Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 5. Поняття про родину лужних хімічних елементів

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • зрозуміти поняття лужних елементів і лужних металів;
  • з'ясувати спільні властивості лужних металів;
  • довідатися про місце лужних елементів у періодичній системі;
  • з'ясувати, чи змінюються фізичні й хімічні властивості лужних металів зі збільшенням порядкового номера.

Ця природна родина налічує п'ять хімічних елементів: Літій (Li), Натрій (Na), Калій (K), Рубідій (Rb), Цезій (Cs). Усі вони були відкриті в ХІХ ст. Ще один подібний до них елемент Францій (Fr) добули штучно у ХХ ст. Назву «лужні» вони отримали від назви складних речовин лугів, що утворюються при їх взаємодії з водою.

Лужні металічні елементи у природі трапляються лише у складі сполук.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ. Прості речовини, утворені атомами лужних елементів, — це метали сріблясто-білого (цезій — золотисто-жовтого) кольору з яскраво вираженим металічним блиском. Вони настільки м'які, що легко ріжуться ножем (мал. 5).

Мал. 5. Натрій — м'який метал

У природі лужні метали відсутні, проте є способи, якими їх можна одержати зі складних речовин. Та через високу хімічну активність вони не можуть зберігатися відкрито на повітрі, тому що відразу вступають у хімічні реакції з киснем, водою, що входять до його складу (мал. 6, а; 6, в). Тому лужні метали зберігають під шаром гасу (мал. 6, б), парафіну тощо із суворим дотриманням правил пожежної безпеки.

Мал. 6. Реакція натрію з киснем (а); зберігання натрію під шаром гасу (б); горіння натрію в сірці (в)

Лужні метали належать до легких та легкоплавких речовин, мають високі теплопровідність і електропровідність. Тобто це типові метали, фізичні властивості яких багато в чому подібні.

Проте «подібний» не означає «однаковий». На підтвердження цього розгляньте таблицю 4.

Таблиця 4

Порівняльні характеристики лужних елементів і їх простих речовин

Хімічний елемент

Порядковий номер елемента в періодичній системі

Назва простої речовини

Відносна атомна маса (округлено)

Температура плавлення, °С

Температура кипіння, °С

Густина, г/см3

Літій

3

літій

7

180

1370

0,53

Натрій

11

натрій

23

98

900

0,97

Калій

19

калій

39

63

776

0,85

Рубідій

37

рубідій

85

38

705

1,5

Цезій

55

цезій

133

28

688

1,9

Попрацюйте групами

Використайте таблицю 4 для відповідей на запитання:

1. Чи підтверджується подана в тексті інформація про невисокі температури плавлення та кипіння лужних металів? (Для порівняння: температура плавлення міді — 1083 °С, заліза — 1539 °С.)

2. Який із лужних металів має найнижчу температуру плавлення? (Порівняйте її з температурою тіла людини.)

3. До легких чи важких металів належать лужні метали? (Зауважте, що метали з густиною до 5 г/см3 називають легкими.)

Здобута інформація переконливо доводить, що за подібністю фізичних властивостей простих речовин елементи Літій, Натрій, Калій, Рубідій і Цезій не випадково об'єднані в одну природну родину.

МІСЦЕ ЛУЖНИХ МЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. Відшукайте в періодичній системі комірки, в яких розміщено лужні хімічні елементи, та з'ясуйте їх порядкові номери. Літій міститься в комірці під номером 3, Натрій — 11, Калій — 19, Рубідій — 37, Цезій — 55, Францій — 87. Придивіться уважніше до періодичної системи та спробуйте знайти спільне в розміщенні лужних металічних елементів. Виявляється, що лужними металічними елементами розпочинаються всі (окрім першого) періоди. Тобто вони належать до однієї групи. Відносна атомна маса лужних металічних елементів зі збільшенням порядкового номера збільшується.

Пригадайте!

• У періодичній системі хімічні елементи розміщено в пронумерованих клітинках.

• Номер клітинки кожного хімічного елемента невипадковий — він дорівнює заряду ядра атома й має назву «порядковий номер» («протонне число»).

• Горизонтальні ряди елементів у періодичній системі називають періодами. Вертикальні стовпчики хімічних елементів періодичної системи дістали назву груп.

Для лужних металічних елементів у періодичній системі зазначено однакову загальну формулу оксиду, в якій металічний елемент одновалентний. Зверніть увагу на те, що всі елементи записані у стовпчик один під одним.

Важливо зрозуміти, як зі збільшенням відносних атомних мас лужних хімічних елементів змінюються властивості утворених ними простих речовин. Скористайтеся ще раз таблицею порівняльних характеристик лужних металів (табл. 4) і спробуйте встановити закономірність у їх зміні зі збільшенням порядкового номера елемента.

У хімічних властивостях простих речовин, утворених лужними хімічними елементами, також простежуються закономірності.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ. Лужні метали — надзвичайно активні прості речовини.

1. Взаємодія з киснем. На повітрі за кімнатної температури вони окиснюються й утворюють оксиди.

Пригадайте формулу гідроген пероксиду, з якого ви добували кисень у 7 класі.

