реферат
з хімії
Тема: Калій і натрій.
виконав:
Учень 11а класу
71 школи
Сиваков Микола
Санкт-Петербург
2001р.
зміст
1. Історія калію і натрію. 3
2. Натрій і калій в природі. 5
3. Отримання, застосування натрію і калію. 6
4. Фізичні властивості. Хімічні властивості. 7
5. Їдкі луги. 8
6. Солі натрію і калію. 10
7. Список використаної літератури 11
З історії калію і натрію.
Назва "натрій" (англ. І франц. Sodium, ньому. Natrium) походить від стародавнього слова, поширеного в Єгипті, у стародавніх греків (vixpov) і римлян. Воно зустрічається у Плінія (Nitron), у інших стародавніх авторів і відповідає староєврейської нетер (neter). У стародавньому Єгипті натроном, або нітроном, називали взагалі луг, отримувану не тільки з природних содових озер, а й з золи рослин. Її вживали для миття, виготовлення глазурі, при муміфікації трупів. В середні віки назва нитрон (nitron, natron, nataron), а також борах (baurach), відносилося і до селітрі (Nitrum). Арабські алхіміки називали лугу alkali. З відкриттям пороху в Європі селітру (Sal Petrae) стали строго відрізняти від лугів, і в XVII ст. вже розрізняли нелеткі, або фіксовані лугу, і летючу луг (Alkali volatile). Разом з тим було встановлено відмінність між рослинної (Alkali fixum vegetabile - поташ) і мінеральної лугом (Alkali fixum minerale - сода). В кінці XVIII ст. Клапрот ввів для мінеральної лугу назву натрон (Natron), або натр і для рослинної - калі (Kali), Лавуазьє помістив лугу в "Таблицю простих тіл", вказавши в примітці до неї, що це, ймовірно, складні речовини, які коли- небудь будуть розкладені. Дійсно, в 1807 р Деві шляхом електролізу злегка зволожених твердих лугів отримав вільні метали - калій і натрій, назвавши їх калій (Potassium) і содій (Sodium). Наступного року Гільберт, видавець відомих "Анналів фізики", запропонував іменувати нові метали калієм і натрона (Natronium); Берцеліус скоротив остання назва до "натрій" (Natrium). На початку XIX ст. в Росії натрій називали содіем (Двигубский, 182i; Соловйов, 1824); Страхов пропонував назву содь (1825). Солі натрію називалися, наприклад, сірчанокисла сода, гідрохлоровая сода і одночасно оцтовий натр (Двигубский, 1828). Гесс, за прикладом Берцеліуса, ввів назву натрій.
Калій (англ. Potassium, франц. Potassium, ньому. Kalium) відкрив в 1807 р Деві, який виробляв електроліз твердого, злегка зволоженого їдкого калі. Деві іменував новий метал потассием (Potassium), але ця назва не прижилася. Хрещеним батьком металу виявився Гільберт, відомий видавець журналу "Annalen deг Physik", який запропонував назву "калій"; воно було прийнято в Німеччині та Росії. Обидві назви походять від термінів, що застосовувалися задовго до відкриття металевого калію. Слово калій утворено від слова поташ, що з'явився, ймовірно, в XVI ст. Воно зустрічається у Ван Гельмонта і в другій половині XVII ст. знаходить широке застосування в якості назви товарного продукту - поташу - в Росії, Англії і Голландії. У перекладі на російську мову слово potashe означає "кімнатних зола або зола, виварена в горщику"; в XVI - XVII ст. поташ отримували у величезних кількостях з деревної золи, яку виварювали у великих казанах. З поташу готували головним чином літрованную (очищену) селітру, яка йшла на виготовлення пороху. Особливо багато поташу вироблялося в Росії, в лісах поблизу Арзамаса і Ардатові на пересувних заводах (майданах), що належали родичу царя Олексія Михайловича, ближньому боярину Б.І.Морозова. Що стосується слова калій, то воно походить від арабського терміна жадали (лужні речовини). В середні віки лугу, або, як тоді говорили, лужні солі, майже не відрізняли один від одного і називали їх іменами, що мали однакове значення: натрон, боракс, Варека т. Д. Слово калі (qila) зустрічається приблизно в 850 р у арабських письменників, потім починає вживатися слово Qali (al-Qali), яке позначало продукт, одержуваний з золи деяких рослин, з цими словами пов'язані арабські qiljin або qaljan (зола) і qalaj (обпалювати). В епоху іатрохіміі лугу стали поділяти на "фіксовану ванні" і "летючі". У XVII ст. зустрічаються назви alkali fixum minerale (мінеральна фіксована луг або їдкий натр), alkali fixum. vegetabile (рослинна фіксована луг або поташ і їдке калі), а також alkali volatile (летюча луг або NН3). Блек встановив відмінність між їдкими (caustic) і м'якими, або вуглекислими, лугами. В "Таблиці простих тіл" луги не фігурують, але в примітці до таблиці Лавуазьє вказує, що фіксовані лугу (поташ і сода), ймовірно, являють собою складні речовини, хоча природа їх складових частин ще не вивчена. У російській хімічної літературі першої чверті XIX ст. калій називався калій (Соловйов, 1824), поташ (страхові, 1825), поташ (Щеглов, 1830); в "Магазині Двигубского" вже в 1828 р поряд з назвою поташ (сірчанокислий поташ) зустрічається назва калі (їдке калі, калі соляний і ін.). Назва калій стало загальноприйнятим після виходу у світ підручника Гесса.
