Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 4. Поняття про лужні хімічні елементи

Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:

оперувати поняттями «лужні елементи» та «лужні метали»;
розповісти про спільні властивості лужних металів;
розповісти про місце лужних елементів у періодичній системі;
з’ясувати, чи змінюються фізичні й хімічні властивості лужних металів зі збільшенням порядкового номера.

До лужних хімічних елементів належать: Літій (Li), Натрій (Na), Калій (К), Рубідій (Rb), Цезій (Cs). Усі вони були відкриті в XIX ст. Ще один подібний до них елемент Францій (Fr) добули штучно у XX ст. Назву «лужні» вони дістали від назви складних речовин лугів, що утворюються під час взаємодії утворених ними простих речовин з водою.

Лужні металічні елементи у природі трапляються лише у складі сполук.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ. Прості речовини, утворені атомами лужних елементів, — метали сріблясто-білого (цезій — золотисто-жовтого) кольору з яскраво вираженим металічним блиском. Вони настільки м’які, що легко ріжуться ножем (мал. 7).

Мал. 7. 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. 8, а; 8, в). Тому лужні метали зберігають під шаром гасу (мал. 8, б), парафіну тощо із суворим дотриманням правил пожежної безпеки.

Мал. 8. 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 й електропровідність. Тобто це типові метали, фізичні властивості яких багато в чому подібні.

Проте «подібний» не означає «однаковий». На підтвердження цього розгляньте таблицю 3.

Таблиця 3

Деякі відомості про лужні елементи й утворені ними прості речовини

Хімічний елемент			Проста речовина
Назва, символ	Порядковий номер	Відносна атомна маса (округлено)	Назва, формула	Температура плавлення, °С	Температура кипіння, °С	Густина, г/см³
Літій, Li	3	7	літій, Li	180	1370	0,53
Натрій, Na	11	23	натрій, Na	98	900	0,97
Калій, К	19	39	калій, К	63	776	0,85
Рубідій, Rb	37	85	рубідій, Rb	38	705	1,5
Цезій, Cs	55	133	цезій, Cs	28	688	1,9

Попрацюйте групами

Використайте таблицю 3 для відповідей на запитання і переконайтесь, що за подібністю фізичних властивостей простих речовин хімічні елементи Літій, Натрій, Калій, Рубідій і Цезій не випадково об’єднані в одну групу:

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 з 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.)

МІСЦЕ ЛУЖНИХ МЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. У таблиці періодичної системи Літій має порядковий номер 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. Ці елементи 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.

Важливо зрозуміти, як зі збільшенням відносних атомних мас лужних хімічних елементів змінюються властивості утворених ними простих речовин. Скористайтеся ще раз таблицею 3 і спробуйте встановити закономірність у зміні фізичних властивостей лужних металів зі збільшенням порядкового номера елемента.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ. У хімічних властивостях простих речовин, утворених лужними хімічними елементами, також простежуються закономірності. Розглянемо деякі з них.

Лужні метали — надзвичайно активні прості речовини.

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

Інші лужні метали утворюють ще й пероксиди.

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

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

2. Взаємодія з водою. Усі лужні метали взаємодіють з водою та утворюють розчинні гідроксиди — луги. Реакція супроводжується виділенням водню й теплоти (мал. 9).

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

3. Взаємодія з неметалами. Окрім кисню, лужні метали взаємодіють також із багатьма неметалами, зокрема з тими, що утворюють солі безоксигенових кислот (мал. 8, в, с. 26).

Отже, спільність фізичних та хімічних властивостей розглянутих лужних металів дала змогу об’єднати хімічні елементи Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій у групу лужних металічних елементів. У сполуках усі вони мають постійну валентність І.

Мал. 9. Взаємодія з водою: літію (а); натрію (б); калію (в)

Стисло про основне

• До групи лужних металічних елементів належать Літій (Li), Натрій (Na), Калій (К), Рубідій (Rb), Цезій (Cs), Францій (Fr). 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 розташовані на початку періодів (крім першого) і входятьу І групу.

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

• Хімічна активність простих речовин, утворених лужними хімічними елементами, зростає зі збільшенням порядкового номера.

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 їхніх солей, зокрема натрій хлориду, калій хлориду чи калій карбонату, лишалися марними. І тільки 1808 р. англійський учений Гемфрі Деві (1778-1829) повідомив про відкриття нових елементів — Натрію та Калію.

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 згорала яскравим полум’ям, і горіння супроводжувалося вибухом, а частина 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 групи лужних металів — 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? Підтвердьте прикладами.

Застосовуємо

13. Перетворіть напівсхеми та схеми хімічних реакцій на рівняння.

Rb + H₂O → ... + H₂↑