Калий активный металл


Калий — металл, имеющий огромное биогенное значение

Калий — элементарное вещество, металл, настолько активный, что не встречается в природе в виде самородков. Калий входит в состав минералов и морской воды, в организмы растений и животных, по распространенности занимает 7-е место. Имеет огромное биогенное значение, так как необходим для жизнедеятельности живых клеток.

Физические и химические свойства калия

Калий — мягкое вещество (можно разрезать ножом), серебристого цвета, легкое (легче воды), легкоплавкое. Горит розово-фиолетовым пламенем.

Щелочной металл, активно реагирует с кислородом, водой, галогенами, разбавленными кислотами, реакции часто сопровождаются взрывом. С азотом в реакцию не вступает. Реагирует со щелочами, спиртами.

Работа с чистым калием требует применения средств защиты, поскольку попадание даже мельчайших частиц на кожу или в глаза вызывает серьезные ожоги.

Хранить калий следует в герметических железных сосудах под слоем веществ, препятствующих контакту с воздухом: минерального масла, силикона, обезвоженного керосина.

Применение калия и его соединений

В виде чистого металла вещество применяется в ограниченной сфере областей:
— из него изготавливают электроды в некоторых источниках тока;
— применяют в электронных лампах в качестве адсорбента газов, поддерживающего вакуум; в фотоэлементах, в газоразрядных лампах и устройствах, в термоэмиссионных преобразователях, в фотоэлектронных умножителях;
— для производства супероксида;
— с помощью изотопа калия-40 вычисляют возраст пород;
— искусственный изотоп калий-42 применяется как радиоактивный индикатор в медицине и биологии;
— сплав калия и натрия — жидкое вещество в нормальных условиях, используется как теплоноситель в атомных реакторах. Применяются также другие жидкие сплавы калия.

Гораздо более востребованы различные соединения калия.
— В медицинской практике используют хлористый калий, йодистый калий, перманганат, бромид калия. Калий обязательно входит в состав комплексных витаминно-минеральных препаратов. Он необходим нашему организму для работы мышц, в том числе, сердечной; для поддержания сбалансированного состава крови, водного и кислотно-щелочного баланса.
— Львиная часть получаемого промышленностью калия (более 90%) идет на производство калийных удобрений, которые жизненно важны для развития растений. Для этой цели в сельском хозяйстве используют различные соли калия. Наиболее востребована калиевая соль азотной кислоты, известная под названиями калиевая селитра, индийская или калийная селитра.
— КОН (гидроксид калия) применяют в аккумуляторах, для осушения газов.
— Поташ (углекислый калий) используют для получения поташного оптического стекла, в производстве удобрений, в процессах очистки газов, осушения, дубления кож.
— Пероксид и супероксид калия поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Это свойство используется для регенерации кислорода в противогазах, в шахтах, на подводных лодках, в космических кораблях.
— С помощью пероксидов отбеливают ткани.
— Соединения калия входят в состав различных взрывчатых и горючих веществ.
— Перманганат калия используется для лабораторного получения О2.
— Соединения калия находят применение в гальванотехнике и органическом синтезе, в лазерной технике и фотографии, в производстве ацетилена и сталей и пьезоэлектронике. Они используются для пайки цветных металлов и сталей, для мытья химической посуды.

Йодистый калий, калиевая селитра, углекислый калий — лишь малая часть соединений с калием, которые предлагает наш магазин химических реактивов. В Москве и Московской области покупать товары для лабораторий и производства в «ПраймКемикалсГрупп» удобно и выгодно. У нас отличный сервис, есть доставка и возможность самовывоза.

Активные реакции металлов

Активные реакции металлов


Активные реакции металлов с кислородом

Метод, используемый для предсказания продуктов реакций металлов основной группы, прост, все же замечательно мощный. Однако исключения из его предсказаний возникают, когда очень активные металлы реагируют с кислородом, который является одним из самых реактивных неметаллы.

Литий ведет себя хорошо. Он реагирует с O 2 с образованием оксида , который содержит ион O 2-.

4 Li ( с ) + O 2 ( г ) 2 Li 2 O ( с )

Натрий, однако, реагирует с O 2 при нормальных условиях с образованием соединения, которое содержит вдвое больше кислород.

2 Na ( с ) + O 2 ( г ) Na 2 O 2 ( с )

Соединения, такие как Na 2 O 2 , которые необычно богаты кислородом, называются пероксидами .Приставка на - означает «сверх нормы» или «сверх нормы». Na 2 O 2 является пероксидом, потому что он содержит больше, чем обычно, кислорода. Пероксиды содержат ион O 2 2-.