Натрій і калій.
У природі лужні метали у вільному вигляді не зустрічаються. Натрій і калій входять до складу різних з'єднань. Найбільш важливим є поєднання натрію з хлором NaCl, яке утворює поклади кам'яної солі (Донбас, Солікамск, Соль-Илецк і ін.) Хлорид натрію міститься також в морській воді і соляних джерелах. Зазвичай верхні шари покладів містять калійні солі. Вони є в морській воді, проте в значно менших кількостях, ніж солі натрію. Найбільші в світі запаси калійних солей знаходяться на Уралі в районі Солікамська (мінерали сильвініт NaCl * KCl * MgCl * 6H2 O). Розвідані і експлуатуються великі поклади калійних солей в Білорусі (г.Солігорск).
Натрій і калій відносяться до числа розповсюджених елементів. Вміст натрію в земній корі становить 2,64%, калію - 2,6%.
Отримання, застосування натрію і калію.
Натрій отримують електролізом розплавленого хлориду натрію або гідроксиду натрію. При електролізі розплаву NaCl на катоді виділяється натрій:
Na + + e- = Na
А на аноді - хлор:
2Cl - 2e- = Cl2
При електролізі розплаву NaOH на катоді виділяється натрій (рівняння реакції наведено вище), а на аноді - вода і кисень:
4OH- - 4e- = 2H2 O + O2
Внаслідок дорожнечі гідроксиду натрію основним сучасним методом отримання натрію є електроліз розплаву NaCl.
Калій також можна отримати електролізом розплавлених KCl і KOH. Однак цей спосіб отримання калію не знайшов поширення через технічні труднощі (низький вихід по току, труднощі забезпечення техніки безпеки). Сучасне промислове отримання калію засноване на наступних реакціях:
KCl + Na Û NaCl + K (а)
KOH + Na Û NaOH + K (б)
У способі (а) через розплавлений хлорид калію пропускають пари натрію при 8000 С, а випари калію конденсують. У способі (б) взаємодія між розплавленим гідроксидом калію і рідким натрієм здійснюється протитечією при 4400 С в реакційній колоні з нікелю 1 .
Цими ж способами отримують сплав калію з натрієм, який застосовується як рідкий металевий теплоносій в атомних реакторах.
Сплав калію з натрієм використовується також в якості відновника у виробництві титану.
Калій та його сполуки широко використовуються в різних галузях господарства. Пероксид елемента № 19 необхідний при отриманні деяких барвників, при гідролізі крохмалю, виробництві пороху, отбелке тканин. Регенерація повітря в космічних кораблях і підводних човнах здійснюється за допомогою все тих же пероксидів натрію і калію. Без їдких лугів не звариш мило. Причому найкраще-рідке туалетне, а також спеціальні медичні сорти отримують, використовуючи їдкий калій. Поташ багато йде на виробництво скла.
Фізичні властивості.
Оскільки в атомах лужних металів один зовнішній електрон доводиться на 4 і більше вільні орбіталі, а енергія іонізації атомів низька, то між атомами металів виникає металева зв'язок. Для речовини з металевим зв'язком характерні металевий блиск, пластичність, м'якість, хороша електрична провідність і теплопровідність. Такими властивостями володіють калій і натрій.
Натрій і калій - сріблясто-білі метали, щільність першого - 0,97г / см3, другого - 0,86 г / см3, дуже м'які, легко ріжуться ножем.
Природний натрій складається з одного ізотопу 
, Калій - з двох стабільних ізотопів 
(0,01%). У дослідженнях застосовуються радіоактивні ізотопи, одержувані штучним шляхом: 
, 
і 
.
Хімічні властивості.
Атоми натрію і калію при хімічній взаємодії легко віддають валентні електрони, переходячи в позитивно заряджені іони: Na + і K +. Обидва металу - сильні відновники.
