Оксиды, пероксиды и гидриды металлов группы 1
Кислородные соединения и CO₂
| Соединение | С водой | С \(\ce{CO2}\) |
|---|---|---|
| \(\ce{Li2O}\) | \(\ce{2LiOH}\) | \(\ce{Li2CO3}\) |
| \(\ce{Na2O2}\) | \(\ce{2NaOH + H2O2}\) (холод) | \(\ce{Na2CO3}\) + ½ \(\ce{O2}\) |
| \(\ce{KO2}\) | \(\ce{KOH}\) + ½ \(\ce{H2O2}\) + ½ \(\ce{O2}\) | ½ \(\ce{K2CO3}\) + ¾ \(\ce{O2}\) |
boltСмесь для дыхательного аппарата
Человек выдыхает примерно 0,8 объёма \(\ce{CO2}\) на объём потреблённого \(\ce{O2}\). \(\ce{Na2O2}\) даёт 0,5 объёма \(\ce{O2}\) на объём \(\ce{CO2}\), \(\ce{KO2}\) — 1,5. Смесь подбирают так, чтобы газовый состав воздуха оставался постоянным.
scienceРегенерация воздуха
- \(\ce{2Na2O2 + 2CO2 -> 2Na2CO3 + O2}\).
- \(\ce{4KO2 + 2CO2 -> 2K2CO3 + 3O2}\).
- \(\ce{4KO2 + 4CO2 + 2H2O -> 4KHCO3 + 3O2}\) — во влажном воздухе.
- \(\ce{2LiOH + CO2 -> Li2CO3 + H2O}\) — лёгкий поглотитель \(\ce{CO2}\) на космических кораблях (без выделения кислорода).
auto_awesomeАполлон-13
В 1970 году на повреждённом «Аполлоне-13» астронавты перешли в лунный модуль, но его патроны с гидроксидом лития не подходили к гнёздам командного модуля: квадратные против круглых. Инженеры на Земле придумали переходник из пластиковых пакетов, картона и скотча — и спасли экипаж от отравления углекислым газом.
Гидриды
Гидриды щелочных металлов — ионные соединения с решёткой типа NaCl, содержащие гидрид-ион \(\ce{H-}\) (урок 98). Устойчивость падает от LiH к CsH.
scienceГидриды щелочных металлов
- \(\ce{2Li + H2 ->[700 °C] 2LiH}\).
- \(\ce{LiH + H2O -> LiOH + H2 ^}\) — 1 л водорода из 0,35 г LiH: «водородные патроны» для метеозондов.
- \(\ce{4LiH + AlCl3 -> LiAlH4 + 3LiCl}\) — синтез алюмогидрида.
- \(\ce{NaH + CH3OH -> CH3ONa + H2}\) — метилат натрия; NaH — сильное основание в органическом синтезе.
auto_awesomeТермоядерный гидрид
Дейтерид лития-6 \(\ce{^6LiD}\) — «горючее» водородной бомбы: нейтроны превращают литий-6 в тритий (\(\ce{^6Li + n -> ^3H + ^4He}\)), который вступает в реакцию синтеза с дейтерием. Твёрдое вещество вместо жидкого дейтерия при −250 °C сделало термоядерное оружие компактным (советское «изделие РДС-6с», 1953).
boltГидрид-ион и кислоты
Любой протонный реагент (вода, спирт, кислота, аммиак) реагирует с \(\ce{H-}\): \(\ce{H- + HA -> H2 + A-}\). Количество водорода равно количеству гидрид-ионов.
Щёлочи
Гидроксид натрия (едкий натр, каустическая сода) получают электролизом рассола (урок 84): около 80 млн т в год. Раньше — «каустификацией» соды известью: \(\ce{Na2CO3 + Ca(OH)2 -> CaCO3 v + 2NaOH}\).
Свойства щелочей:
- гигроскопичны и поглощают \(\ce{CO2}\) из воздуха — твёрдый NaOH всегда содержит карбонат (урок 68);
- растворение сильно экзотермично;
- растворяют амфотерные металлы, кремний, серу, галогены, медленно — стекло;
- омыляют жиры (мыловарение) и разрушают белки — химические ожоги щёлочью опаснее кислотных: щёлочь проникает глубже.
scienceЩёлочи в реакциях
- \(\ce{2NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O}\).
- \(\ce{2NaOH + SiO2 ->[t] Na2SiO3 + H2O}\).
- \(\ce{6NaOH + 3S ->[t] 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O}\).
- \(\ce{(C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH -> 3C17H35COONa + C3H5(OH)3}\) — омыление жира: мыло и глицерин.
boltСухая щёлочь — не для точных навесок
Для приготовления раствора точной концентрации NaOH не взвешивают: он поглощает воду и \(\ce{CO2}\). Готовят приблизительный раствор и устанавливают концентрацию по щавелевой кислоте или гидрофталату калия.
push_pinГлавное
Горение: Li → \(\ce{Li2O}\), Na → \(\ce{Na2O2}\), K, Rb, Cs → \(\ce{MO2}\) (урок 101). Оксиды и пероксиды с водой дают щёлочь; с \(\ce{CO2}\) — карбонат (пероксиды и надпероксиды — ещё и кислород). Гидриды \(\ce{MH}\) — ионные, \(\ce{H-}\) + вода → \(\ce{H2}\). NaOH получают электролизом рассола; щёлочи гигроскопичны, поглощают \(\ce{CO2}\), растворяют алюминий, цинк, кремний, медленно — стекло; «едкий натр» разрушает белки и жиры (мыло).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.