Загальна характеристика елементів І А групи.

Головна підгрупа першої групи періодичної системи включає елементи літій, натрій, калій, рубідій і цезій, а також дуже нестабільний елемент францій. Останній зустрічається в ряду радіоактивного розпаду актинію. Всі ці елементи об’єднують під спільною назвою лужні метали, так як гідроксиди двох головних представників цієї групи – натрію і калію – здавна були відомі під назвою лугів. З цих лугів, піддаючи їх у розплавленому стані електролізу Деві в 1807 році вперше добув вільні калій і натрій.

У зовнішньому електронному шарі атоми лужних металів мають по одному електрону. У передостанньому електронному шарі у атома Li є два електрони, а у атомів решти лужних металів – по 8 електронів. Маючи у зовнішньому електронному шарі лише по одному електрону, який перебуває на порівняно великій відстані від ядра, атоми цих елементів досить легко віддають цей електрон, тобто характеризуються низькою енергією іонізації. Однозарядні позитивні іони, що при цьому утворюються, мають стійку електронну структуру відповідного інертного газу (іон Li – структуру атома гелію, іон натрію – атома неону, іон калію – атома аргону). Легкість віддавання зовнішніх електронів характеризує розглядувані елементи як найтиповіші представники металів: металічні властивості у лужних металів виявлені особливо різко.

Однакова будова не тільки зовнішнього, а й передостанього електронного шару атомів усіх лужних металів, крім літію, зумовлює велику подібність властивостей цих елементів. В той же час збільшення заряду ядра і загального числа електронів в атом при переході згори вниз по підгрупі створює деякі відмінності в їхніх властивостях: більш легке віддавання валентних елктронів і посилення металічних властивостей із збільшенням порядкового номера.

Порівняно з елементами інших підгруп у елементів першої групи головної підгрупи найнижчі перші енергії іонізації, а розміри атомів й іонів найбільші. Отже, у них найбільшвиражені металічні властивості і вони проявляють СТО тільки +1, так як друга енергія іонізації дуже сильно відрізняється від першої за значенням (для Li приблизно в 15 разів вища за першу енергію іонізації, для Cs – в 8 разів). Найнижчу енергію іонізації серед лужних, як і серед інших металів, має францій, тому за своїми хімічними властивостями він є найактивніший метал.

У зовнішньому електронному шарі атоми лужних металів мають по одному електрону. У передостанньому електронному шарі у атома Li є два електрони, а у атомів решти лужних металів – по 8 електронів. Маючи у зовнішньому електронному шарі лише по одному електрону, який перебуває на порівняно великій відстані від ядра, атоми цих елементів досить легко віддають цей електрон, тобто характеризуються низькою енергією іонізації. Однозарядні позитивні іони, що при цьому утворюються, мають стійку електронну структуру відповідного інертного газу (іон Li – структуру атома гелію, іон натрію – атома неону, іон калію – атома аргону). Легкість віддавання зовнішніх електронів характеризує розглядувані елементи як найтиповіші представники металів: металічні властивості у лужних металів виявлені особливо різко.

Однакова будова не тільки зовнішнього, а й передостанього електронного шару атомів усіх лужних металів, крім літію, зумовлює велику подібність властивостей цих елементів. В той же час збільшення заряду ядра і загального числа електронів в атом при переході згори вниз по підгрупі створює деякі відмінності в їхніх властивостях: більш легке віддавання валентних елктронів і посилення металічних властивостей із збільшенням порядкового номера.

У вигляді простих речовин лужні метали – це сріблясто-білі метали (за виключенням Cs – золотисто-жовтий) з об’ємно-центрованою кристалічною решіткою.

Як видно з приведенням даних густина металів невелика (Li, Na, K легші за воду), температури плавлення і кипіння невисокі. Ці метали дуже м’які, легко ріжуться ножем.

Всі лужні метали дуже реакційноздатні і на повітрі одразу окислюються; цезій і рубідій самозамаються. Тому всі вони зберігаються під шаром часу або парафінової олії.

