Натрий и калий как представители щелочных металлов: строение атомов, распространение в природе. Физические и химические свойства натрия и калия. Добыча применение натрия и калия
Натрий и калий являются элементами главной подгруппы I группы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. На внешнем энергетическом уровне атомов этих элементов находится 1 неспаренный s-электрон. Пытаясь завершить внешний энергетический уровень, атомы этих элементов энергично отдают один электрон и проявляют свойства активных восстановителей. В своих соединениях эти элементы являются одновалентными. Итак, Натрий и калий - типичные представители щелочных металлических элементов.
В природе щелочные встречаются только в виде солей. Важнейшими минералами натрия является каменная соль или галит NaCl, чилийская селитра NaNO3, глауберова соль или мирабилит Na2SO4 • 10H2O. Большое количество солей натрия кристаллизуется при испарении морской воды. Массовая доля натрия в земной коре составляет 2,6%. Калий, как и натрий, является достаточно распространенным химическим элементом. Массовая доля калия в земной коре - 2,5%. Природные соли калия - сильвин KCl, сильвинит КCl • NaCl, карналлит КCl • MgCl2 • 6H2O. Калий входит в состав полевых шпатов и слюды.
Катионы натрия и калия играют важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Натрий содержится в костной ткани, крови, мозга, легких, жидкости глаза, спинномозговой жидкости. Катионы натрия участвуют в поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия, в проведении нервных импульсов. Калий содержится в костной ткани, мышцах, крови, мозге, сердце, почках. Катионы калия участвуют в проведении биоэлектрических потенциалов в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и других мышц, поддерживающих осмотическое давление в клетках, активируют некоторые ферменты.
По физическим свойствам натрий и калий являются типичными металлами. Они имеют серебристо-белый цвет, высокую электропроводность и теплопроводность. Отличаются они тем, что достаточно пластичными, мягкими (их легко резать ножом), легкими (плавающие на поверхности воды) и легкоплавкими. Свежие срезы натрия и калия блестят. Эти металлы очень активны, поэтому их хранят под слоем керосина, или в запаянных ампулах.
Натрий и калий имеют высокую химическую активность и являются сильными восстановителями. На воздухе натрий и калий легко окисляются. Продуктами реакции являются соответствующие оксиды и пероксиды этих элементов:
4Na + O2 = 2Na2O
2Na + O2 = Na2O2
4K + O2 = 2K2O K + O2 = KO2.
Натрий и калий активно реагируют с галогенами с выделением света. При взаимодействии натрия с хлором образуется натрий хлорид:
2Na + Сl2 = 2NaСl.
Продуктами реакции натрия и калия с серой являются сульфиды этих элементов, например:
2K + S = K2S.
При взаимодействии натрия и калия с водой образуется соответствующий луг и газовать водород.
Натрий реагирует с водой достаточно активно:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ?.
Реакция калия с водой происходит еще активнее с возможным самовоспламенением водорода:
2K + 2H2O = 2KOH + H2.
Натрий и калий добывают электролизом расплавов хлоридов и гидроксидов этих элементов. Впервые натрий и калий были получены в 1807 году английским ученым Хэмфри Дэви.
Натрий используют как наполнитель газоразрядных ламп. В металлургии натрием восстанавливают некоторые редкие металлы: титан, цирконий, тантал. Калий используется в фотоэлементах. Натрий, калий и их сплавы применяют как теплоносители в ядерных энергетических установках. Калий является важным элементом для развития растений, и вносится в почву в виде калийных удобрений.