качестве гидроксида . Остальной нерастворим щелочной металл карбонат затем осаждает избирательно; соль затем растворяли в соляной кислоте с получением хлорида. Результат затем испариться и щелочной металл , а затем может быть выделен. Литий и натрий , как правило , изолированы путем электролиза из их жидких хлоридов, с хлоридом кальция , как правило , добавляют , чтобы понизить температуру плавления смеси. Более тяжелые щелочные металлы, однако, более типично изолированы различным способ, где восстанавливающий агент ( как правило , натрий для калия и магния или кальция для тяжелых щелочных металлов) используется для уменьшения хлорида щелочного металла. Жидкий или газообразный продукт (щелочной металл) затем подвергает фракционную перегонку для очистки. Большинство маршрутов в чистых щелочных металлов требуют использования электролиза из - за их высокой реакционной способности ; один из немногих , который не делает это пиролиз соответствующего щелочного металла азида , что дает металл для натрия, калия, рубидия и цезия и нитрида для лития.

Соли лития должны быть извлечены из воды минеральных источников , рассола бассейнов и насыщенным раствором соли отложений. Металл получают электролитический из смеси плавленого хлорида лития и хлорида калия .

Натрия происходит в основном в морской воде и сушат морском дне , но в настоящее время производится путем электролиза из хлорида натрия путем снижения температуры плавления вещества до температуры ниже 700 ° С за счет использования в клетке Downs . Исключительно чистый натрий может быть получен путем термического разложения азида натрия . Калий происходит во многих минералах, такие как сильвин ( хлорид калия ). Ранее, калий обычно изготавливают из электролиза хлорида калия или гидроксида калия , нашел широко в таких местах, как Канада, Россия, Беларусь, Германия, Израиль, США и Иордании, в способе аналогично тому , как натрий был произведен в конце 1800 - х и начале 1900 - х годов. Он также может быть получен из морской воды . Однако, эти методы являются проблематичными , поскольку , как правило , металлический калий растворяется в его расплавленного хлорида и значительно испаряется при рабочих температурах, потенциально образующих взрывоопасную супероксида. В результате металл чистого калия в настоящее время получают восстановлением расплавленного хлорида калия с металлом натрия при 850 ° С.

Na (г) + KCl (л) ⇌ NaCl (л) + К (г)

Несмотря на то, натрий менее реакционноспособен, чем калий, этот процесс работает, потому что при таких высоких температурах калий является более летучим, чем натрий и может быть легко отогнал, так что равновесие смещается вправо, чтобы произвести больше газа калия и протекает практически до конца.

Блестящий серый 5-сантиметровый кусок материи с шероховатой поверхностью.
Этот образец уранинита содержит около 100000 атомов (3,3 × 10 - 20  г) франция-223 в любой данный момент времени.

В течение нескольких лет в 1950 - х и 1960 - х годах, побочный продуктом производства калия под названием Alkarb является основным источником для рубидия. Alkarb содержал 21% рубидий , а остальное калия и небольшая часть цезия. Сегодня крупнейшие производители цезий, например , на руднике Tanco в Манитобе, Канада, производят рубидия в качестве побочного продукта из поллуцита . На сегодняшний день общий метод для отделения рубидия от калия и цезия является фракционной кристаллизацией из рубидий и цезий квасцов ( Cs , Rb ) Al ( SO 4 ) 2 · 12 Н 2 О , что дает чистый рубидий квасцы приблизительно через 30 перекристаллизаций. Ограниченные приложения и отсутствие минерала , богатого рубидий ограничить производство рубидия соединений от 2 до 4 тонн в год. Цезий, однако, не получают из указанной выше реакции. Вместо этого, добыча поллуцита руды является основным методом получения чистого цезия, извлеченный из руды в основном три способов: кислотное разложение, щелочное разложение и прямое восстановление. Оба металла получает в качестве побочных продуктов производства лития: после того, как 1958, когда интерес к термоядерным свойствам Литиевых резко возрос, производство рубидия и цезий также соответственно увеличивается. Чистый рубидий и цезий металлы получают восстановление их хлоридов с кальцием металлом при температуре 750 ° С и пониженным давлением.

В результате своей крайней редкости в природе, большинство франций синтезируется в ядерной реакции 197 Au + 18 O210 Fr + 5 н , получая франций-209 , франций-210 и франция-211 . Наибольшее количество франции когда - либо собранное на сегодняшний день составляет около 300 000 нейтральных атомов, которые были синтезированы с использованием ядерной реакции , приведенной выше. Когда единственный природный изотопный франций-223 специально требуется, производится в качестве альфа - дочери актиний-227, сам получен синтетически из нейтронного облучения природного радий-226, одной из дочерей природного урана-238.

