Оксиды, пероксиды, гипероксиды (супероксиды)

 

Оксиды щелочных металлов (кроме Li₂O) получают косвенно.

Оксид лития - непосредственным взаимодействием лития с избыт­ком кислорода:

4Li + O₂ ® 2Li₂O;

при этом образуется не­большая примесь Li₂O₂ - пероксида лития

2Li + O₂ ® Li₂O₂

Оксид натрия. Без нагревания. При окислении натрия фактически идут две реакции:

 

1. 2Na + O₂ ® Na₂O₂ - быстро

2. 4Na + O₂ ® 2Na₂O - медленно

 

Полученная смесь содержит ~ 90% Na₂O₂ и 10% Na₂O. Установлено, что для получения соединений щелочных металлов с кислородом не­обходимо соблюдать определенные условия, так, при избытке кислорода и температуре 270-370 °С получается пероксид натрия:

 

2Na + O₂ ® 2Na₂O₂

 

При более высоких температурах (400 °С и 12,2 МПа) получается гипероксид натрия:

 

Na₂O₂ + O₂ ® 2NaO₂

 

При более низкой температуре образуется смесь:

Na₂O; Na₂O₂; и NaO₂.

 

Оксид натрия можно получить сплавлением Na₂O₂ с ме­таллическим натрием в присутствии кислорода:

 

Na₂O₂ + 2Na 2Na₂O

 

В отличие от лития и натрия, другие металлы этой подгруппы образуют при сгорании в избытке кислорода гипероксиды: K + O₂KO₂ (или K₂O₄).

 

Оксид калия получают аналогично оксиду натрия:

K₂O₂ + 2K 2K₂O (сплавление в присутствии О₂),

или по реакции: KO₂ + 3K 2K₂O.

 

Кислородные соединения Rb и Cs по свойствам и по составу подобны соединениям калия.

Оксиды Li₂O и Na₂O – бесцветны, K₂O и Rb₂O – желтые, Cs₂O - оранжевый.

Пероксиды и гиперокоиды (супероксиды) щелочных металлов являются сильными окислителями:

 

4KO₂ + 2C ® 2K₂CO₃ + O₂­

 

Пероксид натрия применяют для отбеливания соломы, шерсти, шелка. Одно из важнейших свойств пероксидов - способность поглощать CO₂ и выде­лять кислород - используется в системах жизнеобеспечения в замкнутых помещениях (подводных лодках, космических кораблях):

 

2Na₂O₂ + 2CO₂ ® 2Na₂CO₃ + O₂­

 

Пероксиды s-элементов I группы взаимодействуют с кислотами с обра­зованием пероксида водорода:

Me₂O₂ + 2H⁺ ® 2Me⁺ + H₂O₂.

Растворяясь в воде, они подвергаются почти полному гидролизу:

Na₂O₂ + 2H₂O ® 2NaOH + H₂O₂.

Во влажном воздухе разлагаются:

2Li₂O₂ ® 2Li₂O + O₂­.

 

Гидроксиды щелочных металлов

 

Гидроксиды щелочных металлов: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, FrOH - бесцветные кристаллические вещества, гигроскопичны и хорошо (за исключением LiOH) растворяются в воде с выделением тепла.

Их называют щелочами. Водные растворы щелочей - сильные электро­литы: MeOH ® Me⁺ + OH^-.

Из всех гидроксидов щелочных металлов наибольшее практичес­кое значение имеют NaOH и KOH.

NaOH – гидроксид натрия (едкий натр, каустическая сода, каустик) - бесцветные, непрозрачные гранулы, пластинки или чешуйки, очень гигроскопичны, хорошо растворяются в воде с сильным разогреванием раствора. Благодаря быстрому поглощению влаги NaOH, как и КОН, используется в твердом виде в качестве осушителей газов.

В большинстве органических растворителей NaOH нерастворим,
t_пл=322 ^оС; t_кип=1390 ^оС. В зависимости от температуры он кристаллизуется с различным содержанием кристаллизационной воды, а выше 61,8 ^оС – безводный. Водный раствор NаOH – сильное основание (щелочь).

Гидроксид натрия является важным продуктом химической и фармацевтической промышленности, используется для получения лекарств, солей (Na₂CO₃;NaHCO₃ и др.), в производстве мыла, моющих средств и для других целей.

