Получение
из хлорида натрия по аммиачному способу (способ был предложен в 1863 году Сольве, Бельгия).
2NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2
Прим. В водном растворе данная реакция не происходит, наоборот идет обратный процесс. Если реакцию проводить через несколько стадий, то можно получить карбонат натрия.
Процесс протекает в несколько стадий:
через водный раствор, содержащий NaCl и NH3, пропускают газообразный оксид углерода (IV):
NH3 + H2O + CO2 NH4HCO3
NH4HCO3 + NaCl NaHCO3 + NH4Cl
Химическое равновесие второй реакции смещено вправо вследствии малой растворимости гидрокарбоната натрия в воде. Гидрокарбонат натрия отделяют от раствора и нагревают:
2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O
Выделяющийся углекислый газ возвращают в процесс.
Обжиг известянка: CaCO3 CaO + CO2. Образующийся оксид углерода (IV) также используют для проведения первой реакции.
На образующийся при обжиге известняка оксид кальция действуют водой и полученный гидроксид кальция вводят в реакцию с хлоридом аммония – продуктом второй реакции первой стадии:
2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3 + 2H2O
Деляющийся аммиак вводят в реакцию 1 первой стадии.
Прим. Единственным отходом в данном процессе является хлорид кальция, и пока не решена проблема его утилизации.
Комплексные соединения элементов I группы главной подгруппы
В разбавленных водных растворах катионы щелочных металлов существуют в форме аквакомплексов. Особенно они устойчивы для лития вследствие его небольшого радиуса и значительной доли ковалентной связи. Соли натрия кристаллизуются в виде гидратов. Например, Na2CO3 10H2O – кристаллическая сода, Na2SO4 10H2O – мирабилит или глауберова соль.
В настоящее время получено большое число комплексных соединений щелочных металлов с краун-эфирами – циклическими полиэфирами. Это комплексные соединения с органическими лигандами. Данные комплексы содержат большое количество атомов кислорода. Ион щелочного металла встраивается в цикл и образует связи с атомами кислорода. Прочности связей зависит от размеров цикла и ионов металла. Если размеры совпадают – то комплекс образуется. Например, 18-краун-6 (18 – общее количество атомов углерода и кислорода в цикле, 6 – число атомов кислорода в цикле) ион K+ окружен шестью атомами кислорода. Размер полости внутри кольца (0,14 нм радиус) этого краун-эфира близок к размеру иона калия (0,138 нм). Такого рода комплексы образуются в живых организмах. Калий сосредоточен в клетках, а натрий – в межклеточных жидкостях. Катионы калия и натрия участвуют в передаче нервных импульсов, работе мышц, способствуют поддержанию постоянного объема воды в организме.
Применение щелочных металлов и их соединений
Из щелочных металлов наиболее широкое применение находит натрий и его соединения. Натрий и его соединения используют:
1. в неорганическом и органическом синтезах. Например, для получения пероксида натрия, натрия как восстановитель используется для получения калия, металлов (титан, цирконий, тантал, ниобий) металлотермическим методом. Значительно количество натрия идет на производство тетраэтилсвинца – добавки, которая улучшает детонационную устойчивость бензинов:
2. Натрий применяют как теплоноситель в ядерных реакторах
3. Соединения натрия (карбонат, сульфит, сульфат, хлорид, гидроксид) используют в бумажной, химической промышленности, при производстве стекла, в металлургии. Карбонат натрия используют в производстве алюминия, получении стекла, в производстве мыла; гидроксид натрия – промышленность искусственного волокна, красителей, очистка нефтепродуктов; сульфат натрия – производство стекла; хлорид натрия – используют для получения гидроксида натрия, карбоната натрия, хлора и многих других важных веществ, производство мыла, синтетических моющих средств, органических красителей. Хлорид натрия – приправа к пище и консервирующее средство в пищевой промышленности.
Металлический калий и его соединения используют:
1. калий применяют в металлотермии и в органических синтезах. В синтезах чаще всего используют сплав Na – K (77% по массе), который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Из калия получают надпероксид KO2, который используют в подводных лодках и космических кораблях для поглощения оксида углерода (IV) и регенерации кислорода. Прим. можно использовать пероксид натрия, но при его использовании выделяется меньший объем кислорода, зато он дешевле.
2. Соли калия (нитрат, хлорид) применяют в качестве минеральных удобрений.
Металлический литий применяют:
1. Прогнозируемый рост производства лития связан с созданием алюминий-литиевых сплавов, которые используются в авиационной и космической технике. Легирование алюминия литием позволяет не только снизить его массу, но и увеличить прочность, коррозионную стойкость материала.
2. Создание новых источников тока – литиевых аккумуляторов, которые способны создавать напряжение от 1,5 до 3,6 В (более высокое, чем в других элементах). Аккумуляторы такого типа используются в кардиостимуляторах, в портативных компьютерах. Они имеют большую плотность и работают без подзарядки в 1,5 раза дольше
3. Литий используют для получения алюмогидрида лития Li[AlH4], который используется в качестве восстановителя в органических синтезах.
4. Литий используют для промышленного получения трития:
5. Литий применяют в качестве теплоносителя в ядерных реакторах
Металлический рубидий и цезий применяют:
1. Цезий применяют в фотоэлементах – он обладает самой низкой из металлов энергией выхода электрона. Рубидиевые фотоэлементы уступают цезиевым по качеству.