Соединения щелочных металлов с кислородом

Все щелочные металлы легко окисляются кислородом. Состав продуктов, образующихся при сгорании щелочных металлов на воздухе или в кислороде, зависит от природы металла. Литий образует оксид лития, натрий – пероксид, калий, рубидий, цезий – надпероксиды:

(небольшой примесью пероксида Li₂O₂)

Все эти вещества имеют ионную кристаллическую решетку.

Получение

1 Оксиды Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O могут быть получены при недостатке кислорода или спекании в стехиометрическом количестве металла и пероксида:

2. Оксиды Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O образуются при термическом разложении пероксидов или надпероксидов в вакууме или инертной атмосфере.

3. Оксиды Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O образуются при взаимодействии щелочного металла или его азида с нитратом или нитритом:

4. Удобным способом получении оксида натрия является взаимодействие натрия с расплавленным гидроксидом натрия:

Оксиды лития и натрия – бесцветные, калия и рубидия – желтые, цезия – оранжевый.

Пероксиды содержат диамагнитный ион О₂^2–.

Пероксиды щелочных металлов – сильные окислители. Например:

Пероксиды являются солями пероксида водорода, кислотные свойства выражены слабо, при растворении в воде подвергаются гидролизу:

Прим. Образующийся пероксид водорода в щелочном растворе быстро разлагается на водород и кислород.

Пероксиды щелочных металлов при нагревании разлагаются:

Надпероксиды содержат парамагнитный ион О₂^–.

Надпероксиды щелочных металлов являются сильными окислителями.

При взаимодействии надпероксидов с водой образуется пероксид водорода и кислород:

Надпероксиды щелочных металлов при нагревании разлагаются:

При взаимодействии пероксидов и надпероксидов с оксидом углерода (IV) происходит выделение кислорода. Например:

Данную реакцию используют для регенерации воздуха в замкнутых помещениях.

Для всех щелочных металлов были получены озониды MeO₃, в состав которых входит парамагнитный ион О₃^–. Все озониды представляют собой кристаллические вещества оранжево-красного цвета. Взрывоопасны и неустойчивы (озонид калия разлагается при температуре 20 ºС за 11 дней).

Озониды щелочных металлов получают действием озона на пероксиды, надпероксиды или гидроксиды:

Озониды щелочных металлов при нагревании разлагаются:

При взаимодействии озонидов с водой образуется кислород:

Гидроксиды щелочных металлов – бесцветные кристаллические вещества. Хорошо растворимы в воде. Это щелочи – растворимые в воде основания. В лаборатории чаще всего используем гидроксид натрия и гидроксид калия (технические названия – едкий натр и едкий кали).

Прим. щелочи при хранении поглощают из воздуха влагу и оксид углерода (IV). Если не принимать меры, то щелочи всегда будут содержать примесь воды и карбонатов. Для обезвоживания щелочи нагревают в атмосфере, не содержащей оксид углерода (IV). От примеси карбонатов освобождаются перекристаллизацией из этанола, в котором карбонаты не растворимы. Однако в большинстве случает небольшая примесь воды и карбонатов не мешает использованию щелочей и указанную очистку не проводят.

Гидроксиды натрия, калия, рубидия и цезия плавятся без разложения (т.е. они термически устойчивы до температуры более 1000 ºС). Гидроксид лития при прокаливании разлагается:

Данная реакция начинает протекать при температуре 600 ºС.

Прим. твердые щелочи и их концентрированные растворы разрушают живые ткани. Поэтому работать с щелочами необходимо соблюдая меры осторожности (резиновые перчатки, защитные очки). Особенно опасно попадание щелочи в глаза (ведет к слепоте).

Щелочи при плавлении разрушают стекло и фарфор:

2NaOH + SiO₂  Na₂SiO₃ + H₂O

Плавят щелочи в сосудах изз серебра, никеля или железа, хранят в полиэтиленовых сосудах.

Наиболее практическое значение имеет гидроксид натрия.