Соединения щелочных металлов и их применение

Из всей периодической системы большая часть элементов представляет группу металлов. Щелочные, щелочноземельные, амфотерные, переходные, радиоактивные - их очень много. Все металлы играют огромную роль не только в природе и биологической жизни человека, но и в различных отраслях промышленности. Не зря ведь XX век был назван "железным".

Металлы: общая характеристика

Все металлы объединяются общими химическими и физическими свойствами, по которым их легко отличить от неметаллических веществ. Так, например, строение кристаллической решетки позволяет им быть:

• проводниками электрического тока;
• хорошими теплопроводниками;
• ковкими и пластичными;
• прочными и блестящими.

Конечно, среди них есть и различия. Одни металлы блестят серебристым цветом, другие - более матовым белым, третьи - вообще красным и желтым. Также отличия есть и в показателях тепло- и электропроводности. Однако все равно эти параметры - общие для всех металлов, в то время как у неметаллов больше различий, нежели схожести.

По химической природе все металлы - восстановители. В зависимости от условий реакции и конкретных веществ могут выступать и в роли окислителей, однако редко. Способны образовывать многочисленные вещества. Химические соединения металлов встречаются в природе в огромном количестве в составе руды или полезных ископаемых, минералов и прочих пород. Степень окисления металлов всегда положительная, может быть постоянной (алюминий, натрий, кальций) или переменной (хром, железо, медь, марганец).

Многие из них получили широкое распространение в качестве строительных материалов, используются в самых разных отраслях науки и техники.

Химические соединения металлов

Среди таковых следует назвать несколько основных классов веществ, которые являются продуктами взаимодействия металлов с другими элементами и веществами.

1. Оксиды, гидриды, нитриды, силициды, фосфиды, озониды, карбиды, сульфиды и прочие - бинарные соединения с неметаллами, чаще всего относятся к классу солей (кроме оксидов).
2. Гидроксиды - общая формула Ме^+х(ОН)_х.
3. Соли. Соединения металлов с кислотными остатками. Могут быть разными:

• средние;
• кислые;
• двойные;
• основные;
• комплексные.

4. Соединения металлов с органическими веществами - металлорганические структуры.

5. Соединения металлов друг с другом - сплавы, которые получаются разными способами.

Варианты соединения металлов

Вещества, в которых одновременно могут находиться два разных металла и более, подразделяются на:

• сплавы;
• двойные соли;
• комплексные соединения;
• интерметаллиды.

Способы соединения металлов между собой также варьируются. Например, для получения сплавов используют метод расплавления, смешения и затвердевания полученного продукта.

Интерметаллиды образуются в результате прямых химических реакций между металлами, нередко происходящих со взрывом (например, цинк и никель). Для таких процессов нужны особые условия: температура очень высокая, давление, вакуумность, отсутствие кислорода и прочие.

Двойные соли и комплексные соединения могут сформироваться при сливании растворов исходных веществ, а также при их сплавлении.

Изготовление изделий из металлов подразумевает также их соединение между собой. Для этого используют такие способы, как:

• сварка (газовая, электрическая и так далее);
• пайка разными видами припоев;
• резьба;
• заклепывание.

Главное условие - это создать такое изделие, которое сможет быть устойчивым к коррозии и в котором не будет швов и примесей, щелей.

Соединения щелочных металлов и их применение

Щелочными называются элементы, расположенные в первой группе главной подгруппе периодической системы. Их всего 6, и открыты они были практически все одновременно с небольшим временным интервалом. В форме простых веществ в природе данные элементы не встречаются.

Вследствие высокой химической активности работать с ними очень тяжело и опасно. Поэтому пришлось потрудиться, чтобы выделить их в чистом виде. Гораздо раньше людьми начали использоваться различные соединения щелочных металлов. Некоторые из них были известны еще с древности и не потеряли важности и актуальности сегодня. Они используются в технике, строительстве, медицине, пищевой отрасли, химической промышленности, металлургии, машиностроении, сельском хозяйстве и многих других разделах народного хозяйства. Основные из них рассмотрим подробнее.

Виды соединения щелочных металлов с другими металлами относятся к группам:

• интерметаллических соединений;
• комплексных соединений;
• двойных солей.

Оксиды

Из всех щелочных металлов при сгорании в кислороде нормальный оксид способен давать только литий. Остальные же проявляют чрезмерную активность, поэтому формируют пероксиды Ме₂О₂. Из пероксидов действием простого металла можно получить оксид нормального вида Ме₂О. Кислородные соединения щелочных металлов имеют разную окраску.

1. Оксид лития, калия и натрия - белые кристаллические порошки.
2. Рубидий - желтая окраска оксида.
3. Цезий - оранжевая.

Основная область применения - химическая промышленность. Оксиды щелочных металлов реагируют с водой, образуя важные соединения - щелочи. Этим свойством и обусловлено название данной группы элементов. Соединения щелочных металлов - оксиды - лишь часть от общей массы значимых и важных веществ, в состав которых входят эти элементы.

