Сілтілік металдардың жалпы қасиеттері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

І ӘДЕБИ ШОЛУ

1.1 Сілтілік металдардың жалпы қасиеттері

Периодтық жүйенің I тобының негізгі топшасына: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr жатады. Бұл топшада орналасқан элементтер сілтілік металдар деп аталды. Себебі олардың өздері және олардың оксидтері сумен әрекеттесіп, сілтілер түзеді. Сілтілік металдардың атомдарының сыртқы энергетикалық деңгейінде бір электрон бар - ns1. Сілтілік металдардың ішінде натрий мен калий қосылыстары бізге ерте заманнан белгілі. Бұл екі элементтің де тірі азға үшін маңызы өте зор. Литий алғаш рет жеке химиялық элемент ретінде XIX ғасырдың басында ашылған болатын. Алайда өнеркәсіптік деңгейде шамамен 40 жыл бұрын қолданысқа ене бастады. Рубидий мен цезий ғылыми тұрғыдан қызығушылық тудырғанымен, өнеркәсіпте аз қолданысқа ие. 87-нші нөмірлі ұстатпайтын франций табиғатта өте аз уақытта пайда болды, сондықтан ол тек 1939 жылы ашылған болатын.
Сілтілік металдардан тек натрий мен калий ғана кең тараған. Жер қыртысындағы натрийдің массалық үлесі - 2,64 % , ал калийдің массалық үлесі - 2,60 %-ды құрайды. Литий, рубидий және цезийдің мөлшерлері біршама азырақ мөлшерді құрайды. Жер қыртысындағы литийдің массалық үлесі - 6,5·10-3 %, рубидийдің массалық үлесі - 0,031 %, цезийдің массалық үлесі - 7·10-4 %-ды құрайды. Сілтілік металдар табиғатта бос күйінде кездеспейді. Натрийдің негізгі табиғи қосылыстары галит немесе тас тұзы және мирабилит немесе глаубер тұзы минералдары болып табылады. Калийдің мағызды минералдарына сильвин, карналлит, сильвинит жатады. Рубидий және цезий шашыраңқы элемент болғандықтан, олардың қосылыстары калий минералдарының құрамында кездеседі. Франций - радиоактивті элемент. Бұл элементтің іздері табиғи уранның ыдырау өнімдерінен табылған. Франций изотопының өмір сүру мерзімінің аздығына байланысты оны көп мөлшерде алу қиындық тудырады, сондықтан металл францийдің және оның қосылыстарының қасиеттері жеткілікті түрде зерттелмеген. Сілтілік металдар иондарының үлкен ( заряды аз, радиусы үлкен) болғанымен, олардың d - электрондары жоқ және кешенді қосылыстар түзуі қиын. Кез келген басқа топта орналасқан металдардың иондарымен салыстырғанда, олардың кешенді қосылыстарының саны біршама аз. Кешен түзу қабілеті топтың төменгі жағына қарай төмендейді.
Сілтілік металдарда валенттілік электрондары s - элементтері деп те атайды. S элементтері қалыпты жағдайда кристалдық күйде болады, басқа металдарға қарағанда тығыздықтары төмен. Литий, калий және натрий судан жеңіл (0,53 - 0,86 гсм3), сондықтан су бетінде қалқып жүреді. Олардың балқу және қайнау температуралары төмен, бұл олардың кристалдық торларындағы металдық байланыстың әлсіз болуынан. Бұл олардың кристалдық торларындағы металдық байланыстың әлсіз болуынан. Бұл металдар және олардың қосылыстары жалын түсін төмендегідей өзгертеді: литий - қызыл, натрий - сары, калий - күлгін түске бояйды. Литийді 1817 жылы А.Арфведсон, рубидий мен цезийді 1861 жылы Р. Бунзен, натрий мен калийді 1807 жылы Г.Дэви ашқан.Рубидий мен цезий фотоэлементтерді жасауда қолданыс табады, өйткені жарық әсерінен ядросымен нашар байланысқан электрондары оңай үзіліп кетеді.
Сілтілік металдардың физикалық қасиеттері. Литий, натрий, калий, рубидий еркін күйінде күміс-ақ түсті металдар, цезий алтын-сары түсті. Барлық металдар өте жұмсақ және иілгіш болып келеді. Ең қаттысы литий, қалған металдарды пышақпен оңай кесуге болады. Барлық сілтілік металдар аз тығыздыққа ие. Ең жеңіл металл - литий, оның тығыздығы тек 0,53 гсм3. Сілтілік металдардың балқу және қайнау температурасы төмен, және де элементтің реттік нөмерінің артуымен металдың балқу температурасы төмендейді.