Образование пероксида натрия можно объяснить, если предположить, что натрий настолько реакционноспособен, что металл расходуется до того, как каждая молекула O 2 сможет объединиться с достаточным количеством натрия для образования Na 2 O. Это объяснение подтверждается тем фактом, что натрий реагирует с O 2 в присутствии большого избытка металла или ограниченное количество O 2 для образования оксида, которое ожидается, когда эта реакция завершится.

4 Na ( с ) + O 2 ( г ) 2 Na 2 O ( с )

Это также согласуется с тем фактом, что очень активные щелочные металлы калий, рубидий и цезий так быстро реагируют с кислородом, что образуют супероксидов , в которых щелочной металл реагирует с O 2 в мольном соотношении 1: 1.

K ( с ) + O 2 ( г ) KO 2 ( с )

Супероксид калия образуется на поверхности металлического калия, даже когда металл хранится в инертном растворителе.В результате старые кусочки калия металл потенциально опасны. Когда кто-то пытается разрезать металл, давление ножа на область соприкосновения супероксида металл может вызвать следующую реакцию.

KO 2 ( с ) + K ( с ) K 2 O ( с )

Поскольку оксид калия более стабилен, чем супероксид калия, эта реакция выделяет достаточно энергии, чтобы вскипятить металлический калий с поверхности, который вступает в реакцию взрывоопасно с кислородом и водяным паром в атмосфере.


Активные металлы и вода

Реакционная способность активных металлов может быть продемонстрирована падением частиц лития, натрия и калия в воду. Литий медленно реагирует с вода, натрий реагирует намного быстрее, а калий - бурно.

Модель, используемая для предсказания продуктов реакций между металлами основной группы и неметаллы можно расширить, чтобы предсказать, что произойдет, когда эти металлы реагируют с ковалентными соединениями.

Пример: Начнем с применения этой модели к реакции между натрием металл и вода.

Na ( с ) + H 2 O ( л )?

В ходе этой реакции каждый атом натрия потеряет электрон на образуют ион Na + .

Na Na + + e -

На рисунке ниже показано, что происходит, когда эти электроны захватываются соседние молекулы воды.

Атомы водорода в степени окисления +1 собирают электроны, образуя нейтральный атомы водорода, которые вместе образуют молекулы H 2 .

2 часа + + 2 e - H 2

Вычитание положительно заряженного иона H + из нейтральной молекулы H 2 O оставляет ион OH - . Поэтому реакция, которая происходит, когда молекулы воды приобретают электроны, может можно записать следующим образом.

2 H 2 O + 2 e - H 2 + 2 OH -

Реакцию между натрием и водой можно разделить на две половины. Один полуреакция описывает, что происходит, когда атомы натрия теряют электроны. другая полуреакция описывает, что происходит, когда молекулы воды получают эти электроны. Объединив эти полуреакции так, чтобы электроны ни созданы или уничтожены, мы можем получить общее уравнение реакции.

2 [Na Na + + e - ]
2 H 2 O + 2 e - H 2 + 2 OH -
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
2 Na + 2 H 2 O 2 Na + + 2 ОН - + Н 2

Уравнение этой реакции можно записать следующим образом.

2 Na ( с ) + 2 H 2 O ( l ) 2 Na + ( водн. ) + 2 OH - ( водн. ) + H 2 ( г ) )


Активные металлы и аммиак

Предсказать, что произойдет, когда щелочной металл, например калий, вступит в реакцию. с жидким аммиаком (NH 3 ) мы можем начать с того, что атомы калия потеряют один электрон каждый.

К К + + e -

На рисунке ниже показано, что происходит с этими электронами.

Атомы водорода в степени окисления +1 получают электроны с образованием нейтрального водорода. атомы, которые объединяются в молекулы H 2 .

2 часа + + 2 e - H 2

Удаление иона H + из молекулы NH 3 оставляет отрицательно заряженный ион NH 2 - . Следующее уравнение описывает, что происходит, когда аммиак получает электроны.

2 NH 3 + 2 e - H 2 + 2 NH 2 -

Объединение двух половин этой реакции для сохранения электронов дает общее уравнение реакции.

2 [K K + + e - ]
2 NH 3 + 2 e - H 2 + 2 NH 2 -
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
2 K + 2 NH 3 2 K + + 2 NH 2 - + H 2

Уравнение этой реакции записывается следующим образом.

2 K ( с ) + 2 NH 3 ( l ) 2 K + ( соль ) + 2 NH 2 - ( соль ) + H 2 ( г )

(Символ sol в этом уравнении указывает, что ионы K + и NH 2 - в этом растворе сольватированы соседними молекулами NH 3 .)