Гидроксиды (щелочи)

Соединения щелочных металлов с гидроксогруппой называют щелочами, или гидроксидами. Все они - очень едкие вещества, способные легко разрушать практически любой материал. Особенно это касается животных тканей. Поэтому работать с щелочами следует крайне осторожно, на месте контакта с кожей может возникнуть глубокий химический ожег.

Самым известным веществом среди щелочей является каустическая сода, или гидроокись натрия. Данное соединение известно еще с древних времен, где оно добывалось из золы растений и использовалось для мыловарения и стирки белья. Химическая формула - NaOH. Сегодня едкий натр производится огромными количествами в каждой стране, так как без его участия не обходится практически ни одна отрасль производства. Он используется:

• в нефтеперерабатывающей промышленности;
• в косметической и парфюмерной;
• в химических синтезах;
• для производства чистящих и моющих средств, абразивных материалов;
• в кожевенной и текстильной промышленности и других областях.

Другие металлы из группы щелочных формируют не столь важные и распространенные щелочи. Более-менее значимым является лишь гидроксид калия - КОН, который известен как едкое кали.

Соли

Такие соединения щелочных металлов, как соли, являются не только практически востребованными веществами, но и присутствуют в организме живых существ, поддерживая их нормальную жизнеспособность.

Самой главной солью является, безусловно, хлорид натрия. Это обычная поваренная соль, которая есть у каждого дома и которой не придают особого значения вследствие большой распространенности. Однако если представить, что она вдруг исчезнет, мало кто обрадуется последствиям. Несоленую пищу есть сложно, к тому же это наносит непоправимый вред здоровью, так как в организм не поступают ионы натрия, нужные для работы сердца и сосудов.

Также важные соединения щелочных металлов - это карбонаты. Особенно карбонат и бикарбонат натрия, который в простонародье называется содой. Его используют при производстве стекла, для изготовления моющих средств. Содой можно спокойно чистить посуду. Она обладает хорошими дезинфицирующими, обеззараживающими, очищающими и отбеливающими свойствами. Широко используется в пищевой промышленности, особенно в кондитерском деле и хлебопечении. С ее помощью варят мыло, создают стиральные порошки.

Сода, соль, каустик - все это соединения щелочных металлов в природе. Они существуют в чистом виде, формируя залежи, либо входят в состав продуктов сгорания тех или иных веществ. Иногда их получают лабораторным способом. Но всегда эти вещества важны и ценны, так как окружают человека и формируют его быт.

Соединения щелочных металлов и их применение не ограничиваются только натрием. Также распространены и популярны в отраслях хозяйства такие соли, как:

• хлорид калия;
• селитра калийная (нитрат калия);
• карбонат калия;
• сульфат.

Все они являются ценными минеральными удобрениями, используемыми в сельском хозяйстве.

Щелочноземельные металлы - соединения и их применение

К данной категории относятся элементы второй группы главной подгруппы системы химических элементов. Их постоянная степень окисления +2. Это активные восстановители, легко вступающие в химические реакции с большинством соединений и простых веществ. Проявляют все типичные свойства металлов: блеск, ковкость, тепло и электропроводность.

Самыми важными и распространенными из них являются магний и кальций. Бериллий проявляет амфотерность, барий и радий относятся к редким элементам. Все они способны формировать следующие типы соединений:

• интерметаллические;
• оксиды;
• гидриды;
• бинарные соли (соединения с неметаллами);
• гидроксиды;
• соли (двойные, комплексные, кислые, основные, средние).

Рассмотрим самые важные соединения с практической точки зрения и их области применения.

Соли магния и кальция

Такие соединения щелочноземельных металлов, как соли, имеют важное значение для живых организмов. Ведь именно соли кальция являются источником этого элемента в организме. А без него невозможно нормальное формирование скелета, зубов, рогов у животных, копыт, волос и шерстного покрова и так далее.

Так, самой распространенной солью щелочноземельного металла кальция является карбонат. Его другие названия:

• мел;
• мрамор;
• известняк;
• доломит.

Используется не только как поставщик ионов кальция в живой организм, но и как стройматериал, сырье для химических производств, в косметической промышленности, стекольной и так далее.

Такие соединения щелочноземельных металлов, как сульфаты, тоже имеют важное значение. Например, сульфат бария (медицинское название "баритовая каша") используется в рентгенодиагностике. Сульфат кальция в виде кристаллогидрата - это гипс, который содержится в природе. Он используется в медицине, строительстве, штамповке слепков.

Фосфоры из щелочноземельных металлов

Эти вещества известны еще со Средних веков. Раньше их называли люминофорами. Это название встречается и сейчас. По своей природе данные соединения - это сульфиды магния, стронция, бария, кальция.

При определенной обработке они способны проявлять фосфоресцирующие свойства, причем свечение очень красивое, от красного до ярко-фиолетового. Это применяется при изготовлении дорожных знаков, спецодежды и прочих вещей.

Комплексные соединения

Вещества, которые включают в себя два и более разных элементов металлической природы, - комплексные соединения металлов. Чаще всего они представляют собой жидкости, обладающие красивыми и разноцветными окрасками. Используются в аналитической химии для качественного определения ионов.

Такие вещества способны образовывать не только щелочные и щелочноземельные металлы, но и все остальные. Бывают гидроксокомплексы, аквакомплексы и другие.