Калий и натрий
 
 
ПЛАН.

1. Краткая характеристика и нахождение в природе.
2. История открытия.
3. Физические свойства.
4. Химические свойства.
5. Едкие щелочи. Соли металлов.
6. Способы получения и область применения.

 
 

1. Краткая характеристика и нахождение в природе.

Натрий и калий относятся к числу довольно распространенных элементов.
Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%, калия – 2,6%.
В свободном виде калий и натрий в природе не встречаются. Эти щелочные металлы входят в состав различных соединений. Одним из таких соединений является – хлорид натрия NaCl (образует залежи каменной соли - Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др).
Также хлорид натрия содержится в морской воде и соляных источниках.
Калийные соли также присутствуют в морской воде, но в значительно меньших количествах. Обычно калийные соли содержат верхние слои залежей. Самые большие в мире запасы калийных солей находятся на Урале в районе Соликамска. В Белоруссии (г.Солигорск) открыты крупные залежи калийных солей
 
2. История открытия.

Мы не случайно рассматриваем натрий и калий вместе, сходные своими физическими свойствами, они и открыты были одновременно.
В 1807 г. Дэви, путем электролиза слегка увлажненных твердых щелочей, были получены свободные металлы - калий и натрий. В то время они получили названия - потассий (Potassium) и содий (Sodium).
В следующем году Гильберт, издатель известных "Анналов физики",
предложил именовать новые металлы калием и натронием (Natronium).
Позднее Берцелиус сократил последнее название до "натрий" (Natrium).
Вообще, название "натрий" (англ. и франц. Sodium, нем. Natrium) происходит от древнего слова, распространенного в Египте, у древних греков (vixpov) и римлян и соответствует древнееврейскому нетер (neter).
В древнем Египте натроном, или нитроном называли щелочь, получаемую не только из природных содовых озер, но и из золы растений. Ее употребляли для мытья, изготовления глазурей, при мумификации
трупов. В конце XVIII в. Клапрот ввел для минеральной щелочи
название натрон (Natron), а для растительной - кали (Kali).
Известно, что в начале XIX в. в России натрий называли содием.
Что касается слова калий, то оно происходит от арабского термина
алкали (щелочные вещества, именуемые в средние века “щелочные соли”). В то время их еще не отличали друг от друга и называли именами, имевшими сходное значение: натрон, боракс, варек т. д. Слово кали (qila) впервые встречается в 850 г. у арабских писателей, затем начинает употребляться слово Qali (al-Qali), которое обозначало продукт, получаемый из золы некоторых
растений. В России, в первой четверти XIX в., калий назывался потассий, поташ, а также поташий. В 1828 г. в химической литературе наряду с названием поташ уже встречается название кали (едкое кали, кали соляный и др.).
Название калий стало общепринятым во всем мире после выхода в свет учебника Гесса.
 
3. Физические свойства.

Калий и натрий – серебристо-белые металлы, с плотностью
K = 0,86 г/см3, Na = 0,97г/см3,
Эти металлы очень мягкие, режутся ножом.
Обладают всеми свойствами, присущими веществам с металлической связью, а именно: металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность.
Это обусловлено тем, что в атомах щелочных металлов один внешний электрон приходится на 4 и более свободные орбитали, а энергия ионизации атомов низкая, в следствии чего между атомами металлов возникает металлическая связь.
В природе натрий состоит из одного изотопа
калий – из двух стабильных изотопов
 
4. Химические свойства.

При химическом взаимодействии, атомы калия и натрия легко отдают валентные электроны, переходя в положительно заряженные ионы: K+ и Na+. Оба металла являются сильными восстановителями.
Быстро окисляются на открытом воздухе, поэтому необходимо хранить калий и натрий под слоем керосина.
Реакция с водой - бурная. Эти металлы легко взаимодействуют со многими неметаллами –серой, фосфором, галогенами и др.
Образуют гидриды NaH, KH, взаимодействуя с водородом, при нагревании. Эти гидриды легко разлагаются водой с образованием
соответствующей щелочи и водорода:
NaH + H2O = NaOH + H2
При сгорании натрия в избытке кислорода образуется пероксид натрия Na2O2, который в свою очередь взаимодействует с влажным углекислым газом воздуха, выделяя кислород:
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
На этой реакции основано применение пероксида натрия для получения кислорода на
подводных лодках и для регенерации воздуха в закрытых помещениях.
 
5. Едкие щелочи. Соли металлов.