Приложения

РПД 1, цезий атомные часы в Швейцарии
РПД 1, цезий атомные часы в Швейцарии

Литий, натрий и калий имеет множество применений, в то время как рубидий и цезий очень полезны в академических контекстах , но не имеет много приложений еще. Литий часто используется в литий-ионных батарей , а также оксид лития может помочь процесса диоксид кремния. Стеарат Литий является загустителем и может быть использован для консистентных смазок; его получает из гидроксида лития, который также используется для поглощения диоксида углерода в космических капсулах и подводных лодках. Хлорид лития используется в качестве сплава для пайки твердым припоем алюминиевых деталей. Металлический литий используется в сплавах с магнием и алюминием , чтобы дать очень жесткие и легкие сплавы.

Соединения натрия имеет множество применений, наиболее хорошо известный хлорид натрия в качестве существа поваренной соли . Натриевые соли жирных кислот используют в качестве мыла. Чистый металлический натрий , также имеет много применений, включая использование в натриевых паров ламп , которые производят очень эффективный свет по сравнению с другими типами освещения, и может помочь гладкой поверхности других металлов. Будучи сильным восстанавливающим агентом, он часто используется , чтобы уменьшить многие другие металлы, такие как титан и цирконий , из их хлоридов. Кроме того, он очень полезен в качестве теплообменной жидкости в быстрых нейтронах ядерных реакторов из - за его низкой температурой плавления, вязкости и поперечным сечением по отношению к поглощению нейтронов.

Калийные соединения часто используются в качестве удобрений , как калий является важным элементом для питания растений. Гидроксид калия является очень сильным основанием, и используется для контроля рН различных веществ. Нитрат калия и перманганат калия часто используются в качестве мощных окислителей. Калий супероксид используется в дыхательных масок, так как он реагирует с диоксидом углерода с получением карбоната калия и газообразный кислород. Чистый металлический калий не часто используется, но его сплавы с натрием могут заменить чистый натрий в быстрых нейтронах ядерных реакторов.

Рубидий и цезий, часто используются в атомных часах . Цезий атомные часы чрезвычайно точны; если часы были сделаны во время динозавров, было бы от менее чем за четыре секунды (после 80 миллионов лет). По этой причине атомы цезия используются в качестве определения второго. Ионы рубидия часто используются в фиолетовом фейерверке , и цезий часто используются в буровых растворов в нефтяной промышленности.

Франций не имеет коммерческого применения, но из - за сравнительно простой франций в атомной структуре , помимо всего прочего, он был использован в спектроскопии экспериментов, что приводит к более подробной информации относительно уровней энергии и констант связи между субатомных частиц . Исследования в области света , излучаемого лазер захваченных ионов франция-210 предоставили точные данные о переходах между атомными энергетическими уровнями, аналогичных тем , которые предсказан квантовой теорией .

Биологическая роль и меры предосторожности

металлы

Чистые щелочные металлы опасно вступать в реакции с воздухом и водой , и должны храниться вдали от источников тепла, огня, окислителей, кислот, большинство органических соединений, галоидоуглеводородов , пластмасс и влаги. Кроме того, они вступают в реакцию с диоксидом углерода и четыреххлористый углерод, так что нормальные огнетушители приводят к обратным результатам при использовании на пожарах щелочных металлов. Некоторые сухой порошок класс D огнетушители , предназначенные для металлических пожаров являются эффективными, лишая огнь кислорода и охлаждение щелочного металла.

Эксперименты обычно проводятся с использованием только небольших количеств нескольких граммов в вытяжном шкафу . Небольшие количества лития может быть удалены путем реакции с холодной водой, но более тяжелые щелочные металлы должны быть растворены в менее реакционноспособном изопропаноле . Щелочные металлы следует хранить в минеральном масле или в инертной атмосфере. Инертная атмосфера может быть использован аргон или азот, для лития, который вступает в реакцию с азотом , за исключением. Рубидий и цезий должен храниться вдали от воздуха, даже в масле, так как даже небольшое количество воздуха , диффундирует в масло может вызвать образование взрывоопасной перекиси; по той же причине, калий не следует хранить в масле в кислородсодержащей атмосфере в течение более 6 месяцев.

Ионы

Бионеорганическая химия ионов щелочных металлов широко рассмотрено. Твердотельные кристаллические структуры были определены для многих комплексов ионов щелочных металлов в небольших пептидов, кислых составляющих нуклеиновых, углеводов и ионофором комплексов.

Литий происходит естественным образом только в виде следов в биологических системах и не имеет известную биологическую роль, но есть воздействие на организм при попадании в организм. Карбонат лития используется в качестве стабилизатора настроения в психиатрии для лечения биполярного расстройства ( маниакально-депрессии ) в суточных дозах примерно от 0,5 до 2 г, хотя существуют побочные эффекты. Чрезмерное заглатывание лития вызывает сонливость, невнятная речь и рвота, среди других симптомов, а также яды центральной нервной системы , что опасно , как требуемая доза лития для лечения биполярного расстройства лишь немного ниже , чем токсической дозы. Его биохимия, как она обрабатывается человеческим телом и исследований с использованием крыс и коз , позволяют предположить , что он является существенным элементом трассировки , хотя естественная биологическая функция лития в организме человека до сих пор не были идентифицированы.