,

7.7: Групповые тенденции для активных металлов

Элементы в одной и той же группе периодической таблицы, как правило, проявляют схожие физические и химические свойства. На реакционную способность металлов влияют четыре основных фактора: заряд ядра, радиус атома, эффект экранирования и расположение подуровней (электронов). Реакционная способность металла связана со способностью терять электроны (окисляться), образовывать основные гидроксиды, образовывать ионные соединения с неметаллами. В общем, чем крупнее атом, тем больше вероятность потери электронов.Чем больше экранирование, тем больше вероятность потери электронов. Таким образом, металлический характер увеличивается при движении вниз по таблице и уменьшается при движении поперек - поэтому наиболее активный металл направлен влево и вниз.

Группа 1: Щелочные металлы

Слово «щелочь» происходит от арабского слова, означающего «пепел». Многие соединения натрия и калия были выделены из древесной золы (\ (\ ce {Na2CO3} \) и \ (\ ce {K2CO3} \), которые до сих пор иногда называют «кальцинированной содой» и «калием»).В щелочной группе, по мере того, как мы спускаемся вниз по группе, мы получаем элементы литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). В таблице \ (\ PageIndex {1} \) сравниваются несколько физических свойств этих элементов. Все эти элементы имеют только один электрон во внешних оболочках. Все элементы проявляют металлические свойства и имеют валентность +1, поэтому они легко отдают электрон.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Общие свойства металлов группы I
Элемент Электронная конфигурация Температура плавления (° C) Плотность (г / см 3 ) Атомный радиус Энергия ионизации (кДж / моль)
Литий \ ([He] 2s ^ 1 \) 181 0.1 \) 28 1.88 2,65 376

По мере продвижения вниз по группе (от Li к Fr) наблюдаются следующие тенденции (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)):

  • Все имеют по одному электрону на валентной орбитали
  • Температура плавления снижается
  • Плотность увеличивается
  • Атомный радиус увеличивается
  • Энергия ионизации уменьшается (первая энергия ионизации)

Щелочные металлы имеют самые низкие значения \ (I_1 \) элементов

Это представляет относительную легкость, с которой одиночный электрон на внешней "орбитали" может быть удален.+ + е- \]

Из-за этой реакционной способности щелочные металлы встречаются в природе только в виде соединений. Щелочные металлы напрямую соединяются с большинством неметаллов:

  • Реакция с водородом с образованием твердых гидридов

\ [2M _ {(s)} + H_ {2 (g)} \ rightarrow 2MH (s) \]

(Примечание: водород присутствует в металлогидриде в виде гидрида H - иона)

  • Реагировать с серой с образованием твердых сульфидов

\ [2M _ {(s)} + S _ {(s)} \ rightarrow M_2S _ {(s)} \]

Реагирует с хлором с образованием твердых хлоридов

\ [2M _ {(s)} + Cl_ {2 (g)} \ rightarrow 2MCl _ {(s)} \]

Реакция взаимодействия щелочных металлов и воды с образованием газообразного водорода и гидроксидов щелочных металлов; это очень экзотермическая реакция (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).

\ [2M _ {(s)} + 2H_2O _ {(l)} \ rightarrow 2MOH _ {(aq)} + H_ {2 (g)} \]

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Небольшой кусок металлического калия взрывается при реакции с водой. (CC SA-BY 3.0; Tavoromann)

Реакция между щелочными металлами и кислородом более сложная:

  • Обычная реакция заключается в образовании оксидов металлов, содержащих ион O 2-

\ [4Li _ {(s)} + O_ {2 (g)} \ rightarrow \ underbrace {2Li_2O _ {(s)}} _ {\ text {оксид лития}} \]

Прочие щелочные металлы могут образовывать пероксиды металлов (содержит ион O 2 2- )

\ [2Na (s) + O_ {2 (g)} \ rightarrow \ underbrace {Na_2O_ {2 (s)}} _ {\ text {пероксид натрия}} \]

K, Rb и Cs могут также образовывать супероксиды (O 2 - ион )

\ [K (s) + O_ {2 (g)} \ rightarrow \ underbrace {KO_ {2 (s)}} _ {\ text {супероксид калия}} \]

цветов посредством поглощения

Цвет химического вещества появляется, когда валентный электрон в атоме переводится с одного энергетического уровня на другой видимым излучением.В этом случае конкретная частота света, который возбуждает электрон, равна поглощенному . Таким образом, оставшийся свет, который вы видите, является белым светом, лишенным одной или нескольких длин волн (таким образом, он выглядит цветным). Щелочные металлы, потерявшие свои внешние электроны, не имеют электронов, которые могут быть возбуждены видимым излучением. Соли щелочных металлов и их водный раствор бесцветны, если они не содержат окрашенный анион.