Кесте-1. Сілтілік металдардың сипаттамалары (элемент және жай зат)

Элемент
Валенттілік
электрондық формуласы
Элемент

Атом радиусы, нм
Иондану энергиясы, эВ
Электрте-рістілік
Электрон-тартқыш-тық, эвмоль
Атом көлемі, см3

2s1
0,156
5,390
1,0
0,591
12,99

3s1
0,190
5,140
0,9
0,540
23,68

4s1
0,235
4,340
0,8
0,470
45,40

5s1
0,248
4,176
0,8
0,420
55,79

6s1
0,267
3,890
0,7
0,390
70,95

7s1
0,280
3,980
--
--
--

Натрий және оның қосылыстары. Натрий периодтың III топтың негізгі топшасының элементі, атомдық нөмері 11, сондықтан ядросындағы протон саны 12, электрондық жалпы саны 11, салыстырмалы атомдық массасы 23. Натрийдің электрондары үш электрондық қабатта орналасқан: 1s2 2s2 2p6 3s1. Валенттілігі I, тотығу дәрежесі 0, +1.
Натрий табиғатта көптеп кездесетін элемент. Жер қыртысында таралуы бойынша натрий алтыншы орында тұр. Натрийдің табиғи минералдары: NaCl - галит, ас тұзы, NaNO3 - чили селитрасы, Na3AlF6 - криолит, Na2SO4 10H2O - мирабилит немесе глаубер тұзы,Na2B4O710H2O - бура.
Натрий өзінің гидроксидінің немесе хлоридінің балқымасының электролизі арқылы алынады.

2NaCl 2Na+Cl2

Натрий пышақпен оңай кесілетін жұмсақ металл (p = 0,97 гсм3),жаңа кескен кезде жылтырап тұрады, бірақ ауада тотығып күңгірт тартады, сондықтан ол барлық сілтілік металдар сияқты сусыз керосиннің астында сақталады. Электр тоғы мен жылуды өте жақсы өткізеді.
Натриймен жұмыс істегенде аса сақ болу керек, оның түйірін қолмен ұстауға болмайды, себебі ол терідегі сумен әрекеттесіп, оны күйдіреді. Металдың қалдығын кез келген жерге тастауға болмайды.
Натрий ғылым мен техниканың әр алуан саласында қолданылады; ядролық реакторларда жылу тасымалдаушы ретінде, органикалық реакцияларда өршіткі, медицинада радиоактивті изотоп күйінде қолданылады.
Натрий - органикалық синтезде, металдар алуда тотықсыздандырғыш ретінде, жылуды жақсы өткізетіндіктен авиамоторлардың тоңазытқыш жүйелерінде.
NaCl - физиологиялық ерітінде (0,9 %) қан плазмасын уақытша ауыстыру үшін, керамика өндірісінде, консервант ретінде; NaOH - сабын, қағаз, жасанды жібек өндірістерінде, мұнай өндеуде; Na2CO3- шыны, сабын өндірістерінде, судың кермектілігін жоюда; NaHCO3 - шыны, кондитер өндірістерінде; NaNO3 - азобояулар алуда, азотты тыңайтқыш ретінде; Na2SO4 - шыны және вискоза талшығын алуда; Na2SO3 - консервант, ағартқыш, залалсыздандырғыш ретінде; Na2O2 - сүңгуір қайықтарда оттегін алу үшін қолданылады:

2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

Натрийдің қосылыстарын жалынның түсін сары түске бояуы арқылы анықтауға болады.Натрий гидроксиді - қағаз, сабын, дәрі-дәрмек, жасанды талшық өндірісінде, мұнай өнімдерін тазартуда қолданылады. NaOH - каустикалық сода, күйдірігіш натр деген атпен белгілі; өте су тартқыш (гигроскопиялық), ақ түсті қатты зат. Ол суда ерігенде көп мөлшерде жылу бөлінеді, ерітіндісі сілті деп аталады.Алу әдістері төмендегідей:

2Na+ 2H2O = 2NaOH + 2H2

Na2CO3+ Ca(OH)2 = CaCO3 + 2NaOH

Калийді натриймен бірдей уақытта Г.Дэви анықтаған болатын. Калий гидроксидінің сулы электролизі кезінде анықтаған. Элемент өз атауын осы қосылыстың атауынан күйдіргіш калий алған болатын. Калийдің қасиеттері натрийдің қасиеттерінен едәуір ерекшеленеді, бұл олардың атомдары мен иондарының радиусы шамаларының айырмашылығына байланысты.
Калий. Калий IV периодтың I топтың негізгі топшасының элементі. Атомдық нөмері 19, сондықтан ядро заряды +19, электрондардың жалпы саны да 19, нейтрон саны 20, салыстырмалы атомдық массасы 39. Калийдің 19 электроны төрт денгейде бөлініп орналасқан:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1Валенттілік электроны 4s1, валенттілігі I, тотығу дәрежесі 0, +1. Калий табиғатта таралуы бойынша жетінші орында тұр, оның табиғи минералдары сильвинит KClNaCl , карналлит KClMgCl26H2O, каинит KClMgSO46H2O, өсімдіктің күлінде сақар K2CO3 күйінде кездеседі. Рубидий мен цезий калий минералдарымен бірге болады (Ақтобе облысында Жыландыда, Атырау өңірінде). Калийді оның хлоридінің балқу температурасы жоғары болғандықтан (6500C) көбінесе гидроксидінің балқындысын (сақар қосылған) электролиздеу арқылы алады.
Калий жеңіл (), оңай кесілетін, балқу температурасы 64[0]C, қайнау температурасы 776 [0]C болатын металл. Калийдің химиялық белсенділігі өте жоғары, ол металдардың электрохимиялық кернеу қатарының басында (Li - ден кейін) орналасқан ().
Калий және оның қосылыстарының қолданылуы. Калий - атомдық реакторларда жылу тасымалдаушы ретінде;
KNO3 - кешенді тыңайтқыш, қара дәрінің құрам бөлігі (75 % KNO3, 15% C, 10% S). Қара дәрінің қопарылу реакциясы:

2KNO3 + 3C + S = K2S + N2 + 3CO2
Себебі,
2KNO3 2KNO2 + O2

K2CO3 - шыны, сабын өндірісінде, нан-тоқаш өндірісінде қопсытқыш ретінде;
KJ - Люголь ерітіндісін дайындауда (J2 + KJ), баспадан (ангина) емдеу үшін, иодталған ас тұзын алу үшін.
KClO3 - бертолле тұзы, калий хлораты; сіріңке өндірісінде, пиротехникада, оттегін алу үшін қолданылады.

2 KClO3 = 2KCl + 3O2

Калийдің қосылыстарын жалынның түсін күлгін түске бояуына қарай анықтаймыз.
1861 жылы минерал тұздарын спектралды талдаумен зерттегенде Роберт Бунзен жаңа элементті тапты. Оның болуы басқа элементтер көрсетпеген спектрде қара-қызыл сызықтармен дәлелденді. Бұл сызықтардың түсі бойынша элемент рубидий деп аталды (rubidus -- қара-қызыл). 1863 ж. Бунзен бұл металды таза күйінде рубидия тарратын (шарап қышқыл тұзы) күйемен қалпына келтірді. Элементтің ерекшелігі-оның атомдарының жеңіл қоздырғыштығы. Көрінетін спектрдің қызыл сәулелерінің әсерінен электрондық эмиссия пайда болады.
Цезийдің ашылуы рубидий сияқты спектральды талдаумен байланысты. 1860 ж.т. Бунзен белгілі бір элементке жатпайтын спектрдегі екі ашық көгілдір сызыққа тап болды. Осыдан "цезиус" (caesius - аспан көк) атауы пайда болды. Бұл элемент сілтілік металдар тобына жататын соңғы элемент. Ең үлкен атомдық радиус және ионизацияның ең кіші потенциалдары осы элементке тән. Цезий металдық қасиетке ие. Сыртқы 6s-электронын беруге ұмтылуы оның барлық реакцияларда қарқынды әрекеттесетінене айқын дәлел. Атомдық 5D-және 6S-орбиталь энергияларының аздаған айырмашылығы атомдардың жеңіл қоздырғыштығын тудырады. Цезийде электрондық эмиссия көрінбейтін инфрақызыл сәулелердің (жылу) әсерінен байқалады. Атом құрылымының көрсетілген ерекшелігі элементтің жақсы ток өткізгіш екенін сипаттайды. Осының бәрі электрондық аспаптарда цезийдің таптырмас элемент екеніне дәлел. Соңғы уақытта болашақ отыны ретінде және термоядролық синтез проблемасын шешуге байланысты цезий плазмасына көп көңіл бөлінуде.
Ауада литий тек оттегімен ғана емес, азотпен де белсенді әрекет етеді және Li3N (75% дейін) және Li2O тұратын пленкамен жабылады.
Сілтілік металдардың қолданылуы. Сілтілік металдардың ішіндегі ең көп қолданылатыны - натрий. Оны көбінесе металдар мен құймалар өндірісінде қолданады. Және де натрий бейорганикалық және органикалық қосылыстар, мысалы Na2O2, NaCN алу үшін қолданылады. Ол органикалық қосылыстардың тотықсыздандырғышы, кейбір реакциялардың катализаторлары болады. Натрийдің калиймен құймасы ядролық энергия көздерінде жылутасымалдағыш (жылуды тасымалдаушы) ретінде қолданылады. Сілтілік металдардың басқалары көп қолданысқа ие емес. Калий, рубидий мен цезийді жарық энергиясын электр энергиясына айналдыратын фотоэлементтер жасауға қолданады. Калий ядролық реакторларда жылутасымалдағыш ретінде қолданылатын құймалар құрамына енеді. Литий мыс, магний және алюминий негізіндегі құймалар өндірісінде (құймалардың жеңіл болуын қамтамасыз етеді) қолданылады. Халық шаруашылығында натрий мен калий қосылыстары кеңінен қолданылады. Натрий хлориді натрий, хлор, хлорсутек қышқылы және сожда сияқты маңызды химиялық қосылыстар өндірісіне қажетті шикізат ретінде қолданылады. Натрий сульфаты күкірт қышқылы, сода және шыны өндірісінде пайдаланылады.

