Третья планета

Рефераты по естественным наукам

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.
  2. 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

     

  3. История открытия.
  4. 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.

     

  5. Физические свойства.
  6. 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

     

  7. Химические свойства.
  8. 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.

     

  9. Едкие щелочи. Соли металлов.
  10. 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.

  11. 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.

Атлас мира: страны и города. История земли, мир животных, биология, ботаника, географические карты, общая география...


Третья планета © 2007-
При копировании материалов с сайта, гиперссылка на сайт обязательна.
Рейтинг@Mail.ru