На повітрі натрій і калій швидко окислюються, тому їх зберігають під шаром гасу. Вони легко взаємодіють з багатьма неметалами - галогенами, сіркою, фосфором і ін. Бурхливо реагують з водою. З воднем при нагріванні утворюють гідриди NaH, KH. Гідриди металів легко розкладаються водою з утворенням відповідної лугу і водню:
NaH + H2 O = NaOH + H2 
При згорянні натрію в надлишку кисню утворюється пероксид натрію Na2 O2, який взаємодіє з вологим вуглекислим газом повітря, виділяючи кисень:
2Na2 O2 + 2CO2 = 2Na2 CO3 + O2
На цій реакції засноване застосування пероксиду натрію для отримання кисню на підводних човнах і для регенерації повітря в закритих приміщеннях.
Їдкі луги.
Їдкими лугами називаються добре розчинні у воді гідроксиди. Найважливіші з них NaOH і KOH.
Гідроксид натрію і гідроксид калію - білі, непрозорі, тверді кристалічні речовини. У воді добре розчиняються з виділенням великої кількості теплоти. У водних розчинах практично без остачі дисоційований і є сильними лугами. Виявляють всі властивості підстав.
Тверді гідроксиди натрію і калію та їх водні розчини поглинають оксид вуглецю (IV):
NaOH + CO2 = NaHCO3
2NaOH + CO2 = Na2 CO3 + H2 O
або в іншій формі:
OH- + CO2 = HCO 
2OH- + CO2 = CO 
+ H2 O
У твердому стані на повітрі NaOH і KOH поглинають вологу, завдяки чому використовуються як осушувачі газів.
У промисловості гідроксид натрію і гідроксид калію отримують електролізом концентрованих розчинів відповідно NaCl і KCl. При цьому одночасно виходять хлор і водень. Катодом служить залізна сітка, анодом - графіт.
Схему електролізу (на прикладі KCl) слід представляти так, KCl повністю дисоціює на іони K + і Cl-. При проходженні електричного струму до катода підходять іони K +, до анода - хлорид-іони Cl-. Калій в ряду стандартних електродних потенціалів розташований до алюмінію, і його іони відновлюються (приєднують електрони) набагато важче, ніж молекули води. Іонів же водню H + в розчині дуже мало. Тому на катоді розряджаються молекули води з виділенням молекулярного водню:
2H2 O + 2e- = H2 + 2OH-
Хлорид-іони в концентрованому розчині легше віддають електрони (окислюються), ніж молекули води, тому на аноді розряджаються хлорид-іони:
2Cl- - 2e- = Cl2
Загальне рівняння електролізу розчину в іонної формі:
2Cl- - 2e- = Cl2 1
2H2 O + 2e- = H2 + 2OH- 1
2Cl- + 2H2 O електроліз H2 + 2OH- + Cl2
або
2KCl + 2H2 O електроліз H2 + 2KOH + Cl2
Аналогічно протікає електроліз розчину NaCl. Розчин, що містить NaOH і NaCl, піддається упарювання, в результаті чого випадає в осад хлорид натрію (він має набагато меншу розчинність і вона мало змінюється з температурою), який відокремлюють і використовують для подальшого електролізу. Гідроксид натрію отримують в дуже великих кількостях. Він є одним з найважливіших продуктів основної хімічної промисловості. Застосовують його для очищення нафтових продуктів - бензину і гасу, для виробництва мила, штучного шовку, паперу, в текстильній, шкіряній, хімічної промисловості, а також в побуті (каустик, каустична сода).
Більш дорогий продукт - гідроксид калію - застосовується рідше, ніж NaOH.
Солі натрію і калію.
Натрій утворює солі з усіма кислотами. Майже всі його солі розчинні у воді. Найважливіші з них - хлорид натрію (кухонна сіль), сода і сульфат натрію.
Хлорид натрію NaCl - необхідна приправа до їжі, використовується для консервування харчових продуктів, а також служить сировиною для отримання гідроксиду натрію, хлору, соляної кислоти, соди та ін.
Сульфат натрію Na2 SO4 застосовується у виробництві соди і скла. З водних розчинів кристалізується десятіводний гідрат Na2 SO4 * 10H2 O, званий глауберової сіллю. Глауберова сіль застосовується в медицині як проносне. Солі натрію (іони натрію) забарвлюють полум'я пальника у жовтий колір. Це дуже чутливий метод для виявлення натрію в з'єднаннях.
Калійні солі використовують головним чином як калійні добрива. Солі калію (іони калію) забарвлюють полум'я пальника в фіолетовий колір. Однак у присутності навіть нікчемних кількостей сполук натрію фіолетовий колір маскується жовтим. В цьому випадку його можна помітити через синє скло, поглинає жовті промені.
Список використаної літератури.
1. "Основи загальної хімії". Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлін. Москва "Просвещение" 1980 р
2. "Посібник з хімії для вступників до вузів". Г.П.Хомченко. 1976 р
1 Тут має місце зміщення рівноваги реакцій в бік утворення продуктів.