Едкими щелочами называются хорошо растворимые в воде гидроксиды. Важнейшие из них NaOH и KOH.
Гидроксид натрия и гидроксид калия – белые, непрозрачные, твердые
кристаллические вещества. В воде хорошо растворяются с выделением большого количества теплоты. В водных растворах практически нацело диссоциированы и являются сильными щелочами. Проявляют все свойства оснований.
Твердые гидроксиды натрия и калия и их водные растворы поглощают оксид углерода (IV):
NaOH + CO2 = NaHCO3
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
или в иной форме:
OH- + CO2 = HCO
2OH- + CO2 = CO + H2O
В твердом состоянии на воздухе NaOH и KOH поглощают влагу, благодаря чему используются как осушители газов.
В промышленности гидроксид натрия и гидроксид калия получают электролизом концентрированных растворов соответственно NaCl и KCl. При этом одновременно получаются хлор и водород. Катодом служит железная сетка, анодом – графит.
Схему электролиза (на примере KCl) следует представлять так, KCl полностью диссоциирует на ионы K+ и Cl-. При прохождении электрического тока к катоду подходят ионы K+, к аноду – хлорид-ионы Cl-. Калий в ряду стандартных электродных потенциалов расположен до алюминия, и его ионы восстанавливаются
(присоединяют электроны) гораздо труднее, чем молекулы воды. Ионов же водорода H+ в растворе очень мало. Поэтому на катоде разряжаются молекулы воды с выделением молекулярного водорода:
2H2O + 2e- = H2 + 2OH-
Хлорид-ионы в концентрированном растворе легче отдают электроны (окисляются), чем молекулы воды, поэтому на аноде разряжаются хлорид-ионы:
2Cl- – 2e- = Cl2
Общее уравнение электролиза раствора в ионной форме:
2Cl- – 2e- = Cl2 1
2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 1
2Cl- + 2H2O электролиз H2 + 2OH- + Cl2
или
2KCl + 2H2O электролиз H2 + 2KOH + Cl2
Аналогично протекает электролиз раствора NaCl. Раствор, содержащий NaOH и NaCl, подвергается упариванию, в результате чего выпадает в осадок хлорид натрия (он имеет намного меньшую растворимость и она мало изменяется с температурой), который отделяют и используют для дальнейшего электролиза. Гидроксид натрия получают в очень больших количествах. Он является одним из важнейших продуктов основной химической промышленности. Применяют его для очистки нефтяных продуктов – бензина и керосина, для производства мыла, искусственного шелка, бумаги, в текстильной, кожевенной, химической промышленности, а также в быту (каустик,каустическая сода).
Более дорогой продукт – гидроксид калия – применяется реже, чем NaOH.
Соли калия и натрия.
Практически все соли калия и натрия растворимы в воде.
Натрий способен образовывать соли со всеми кислотами.
Наиболее распространенными и используемыми в быту и промышленности являются – хлорид натрия NaCl (поваренная соль), сода и сульфат натрия Na2SO4.
Рассмотрим каждую из них в одельности.
Хлорид натрия NaCl – используется для консервирования пищевых продуктов, в качестве приправы при приготовлении пищи, является сырьем в промышленности при получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др.
Сульфат натрия Na2SO4 – используется в промышленности для приготовления глауберовой соли, путем кристаллизации десятиводного гидрата Na2SO4 * 10H2O.
Глауберова соль применяется в медицине как слабительное.
Соли натрия и калия (ионы натрия и калия), применяются при качественном обнаружении натрия и калия в соединениях.
Соли натрия окрашивают пламя горелки в желтый цвет.
Соли калия окрашивают пламя горелки в фиолетовый цвет.
Это очень чувствительный метод. Единственный его минус то, что в присутствии даже ничтожных количеств натрия в соединениях фиолетовый цвет маскируется желтым. В этом случае используют синее стекло, поглощающее желтые лучи.
Калийные соли используют главным образом как калийные удобрения.
6. Получение и область применения.

Натрий получают в процессе электролиза расплавленного хлорида натрия или гидроксида натрия.
При электролизе расплава гидроксида натрия NaOH на катоде выделяется натрий:
Na+ + e- = Na
а на аноде – вода и кислород:
4OH- -- 4e- = 2H2O + O2
При электролизе расплава хлорида натрия NaCl на катоде выделяется натрий:
Na+ + e- = Na
А на аноде – хлор:
2Cl – 2e- = Cl2
Предпочтительнее, с экономической точки зрения, вследствие дороговизны гидроксида натрия,использовать в качестве основного метода электролиз расплава NaCl.
Также как и натрий, калий можно получить в процессе электролиза хлорида калия KCl и гидроксида калия KOH.
Но этот способ не получил широкого распространения, т.к. в процессе электролиза возник ряд технических трудностей, в том числе, трудность обеспечения техники безопасности.
На сегодняшний день получение калия в промышленности основано на следующих реакциях:
1. KCl + Na Ы NaCl + K
При получении калия этим способом, через расплавленный хлорид калия пропускают пары натрия при 8000С, а выделяющиеся пары калия конденсируют.
2. KOH + Na Ы NaOH + K
Здесь взаимодействие между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием осуществляется противотоком при температуре 4400С в реакционной колонне из никеля.
Также этими способами можно получать сплав калия с натрием. Этот сплав применяется:
в атомных реакторах, как жидкий металлический теплоноситель.
в качестве восстановителя при производстве титана.
Широко используют калий и его соединения в различных отраслях хозяйства:

• при получении некоторых красителей,
• при гидролизе крахмала,
• при производстве пороха,
• при отбелке тканей.

С помощью пероксидов натрия и калия проводится регенерация воздуха в космических кораблях и подводных лодках.
Поташ в больших количествах идет на производство стекла. Используя едкий калий производят самое лучшее - жидкое туалетное мыло.
 
Список литературы:
1. “Пособие по химии для поступающих в вузы”. Г.П.Хомченко. 1976 г.
2. “Основы общей химии”. Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлин. Москва “Просвещение” 1980 г.