2. Лужні метали: поширення в природі, добування

Натрій і калій належать до поширених в природі елементів (їх вміст у земній корі становить по 2,5%), інші лужні метали значно менш поширені: Li – 3,2  10^–3%, Rb – 1,5  10^–2%, Cs – 3,7  10^–4%. Літій, Рубідій та Цезій вважаються рідкісними елементами. Францій у природі трапляється дуже рідко у продуктах радіоактивного розпаду актинію.

У вільному стані лужні метали в природі не трапляються. Натрій і калій входять до складу деяких алюмосилікатів:

калієвий польовий шпат (ортоклаз) – K₂O  Al₂O₃  6SiO₂;

натрієвий польовий шпат (альбіт) – Na₂O  Al₂O₃  6SiO₂;

слюда (мусковіт) – K₂O  3Al₂O₃  6SiO₂  2Н₂О.

Найважливішою сполукою натрію є кам’яна або кухонна сіль (галіт) NaCl. Товщина пластів хлориду натрію в деяких родовищах може досягати кількох сотень метрів. У великій кількості хлорид натрію у розчиненому вигляді входить до складу морської води.

Іншими мінералами натрію є глауберова сіль або мірабіліт Na₂SO₄10H₂O, сода Na₂CO₃, бура Na₂B₄O₇  10H₂О, натрієва (чилійська) селітра NaNO₃.

Калій входить до складу сильвіну KCl, сильвініту KCl  NaCl, карналіту KCl  MgCl₂  6H₂O, каїніту KCl  MgSO₄  6H₂O.

До складу деяких алюмосилікатів входять літій та цезій.

Калій і натрій – дуже важливі елементи для живої природи. В клітинах організмів людини і тварин хлорид натрію регулює і забезпечує певну величину осмотичного тиску. Іони Калію відіграють важливу роль у деяких фізіологічних та біологічних процесах, зокрема у передачі нервових імпульсів. Для нормальної роботи серця необхідна певна концентрація калію в крові. Добова потреба людини в калії, який надходить в організм з рослинною їжею, становить 2–3 г. Солі калію необхідні також рослинам. В умовах недостачі солей калію у ґрунтах рослини погано розвивається, зменшується врожай.

Добування. Лужні метали обувають електролізом розплавів хлоридів або гідроксидів (лугів). Оскільки хлориди лужних металів, як правило, мають значно вищу, ніж луги, температуру плавлення, то при добуванні натрію або калію найчастіше проводять електроліз розплавів лугів з добавкою соди або поташу (до 12%). При електролізі розплавів хлоридів на катоді виділяється розплавлений лужний метал, а на аноді – хлор:

К: Na⁺ + e → Na

A: 2Сl^– –2e → Cl₂.

При електролізі розплавів лугів на катоді так само виділяється метал, на аноді – розряджаються гідроксид-іони з утворенням кисню:

OH^– – 4e → O₂ + 2H₂O.

Вода з розплаву швидко випаровується. Щоб лужний метал не реагував з хлором або киснем, катод виготовляють з міді і над ним поміщають мідний циліндр. Утворений лужний метал в розплавленому вигляді збирається в циліндрі. Анод виготовляють також у формі циліндра з нікелю (при електролізі лугів) або з графіту (при електролізі хлоридів).

Відомі також інші методи добування лужних металів. Так, літій можна добути за такою реакцією:

Si + 2Li₂O = 4Li + SiO₂.

Відновником літію може бути також алюміній.

Калій також можна отримати відновленням хлориду калію алюмінієм або силіцієм при нагріванні у вакуумі:

2Al + 4CaO + 6KCl = 3CaCl₂ + CaO  Al₂O₃ + 6K;

Si + 4CaO + 4KCl = 3CaCl₂ + 2CaO  SiO₂ + 4K.

Технічні метали рубідій і цезій добувають з хлоридів кальційтермічним методом у вакуумі за температури 700–800 ^оС:

2CsCl + Ca = CaCl₂ + 2Cs.

Легколеткі цезій та рубідій відганяються. Rb i Cs високого ступеня чистоти отримують термічним розкладанням їх азидів (RbN₃ i CsN₃).

Літій, натрій і калій слід зберігати в герметичній залізній тарі, рубідій і цезій – у запаяних скляних ампулах. Невеликі кількості Li, Na i K у лабораторії зберігають під шаром гасу (літій у ньому плаває).

Фізичні властивості. Лужні метали дуже м’які, легкоплавкі. Всі вони, крім цезію, мають сріблясто-білий блиск. (цезій – золотистий). На повітрі лужні метали швидко тьмяніють (Rb i Cs можуть самозайматися), реакція прискорюється під дією вологи. Лужні метали мають високу тепло- і електропровідність. Ці метали дуже легкі, зокрема літій, натрій і калій є легшими за воду.