Натрий и калий как представители щелочных металлов: строение атомов, распространение в природе. Физические и химические свойства натрия и калия. Добыча применение натрия и калия

Натрий и калий являются элементами главной подгруппы I группы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. На внешнем энергетическом уровне атомов этих элементов находится 1 неспаренный s-электрон. Пытаясь завершить внешний энергетический уровень, атомы этих элементов энергично отдают один электрон и проявляют свойства активных восстановителей. В своих соединениях эти элементы являются одновалентными. Итак, Натрий и калий — типичные представители щелочных металлических элементов.

В природе щелочные элементы встречаются только в виде солей. Важнейшими минералами натрия является каменная соль или галит NaCl, чилийская селитра NaNO3, глауберова соль или мирабилит Na2SO4 · 10H2O. Большое количество солей натрия кристаллизуется при испарении морской воды. Массовая доля натрия в земной коре составляет 2,6%. Калий, как и натрий, является достаточно распространенным химическим элементом. Массовая доля калия в земной коре — 2,5%. Природные соли калия — сильвин KCl, сильвинит КCl · NaCl, карналлит КCl · MgCl2 · 6H2O. Калий входит в состав полевых шпатов и слюды.

Катионы натрия и калия играют важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Натрий содержится в костной ткани, крови, мозга, легких, жидкости глаза, спинномозговой жидкости. Катионы натрия участвуют в поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия, в проведении нервных импульсов. Калий содержится в костной ткани, мышцах, крови, мозге, сердце, почках. Катионы калия участвуют в проведении биоэлектрических потенциалов в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и других мышц, поддерживают осмотическое давление в клетках, активируют некоторые ферменты.

По физическим свойствам натрий и калий являются типичными металлами. Они серебристо-белый цвет, высокую электропроводность и теплопроводность. Отличаются они тем, что достаточно пластичными, мягкими (их легко резать ножом), легкими (плавают на поверхности воды) и легкоплавкими. Свежие срезы натрия и калия блестят. Эти металлы очень активны, поэтому их хранят под слоем керосина, или в запаянных ампулах.

Натрий и калий имеют высокую химическую активность и являются сильными восстановителями. На воздухе натрий и калий легко окисляются. Продуктами реакции являются соответствующие оксиды и пероксиды этих элементов:

4Na + O2 = 2Na2O

2Na + O2 = Na2O2

4K + O2 = 2K2O K + O2 = KO2.

Натрий и калий активно реагируют с галогенами с выделением света. При взаимодействии натрия с хлором образуется натрий хлорид:

2Na + Сl2 = 2NaСl.

Продуктами реакций натрия и калия с серой являются сульфиды этих элементов, например:

2K + S = K2S.

При взаимодействии натрия и калия с водой образуется соответствующий луг и газовать водород.

Натрий реагирует с водой достаточно активно:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑.

Реакция калия с водой происходит еще активнее с возможным самовоспламенением водорода:

2K + 2H2O = 2KOH + H2.

Натрий и калий добывают электролизом расплавов хлоридов и гидроксидов этих элементов. Впервые натрий и калий были получены в 1807 году английским ученым Хэмфри Дэви.

Натрий используют как наполнитель газоразрядных ламп. В металлургии натрием восстанавливают некоторые редкие металлы: титан, цирконий, тантал. Калий используется в фотоэлементах. Натрий, калий и их сплавы применяют как теплоносители в ядерных энергетических установках. Калий является важным элементом для развития растений, и вносится в почву в виде калийных удобрений.