1.2 Сілтілік металдар негізіндегі жалынсыз қыздырғыштар.

Жалынсыз қыздырғыштар далалық жағдайларда тағамдарды жылыту мақсатында қолданылатын химиялық жылу көздері. Көптеген зерттеулер көрсеткендей жалынсыз қыздырғыштар жеңіл, қауіпсіз, пайдалануға ыңғайлы, баптауларды мүлде немесе жартылай қажет етпейтін, тағамды жылдам жылытатын және жалынсыз болуы қажет. Жалынсыз қыздырғыштар түнгі уақытта әртүрлі жағдайларда қолдануға ыңғайлы, және желдің немесе қолайсыз ауа райының әсеріне ұшырамайды.
Жалынсыз қыздырғыштар пакет-қыздырғыштан тұрады. Қыздырғыш элемент (пакет-қыздырғыш) - ақ кеуекті пакет, оның ішінде химиялық қоспа болады. Сумен жанасқанда қыздырғыш элемент суды буландыра жылудың айтарлықтай мөлшерін бөліп шығарады. Осы кезде бөлінген бу температурасы +80оС-қа дейін көтеріледі. Жалынсыз қыздырғыштар - тағамды қыздыру үшін пайдаланылатын белсенді экзотермиялық, химиялық қыздырғыш болып табылады. Жалынсыз қыздырғыштар американдық әскери топтың талабы бойынша, 226,8 г жалынсыз қыздырғыш 12 минут аралығында температураны 560С көтере алу қажет. Және де бұл жалынсыз қыздырғыштарда көзге көрінетін жалын болмайды. Жалынсыз қыздырғыштар құрамына аз мөлщерде темір, ас тұзы және жұқа ұнтақталған металл магний кіреді. Реакцияны белсендіру үшін судың аз мөлшерін қосады. Жалынсыз қыздырғыштар алу барысында тотығу - тотықсыздану процесі орын алады. Су келесі химиялық реакцияға сәйкес металл магнийді тотықтырады:

Mg + 2H2O -- Mg (OH)2 + H2 [+ жылу (q)] (1)

Бұл реакция темірдің оттегімен әрекеттесуіне ұқсас. Бірақ реакция баяу жылдамдықта өткендіктен, темір бөлшектері мен ас тұзы реакциясын жеделдету үшін магний бөлшектері қосылады.
Қазіргі таңда әлемнің көптеген елдерінде жалынсыз қыздырғыштардың жаңа құрамын әзірлеуге көп көңіл бөлінуде. Жылытқыштар консервіленген өнімдермен бірге АҚШ, Еуропа, Жапония, Ресей және басқа елдердің әскери қызметшілерінің жеке тамақтану рациондарының құрамына кіреді. Олар азық-түлік жылыту үшін қарапайым қауіпсіз әдісті қамтамасыз етеді.
1980 жылдары КСРО-да қарулы күштер қызметкерлері мен кәсіптері далалық қызметпен байланысты барлық адамдар үшін жеке тамақтану рационын жақсарту бойынша жұмыстар жүргізе бастады. Тәжірибе барысында жалынсыз қыздырғыштар толық от көзіне лайықты алмастыру деп санады. Өкінішке орай, Қазақстанда отсыз тамақ жылытқыштарын әзірлеу бойынша зерттеу жұмыстары жоқ. Қазақстандағы жалынсыз қыздырғыштардың құрамдары әлемнің түрлі елдерінен импортталады. Сондықтан ұлттық мүдделер шеңберінде тамақты жалынсыз қыздырғыштардың отандық құрамдарын құру бойынша ғылыми зерттеулер мен технологиялық әзірлемелерді жүргізу өзекті болып табылады және практикалық маңызы бар.
Жылыту элементі ретінде химиялық қоспасы бар ақ кеуекті пакет қолданылады. Сумен жанасқан кезде жылыту элементі ішіне түскен суды буландыра отырып, айтарлықтай ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.