Натрий и калий имеют место во всех известных биологических системах, как правило , функционируют в качестве электролитов внутри и снаружи клеток . Натрий является важным питательным веществом , который регулирует объем крови, кровяное давление, осмотическое равновесие и рН ; минимальное физиологическое требование для натрия составляет 500 мг в день. Хлорид натрия (также известный как поваренной соли) является основным источником натрия в рационе, и используется в качестве приправы и консерванта, такого как травление и вяленая ; большинство из них поступает из обработанных пищевых продуктов. Диетический номер всасывание для натрия составляет 1,5 г в сутки, но большинство людей в Соединенных Штатах потребляют более 2,3 г в день, минимальное количество , которое способствует гипертонии; в свою очередь , приводит к 7,6 миллиона случаев преждевременной смерти во всем мире.

Калий является основным катионом (положительный ион) внутри клеток животных , в то время как натрий является основным катионом вне клеток животных. В концентрации отличия этих заряженных частиц вызывает разность электрического потенциала между внутренней и внешней клеток, известных как мембранного потенциала . Баланс между калием и натрием поддерживается ионными транспортеры белков в клеточной мембране . Потенциал клеточной мембраны создается ионами калия и натрия позволяет клетке генерировать потенциал действия -a «всплеск» электрического разряда. Способность клеток продуцировать электрический разряд имеет решающее значение для функций организма , таких как синапсы , сокращение мышц и функция сердца. Нарушение этого баланса может , таким образом , привести к летальному исходу, например, прием внутрь большого количества соединений калия может привести к гиперкалиемия сильно влиять на сердечно - сосудистую систему. Хлорид калия используется в Соединенных Штатах для смертельной инъекции в исполнение.

Радиотерапии типа устройство колеса , которое имеет длинный коллиматор , чтобы сфокусировать излучение в узкий луч. Цезий-137 хлорида радиоактивный источник является синим квадратом, и гамма - лучи , представлены пучком , выходящим из отверстия. Это был источник излучения вовлечен в аварии Гояния, содержащий около 93 г хлорида цезия-137.

Из - за их аналогичный атомные радиусы, рубидий и цезий в организме мимического калии и обрабатывают аналогичным образом . Не рубидий никакого известный биологической роли, но может помочь стимулировать обмен веществ , и, подобно цезий, заменить калий в организме вызывает дефицит калия . Частичное замещение вполне возможно и достаточно нетоксичное: 70 кг человека содержит в среднем 0,36 г рубидия, и увеличение этого значения 50 до 100 раз не показали отрицательные эффекты в испытуемых. Крысы могут выживать до 50% замещений калия рубидия. Рубидий (и в гораздо меньшей степени , цезий) может функционировать в качестве временных препаратов для лечения гипокалиемии; в то время как рубидий может адекватно заменить физиологически калий в некоторых системах, цезий никогда не в состоянии сделать это. Существуют лишь очень ограниченные данные в виде симптомов дефицита для рубидия быть , возможно , важным значением в козлах; даже если это правда, то след составляет обычно присутствует в пище более чем достаточно.

Цезий соединение встречается редко большинство людей, но большинство соединений цезия являются умеренно токсичными. Как рубидий, цезий , как правило, заменить калий в организме, но значительно больше и, следовательно , более плохая замена. Избыток цезий может привести к гипокалиемии , аритмия , и острой остановки сердца , но такие суммы не будут обычно встречаются в природных источниках. Таким образом , цезий не является основной химическим загрязнитель окружающей среды. Средняя летальная доза (ЛД 50 значение) для хлорида цезия у мышей составляет 2,3 г на килограмм, что сравнимо с LD 50 значений хлорида калия и хлорида натрия . Цезий хлорид был повышен в качестве альтернативной терапии рака, но был связан с гибелью более чем 50 пациентов, на которых она была использована как часть научно непроверенного лечения рака.

Радиоизотопы цезия требуют специальных мер предосторожности: неправильное обращение с цезием-137 гамма - источников может привести к высвобождению этого радиоизотопных и радиационных поражений. Пожалуй, самым известным случаем является Goiânia аварии 1987 года, в котором ненадлежащим образом утилизировать-системы лучевой терапии из заброшенной клиники в городе Гояния , Бразилия , был продуваемых из свалке, а светящаяся соль цезия продано любопытным , необразованные покупателей. Это привело к четырем смерти и серьезных травм от воздействия радиации. Вместе с цезием-134 , йод-131 и стронций-90 , цезий-137 был среди изотопов , распространяемых Чернобыльской катастрофы , которые представляют собой наибольшую опасность для здоровья. Радиоизотопы франция, предположительно , будет опасно, а из - за их высокой энергии распада и коротким периодом полураспада, но никто из них не были произведены в достаточно больших количествах , чтобы представлять серьезную опасность.

Заметки

Рекомендации