Лужні метали володіють найбільш вираженою електропозитивністю. Правило, що електропозитивний характер елементів, тобто намагання перейти в електропозитивний стан, всередині однієї і тої ж головної підгрупи періодичної системи збільшується із зростанням атомної маси, чітко проглядається у лужних металів.

Наприклад, більш електропозитивний характер калію порівняно з натрієм проявляється у різному відношенні цих металів до води. Натрій енергійно взаємодіє з водою і навіть плавиться завдяки теплоті, яка виділяється внаслідок реакції, однак водень, який виділився не загоряється навіть при доступності повітря, якщо тільки кулька натрію може вільно рухатися по поверхні води. Калій реагує з водою настільки активно, що водень, який виділяється при контактуванні з повітрям зразу займається. Ще більш чіткі відмінності між обома елементами спостерігаються в їх відношенні до брому і йоду. Натрій реагує з бромом при кімнатній температурі лише з поверхні; а з йодом його обережно можна навіть силавити без видимої взаємодії. Якщо ж в рідкий бром вкинути шматок калію, то відбувається сильний вибух; це ж спостерігається при нагріванні калію з йодом.

Поширення. Завдяки надзвичайній схильності до окиснення лужні метали ніколи не зустрічаються у вагових (чи зважуваних) кількостях у вільному стані, а лише включно у формі своїх сполук. Однак, саме в такому вигляді натрій і калій належать до найбільш поширених елементів. Їх вміст в земній корі складає» 2, 4 – 2, 6%. Натрій виявлено в атмосфері Сонця і міжзірковому просторі. Найважливіші мінерали натрію: NaCl (кам’яна сіль, галіт), Na₂SO₄ × 10H₂O (мірабіліт, глауберова сіль), Na₃AlF₆ (кріоліт), Na₂B₄O₇ × 10H₂O (бура); він входить у склад багатьох природніх силікатів і алюміносилікатів. Сполуки натрію містяться в рослинних і тваринних організмах, в останньому випадку головним чином у вигляді NaCl. В крові люлюдини іони Na⁺ складають 0, 32%, в кістках = 0, 6%, в м’язевій тканині 0, 6 –1, 5 %.

Найбільш важливими мінералами калію є: сильвін KCl, сильвініт KCl× NaCl, карналіт KCl× MgCl₂× 6H₂O, каїніт KCl× MgSO₄× 3H₂O.

В морській воді K і Na містяться у співвідношенні 1: 40.

Літій – типовий літофільний елемент. Найважливіші його мінерали: сподумен LiAlSi₂O₆ і петаліт LiAlSi₄O₁₀.

Рубідій і цезій власних мінералів не утворюють, а трапляються як домішки до до калійних та іноді літієвих мінералів.

Із зеленої поверхні К потрапляє в рослини. Тому він міститься в їхньому попелі у вигляді карбонату (поташу). І навпаки, вміст натрію у попелі материкових рослин незвичайний. Тільки прибережні і морські рослини містять великі кількості натрію, головним чином у виглядіорганічних сполук. Окремі рослини містять також помітні кількості літію, наприклад, тютюн.

Добування і застосування. Лужні метали Li і Na добувають електролізом їхніх розплавлених гідроксидів, хлоридів або легкоплавких сумішей хлоридів.

Найважливішою областю застосування літію є атомна енергетика. Його використовують як джерело отримання тритію;, а також, як теплоносій в атомних реакторах.

Натрій використовується в металотермії. Металічний натрій і його рідкий сплав з калієм використовують в органічному синтезі. Як відновник використовується часто амальгама натрію. Як теплоносій застосовується в ядерних енергетичних установках, в клапанах авіаційних двигунів, в хімічних виробництвах (для рівномірного нагріву в області 450 - 650°С).

В техніці калій отримують натрій термічним методом з розплавленого гідроксиду або хлориду; Pb i Cs – методами металотермії і термічним розкладом сполук.

K, Pb, Cs – при нагріванні і освітленні порівняно легко втрачають електрони. Ця здатність робить їх цінним матеріалом для виготовлення фотоелементів.