khimie.ru

Главная подгруппа группы периодической системы включает элементы литий, натрий, калий, рубидий и цезий, а также крайне нестабильный элемент франций. Последний встречается в ряду радиоактивного распада актиния. Все эти элементы объединяют под общим названном щелочные металлы, так как гидроксиды главных представителей (натрия и калия) этой подгруппы известны под названием «щелочей». Щелочные металлы очень мягки и обладают весьма низким для металлов удельным весом. Характерна их чрезвычайная легкоплавкость, а также низкие точки кипения.

В химическом отношении щелочные металлы крайне реакционно-способны. Все они разлагают как воду, так и спирт с выделением водорода:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

2Na + 2C₂H₅OH = 2C₂H₅OH + H₂

На влажном воздухе щелочные металлы тотчас тускнеют и вскоре покрываются толстой коркой гидроксида. Поэтому их следует хранить под слоем керосина или парафинового масла. При незначительном нагревании на воздухе или в струе кислорода они воспламеняются. Продуктами сгорания большинства щелочных металлов являются не нормальные оксиды, а перекиси. Во всех соединениях щелочные металлы проявляют валентность только 1; поскольку соединения можно рассматривать как гетерополярные, щелочные металлы в них всегда несут — один положительный заряд. Щелочные металлы обладают наиболее ярко выраженным электроположительным характером. Правило, что электроположительный характер элементов, т. е. стремление их перейти в электроположительное состояние, внутри одной и той же главной подгруппы периодической системы увеличивается с возрастанием атомного веса, отчетливо выступает у щелочных металлов при рассмотрении их общих химических свойств.

Сально электроположительный характер щелочного металла обусловливается, по существу, той незначительной затратой работы, которая требуется, чтобы отнять у атома металла один электрон. Это непосредственно выражается в низких значениях ионизационных потенциалов щелочных металлов. Слабой связью электронов обусловливается и хорошая электропроводность щелочных металлов, а также и то обстоятельство, что щелочные металлы при облучении их поверхности ультрафиолетовым светом особенно легко отщепляют электроны (фотоэффект). Для химической реакционной способности щелочных металлов легкость, с которой они переходят в состояние электроположительно заряженных атомов, имеет решающее значение. Однако теплоты образования их соединений не являются непосредственной мерой сродства к электрону отдельных  щелочных металлов, так как они (теплоты) зависят, помимо этого, от ряда других факторов, и прежде всего от энергии решетки.

Соли щелочных металлов бесцветны (если они не содержат окрашенных анионов). Они почти все легко растворимы; только литий образует несколько большее число довольно трудно растворимых солей. Водные растворы солей содержат бесцветные, положительно одновалентные щелочные ионы, которые в разбавленных растворах в большей или меньшей степени гидратированы. Соли более легких щелочных металлов в кристаллическом состоянии часто содержат значительное количество воды. Помимо воды, некоторые из этих солей, особенно соли лития, могут кристаллизоваться со спиртом. Однако, за исключением солей лития, большинство щелочных солей не растворимы и спирте или только мало растворимы. В водном растворе щелочные соли практически полностью диссоциированы.

Соли, щелочных металлов со слабыми кислотами, например карбонаты, вследствие гидролиза проявляют сильно основную реакцию.

Характерным свойством щелочных металлов является легкость, с которой возбуждается световое излучение их атомов. Если не слишком труднолетучие соединения щелочных металлов внести в пламя бунзеновской горелки, то оно окрашивается. При спектроскопическом исследовании в видимой области появляется несколько характерных линий.

Из теории Косселя следует, что характеристические свойства щелочных металлов определяются их местом в периодической системе. Они находятся в группе, непосредственно расположенной за инертными газами. Их нейтральные атомы содержат в соответствии с этим на один электрон больше, чем атомы предшествующих им инертных газов. Как показывают спектроскопические измерения работы ионизации, этот электрон легко отрывается, в то время как на отрыв второго электрона нужно затратить несравненно большую работу, для чего энергии образования решетки далеко не достаточно. Этим объясняется, почему щелочные металлы в своих гетерополярных соединениях всегда положительно одновалентны. После отрыва одного электрона оставшиеся атомные остовы, т. е. одновалентные ионы щелочного металла, имеют не только такое же число электронов, как у непосредственно предшествующих инертных газов, но и такую же электронную конфигурацию, т. е. электроны находятся здесь в тех же квантовых состояниях, как и в непосредственно предшествующих инертных газах. Невозможность получения соединений щелочных металлов, в которых они были бы отрицательно заряжены, объясняется слишком большим расстоянием каждого щелочного металла от следующего инертного газа.

Первый элемент в ряду щелочных металлов, литий, по сравнению с другими щелочными металлами занимает во многих отношениях особое место. Он образует, например, различные соединения, которые никакими другими щелочными металлами не образуются. В некотором отношении его поведение   больше напоминает щелочноземельные металлы. Подобно последним, некоторые соли лития трудно растворимы, например фосфат, карбонат, фторид. Более резко выраженная, чем у остальных щелочных металлов, способность к образованию двойных солей с остальными представителями группы также приближает его к элементам второй группы.

Натрий также проявляет в некотором отношении отклонение от доведения, типичного для остальных членов его группы, но в значительно меньшей степени, чем литий. То обстоятельство, что только калий, третий элемент после лития и натрия, оказывается вполне типичным представителем щелочной группы и подтверждает существующее в периодической системе Правило, согласно которому только у второго или третьего элемента главной подгруппы полностью проявляются характерные свойства группы, в то время как первый и в меньшей степени иногда также второй элемент обнаруживают отклонение от этих характерных свойств. Первый элемент часто является при этом переходным по своему поведению к следующей главной подгруппе. Второй элемент напоминает иногда соединения побочной подгруппы, принадлежащей той же группе.

Натрий и цезий являются чистыми элементами. Остальные щелочные металлы при исследовании при помощи масс-спектрографа оказались смешанными элементами.