цветов с помощью излучения

Когда щелочные металлы помещаются в пламя, ионы восстанавливаются (приобретают электрон) в нижней части пламени.Электрон возбуждается (перескакивает на более высокую орбиталь) высокой температурой пламени. Когда возбужденный электрон падает обратно на более низкую орбиталь, высвобождается фотон. Переход валентного электрона натрия из 3p в подоболочку 3s приводит к высвобождению фотона с длиной волны 589 нм (желтый)

Цвета пламени:

  • Литий: малиново-красный
  • Натрий: желтый
  • Калий: сиреневый

Группа 2: Щелочноземельные металлы

По сравнению с щелочными металлами, щелочноземельные металлы обычно тверже, плотнее, плавятся при более высокой температуре.Первые энергии ионизации (\ (I_1 \)) щелочноземельных металлов не такие низкие, как у щелочных металлов. Следовательно, щелочноземельные металлы менее активны, чем щелочные металлы (Be и Mg являются наименее химически активными из щелочноземельных металлов). Несколько физических свойств этих элементов сравниваются в Таблице \ (\ PageIndex {2} \).

Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Общие свойства металлов группы 2
Элемент Электронная конфигурация Температура плавления (° C) Плотность (г / см 3 ) Атомный радиус Энергия ионизации (кДж / моль)
Бериллий \ ([He] 2s ^ 2 \) 1278 1.2 \) 725 3,51 2,17 503

Кальций и элементы под ним легко реагируют с водой при комнатной температуре:

\ [Ca _ {(s)} + 2H_2O _ {(l)} \ rightarrow Ca (OH) _ {2 (водн.)} + H_ {2 (g)} \]

Тенденция щелочноземельных металлов терять свои два валентных электрона демонстрируется реакционной способностью Mg по отношению к газообразному хлору и кислороду:

\ [Mg _ {(s)} + Cl_ {2 (g)} \ rightarrow MgCl_ {2 (s)} \]

\ [2Mg _ {(s)} + O_ {2 (g)} \ rightarrow 2MgO _ {(s)} \]

Ионы 2+ щелочноземельных металлов имеют конфигурацию электронов, подобную благородному газу, и, таким образом, образуют бесцветные или белые соединения (если сам анион не окрашен).Цвета пламени:

  • Кальций: кирпично-красный
  • Стронций: малиново-красный
  • Барий: зеленый

Авторы и авторство

,

Что такое активный металл? (с изображением)

Активный металл - это металл, который имеет тенденцию сильно и быстро реагировать на другие элементы из-за расположения электронов в его структуре. Эти элементы можно найти в крайнем левом углу таблицы Менделеева, в группе I. Водород в верхней части этого столбца в таблице Менделеева имеет общие характеристики, но не относится к активным металлам.

Периодическая таблица - это таблица химических элементов, в которой элементы расположены в порядке их атомного номера.

Каждый активный металл имеет один электрон на внешней оболочке. Он может легко обменять этот электрон на катион, и произойдет химическая реакция. Эта реакция иногда может иметь взрывной характер. Эти металлы настолько нестабильны, что не могут свободно появляться в чистом виде в естественной среде. Чистый активный металл взаимодействует с водой и воздухом и распадается на элемент другой формы.

Также известные как щелочные металлы, активные металлы включают, например, литий, рубидий, калий и натрий.Нестабильность этих металлов требует от исследователей, которые хотят работать с их чистыми формами, хранить их закрытыми и покрытыми инертным материалом. Масла обычно используются для изоляции активных металлов, чтобы они не вступали в реакцию с окружающим воздухом или водяным паром в воздухе. Некоторые студенты-естественники, возможно, видели демонстрации, на которых инструкторы берут куски активного металла и бросают их в емкости с водой, чтобы продемонстрировать, как эти металлы ведут себя в природе.

Активный металл может настолько сильно реагировать с водой, что вызывает взрыв.Сила реакции может вызвать поток воды из контейнера, когда элемент взаимодействует с жидкостью. Демонстрация такого рода реакций, помимо привлечения внимания студентов, которые любят взрывы, также служат предупреждением для студентов, которые могут работать с активными металлами. Металлы настолько реактивны, что могут даже вызвать химические реакции из-за пота на руках, и очень важно обращаться с ними осторожно, чтобы избежать травм.

Сама химическая активность активных металлов может сделать их полезными для различных целей.Они используются в контролируемых химических реакциях, а также в производстве различных продуктов. Литий, например, используется в сложной форме в батареях, которые известны своей чрезвычайно долговечностью. Химики работают с активными металлами в самых разных условиях, и многие из них можно заказать через научные компании-поставщики. Стоимость может варьироваться, так как некоторые металлы встречаются реже и их трудно достать, и все они требуют особых мер предосторожности при обращении с ними при производстве и упаковке.

,

Смотрите также