§ 3. Поняття про лужні елементи

Опрацювавши зміст параграфа, ви будете

знати фізичні й хімічні властивості лужних металів, утворених лужними елементами;
уміти складати рівняння відповідних реакцій;
пояснювати характер зміни властивостей лужних металів залежно від відносної атомної маси відповідних елементів.

До родини лужних елементів належать Літій Li, Натрій Na, Калій К, Рубідій Rb, Цезій Cs і Францій Fr (радіоактивний елемент).

• Покажіть, де розміщені лужні елементи у Періодичній системі хімічних елементів.

Усі лужні елементи в сполуках виявляють валентність 1. Утворені ними прості речовини - метали.

Пригадайте, що згідно з новою українською термінологією назви хімічних елементів пишуться з великої літери, а назви простих речовин, утворених цими елементами, - з малої.

Всі лужні метали мають однакову кристалічну структуру, металічний блиск. Вони м’які (легко ріжуться ножем), пластичні, легкоплавкі. Мають невелику густину (багато які легші за воду). Добре проводять електричний струм і теплоту.

Усі лужні елементи в сполуках виявляють валентність 1. Утворені ними прості речовини — метали.

У хімічному плані порівняно з рештою металів лужним металам властива висока хімічна активність. Так, якщо розрізати ножем кусок натрію або калію, то на свіжому зрізі він матиме яскравий металічний блиск, який одразу ж тьмянішає через окиснення киснем повітря.

• Напишіть рівняння реакції окиснення літію киснем повітря.

Тому літій, натрій, калій зберігають під шаром гасу, а рубідій і цезій - у запаяних ампулах, з яких видалено повітря.

Висока хімічна активність лужних металів виявляється і під час взаємодії їх із водою.

Дослід 1. У склянку з водою опускаємо кусочок натрію (мал. 1). Він відразу ж спливе на її поверхню (чому?) і розплавиться, бо при цьому виділяється теплота. Блискуча крапля натрію швидко рухається по поверхні води, шипить і зменшуються в розмірі, доки не щезне. Крапля рухається, бо її штовхає газ, що при цьому виділяється. Аби дізнатися, який це газ, зберемо його в пробірку і піднесемо до полум’я. Чути характерний приглушений звук «п-пах», властивий горінню чистого водню. Якщо водень не чистий (змішаний з повітрям) - різкий «гавкаючий» звук. Отже, у результаті взаємодії натрію з водою виділяється водень Н₂ й утворюється натрій гідроксид NaOH (основа):

2Na + 2Н₂О = 2NaOH + H₂↑.

Мал. 1. Взаємодії натрію з водою

Наявність у розчині натрій гідроксиду можна виявити, якщо до розчину додати 1-2 краплі розчину фенолфталеїну: з’являється малинове забарвлення, характерне для розчинних основ. Можна на предметне скло помістити 1-2 краплі розчину і випарити з нього воду. Залишиться тверда біла речовина - натрій гідроксид NaOH, або їдкий натр.

Лужні метали енергійно реагують також з хлором Сl₂, сіркою S та іншими неметалами.

• Знаючи валентність Хлору - 1, Сульфуру S - 2, напишіть відповідні рівняння реакцій простих речовин цих елементів із натрієм.

Деякі властивості лужних металів наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Властивості лужних елементів та їх простих і складних речовин

Хімічний елемент		Проста речовина				Сполуки			Розчинність гідроксидів У воді
Символ	Відносна атомна маса	t плавлення, °С	Густина г/см³	Хімічна активність	Умови горіння	Оксид	Основа	Сіль	Розчинність гідроксидів У воді
Li	7	180,3	0,53	Посилюється	Загоряються під час нагрівання	Li₂O	LiOH	LiCl	Зростає
Na	23	97,8	0,79			Na₂O	NaOH	NaCl
К	39	63,6	0,85			К₂О	KOH	KCl
Rb	85,5	39,3	1,52		Загоряються за стандартних умов	Rb₂O	RbOH	RbCl
Cs	133	28,6	1,87			Cs₂O	CsOH	CsCl
Fr	223	20,0	2,40			Fr₂O	FrOH	FrCl

З таблиці видно, що властивості простих і складних речовин закономірно змінюються в міру збільшення відносних атомних мас елементів. Так, температура плавлення лужних металів у ряду літій - францій знижується, а густина - збільшується.

Висновки

Лужні елементи - одна з природних родин подібних за властивостями елементів. Вони утворюють прості речовини - типові метали, які мають подібні фізичні й хімічні властивості й утворюють основні оксиди R₂O та відповідні їм гідроксиди складу ROH.

Зі збільшенням відносної атомної маси лужних елементів температура плавлення простих речовин - лужних металів, утворених цими елементами, знижується, а густина зростає.

Лужні метали за стандартних умов легко взаємодіють з водою, киснем повітря та іншими неметалами. Різна хімічна активність щодо кисню та води також пов’язана зі зміною відносної атомної маси: чим вона більша, тим вища активність лужного металу. Отже, відмінність між лужними металами проявляється в тому, що спільні для них властивості у різних металів виражені різною мірою: зі збільшенням відносної атомної маси закономірно змінюються їх фізичні властивості та збільшується їхня хімічна активність відносно кисню і води.

Завдання для самоконтролю

1. Назвіть елементи, що утворюють родину лужних елементів, і, користуючись табл. 1, порівняйте їхні фізичні властивості.

2. Який із лужних металів можна розплавити, тримаючи в руці запаяну ампулу з цим металом? Чому його не можна просто покласти на долоню, як інші метали, наприклад, залізо або мідь?

3. Як ви думаєте, чому лужні метали мають таку назву. Відповідь поясніть.

4*. Дано схему генетичного ряду елемента R:

R → R₂O → ROH → RCl

Визначте, до якої родини належить цей елемент і напишіть відповідні рівняння реакцій.

5. Які спільні хімічні властивості мають лужні метали? Відповідь проілюструйте рівняннями реакцій.

Додаткові завдання

6. Напишіть рівняння реакцій між: а) калієм і хлором; б) натрієм і сіркою; в) рубідієм і водою; г) цезій оксидом і водою.