Інші лужні метали утворюють ще й пероксиди.

Якщо літій, натрій чи калій нагріти, то окиснення супроводжується горінням, тобто виділенням світла й тепла. Активність рубідію та цезію настільки висока, що ці метали горять без попереднього нагрівання.

2. Взаємодія з водою. Усі лужні метали взаємодіють з водою й утворюють розчинні гідроксиди — луги. Реакція супроводжується виділенням водню й тепла (мал. 7).

Мал. 7. Взаємодія з водою: літію (а); натрію (б); калію (в)

Таким чином, літій реагує з водою помірно, натрій — набагато швидше, калій — надто швидко та з виділенням такої кількості теплоти, що утворений водень одразу загоряється. Активність рубідію та цезію в реакції з водою ще вища, ніж калію.

3. Взаємодія з неметалами. Окрім кисню, лужні метали взаємодіють також із багатьма іншими неметалами, зокрема з тими, що утворюють солі безоксигенових кислот (мал. 6, в).

Отже, спільність фізичних та хімічних властивостей розглянутих лужних металів дала змогу віднести хімічні елементи Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій до однієї родини — родини лужних металічних елементів.

Стисло про основне

• До родини лужних металічних елементів належать Літій (Li), Натрій (Na), Калій (K), Рубідій (Rb), Цезій (Cs), Францій (Fr), оскільки вони утворюють подібні за фізичними та хімічними властивостями речовини.

• Лужні метали мають яскраво виражені фізичні властивості металів — блиск, теплопровідність, електропровідність тощо.

• У періодичній системі лужні металічні елементи розташовано на початку періодів (крім першого).

• Хімічна активність лужних металів є високою, що підтверджується взаємодією з киснем, водою, неметалами.

• Хімічна активність речовин, утворених лужними хімічними елементами, зростає зі збільшенням протонного числа.

Сторінка ерудита

Якщо про залізо, золото, срібло, мідь та деякі інші метали людина знала з давніх-давен, то цього не можна сказати про лужні метали. Причина полягає в їх надзвичайно високій активності. Тривалий час спроби добути натрій чи калій традиційними методами з уже відомих солей, зокрема натрій хлориду, калій хлориду чи калій карбонату, лишалися марними. І тільки в 1808 р. англійський учений Гемфрі ДЕВІ (1778-1829) повідомив про відкриття нових елементів — Натрію та Калію.

Гемфрі Деві демонструє досліди

Як йому це вдалося? Учений скористався постійним електричним струмом і провів електроліз (розклад електричним струмом) лугів NaOH, KOH. Біля негативно зарядженого електрода в розплаві лугу Гемфрі Деві спостерігав появу кульок із сильним металічним блиском, які за зовнішнім виглядом нагадували ртуть. Частина з них згоряла яскравим полум'ям, і горіння супроводжувалося вибухом, а частина залишалась і досить швидко тьмяніла. Причиною такого явища була хімічна активність лужних металів. Тож не випадково ці метали зберігають у запаяних ампулах або під шаром гасу, що унеможливлює їх безпосередню взаємодію з іншими речовинами. Після проведення багатьох дослідів учений переконався в тому, що добув у вільному стані метали калій і натрій. Після вивчення їхніх властивостей він повідомив про своє відкриття. Через 10 років було відкрито Літій, а через півстоліття — Рубідій та Цезій. Представник родини лужних металічних елементів — Францій був відкритий через 132 роки після відкриття Натрію та Калію французькою дослідницею Маргаритою ПЕРЕЙ (1909-1975), ученицею Марії Склодовської-Кюрі. Вона назвала його на честь своєї батьківщини.

Знаємо, розуміємо

1. Які лужні метали легші за воду?

2. Як змінюється температура плавлення та кипіння лужних металів від літію до францію?

3. Чому з лужних металів не виготовлено жодної металевої конструкції, металевого виробу?

4. Що спільного в розташуванні лужних елементів у періодичній системі?

5. Проаналізуйте твердження та оберіть те, яке ви вважаєте правильним.

Твердження 1. Хімічна активність калію більша, ніж літію.

Твердження 2. Зі збільшенням порядкового номера хімічних елементів температура плавлення лужних металів збільшується.

6. Як зі збільшенням відносних атомних мас змінюються хімічні властивості лужних металів? Підтвердіть прикладами.

Застосовуємо

19. За поданими схемами напишіть рівняння реакцій.

Rb + H2O → ... + H2

Cs + Cl2

Li2O + H2O → ...

Na + N2 → NaxNy

20. Установіть відповідність між символами та назвами лужних елементів.

Символи

Назви

1

К

А

Натрій

2

Rb

Б

Літій

3

Li

В

Калій

4

Na

Г

Цезій

Д

Рубідій

21. Зазначте формулу сполуки з найбільшою масовою часткою Калію.

  • А К2О2
  • Б КОН
  • В КСlО3
  • Г K2CO3

22. Розташуйте лужні елементи за збільшенням відносної атомної маси.

  • А Натрій
  • Б Калій
  • В Літій
  • Г Рубідій