Получают NaOH электролизом водного раствора хлорида натрия, или известковым методом:

 

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ = 2NaOH + CaCO₃¯

 

Из-за плохой растворимости CaCO₃, равновесие смещается в сторону образования NaOH, называемого, согласно способу получения, каустической содой.

KOH - гидроксид калия (едкое кали) - это белая, гигро­скопичная кисталлическая масса, хорошо растворяется в воде с сильным разогре­ванием, t_пл.= З60°С; t_кип.= 1327 °С. Многие свойства КОН такие же как у NaOH. Его применяют для получения солей, жид­ких мыл, моющих средств.

 

 

Соли щелочных металлов

 

Щелочные металлы образуют соли практически со всеми кислотами. В большинстве своем это бесцветные кристаллические вещества с ион­ной химической связью. В воде и в расплавах это сильные электролиты, большинство из них хорошо растворяется в воде. К малорастворимым солям относятся: LiF, Li₂CO₃, Li₃PO₄, KClO₄, RbClO₄, CsClO₄ и некоторые комплексные соединения – Na[Sb(OH)₆], K₂[PtCl₆], Rb₂[PtCl₆], Cs₂[PtCl₆].

Из щелочных металлов ионы Li⁺ и Na⁺ наиболее жесткие кислоты, так как их радиусы наименьшие в ряду всех ионов s-металлов I группы. Аналогично, в ряду галогенид ионов F^-, Cl^-, Br^-, I^-, наиболее жесткое основание F^- - ион. В связи с этим растворимость галогенидов уменьшается от MeF к MeI.

Галогениды щелочных металлов находят широкое применение в про­мышленности как исходные вещества для получения многих других соединений

NaCl используют как консервирующее средство; в производстве мыла, органических красителей, в керамической промышленности. Смесь NaCl со льдом в соотношении 3,5:1 понижает температуру до -21°С.

В качестве исходного сырья хлорид натрия примеянется в производстве хлора, натрия, хлороводородной кислоты, гидроксида натрия, солей: гипохлорита, хлората, карбоната натрия; гидрокарбоната и гидросульфата натрия и др., что представлено следующей схемой:

 

 

Сульфаты s-элементов I группы - бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде. В их ионных кристаллических решетках находятся тетраэдрические ионы – SO₄^2-.

Сульфат натрия кристаллизуется с десятью молекулами воды: Na₂SO₄´10H₂O (глауберова соль), обладает слабительным действием. Сульфат натрия применяется в производстве вискозного волокна, стекла, фармацевтических препаратов и др.

Карбонаты - бесцветные кристаллические вещества, в их ионных кристаллических решетках находятся треугольные ионы -CO₃^2-. Карбонаты щелочных металлов, кроме Li₂CO₃, который при нагревании разлагается до точки плавления:

Li₂CO₃ Li₂O + CO₂­,

плавятся без разложения при 800-900 °С и хорошо растворяются в воде.

В водном растворе карбонаты взаимодействуют с CO₂, образуя гидрокарбонаты, среди которых NaHCO₃ менее растворим в воде, чем гидрокарбонаты остальных щелочных металлов.

При обычной температуре гидрокарбонаты устойчивы (LiHCO₃ в кристаллическом состоянии не известен), но при нагревании легко переходят в средние соли угольной кислоты:

 

2MeHCO₃ Me₂CO₃ + CO₂­ + H₂O

 

Нитраты - бесцветные хорошо растворимые в воде кристалли­ческие вещества, в их ионных кристаллических решетках находятся треугольные ионы – NO₃^-. Из всех нитратов только LiNO₃ образует кристаллогидрат: LiNO₃·3H₂O.

Нитрат лития в отличие от остальных плавится с разложением до оксида:

 

4LiNO₃ 2Li₂O + 4NO₂­ + O₂­

 

Остальные разлагаются до нитритов:

 

2KNO₃ 2KNO₂ + O₂­

 

NaNO₃ - белые гигроскопичные кристаллы, хорошо растворяются в воде.

В природе NaNO₃ встречается в виде минерала - чилийской селитры, которая является составной частью удобрений. NaNO₃ применяется в производстве взрывчатых веществ, стекла и эмалей.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: