Kalis yra devynioliktas periodinės lentelės elementas ir priklauso šarminiams metalams. Tai paprasta medžiaga, kuri normaliomis sąlygomis yra kietos agregacijos būsenos. Kalis užverda 761 °C temperatūroje. Elemento lydymosi temperatūra yra 63 °C. Kalis yra sidabriškai baltos spalvos su metaliniu blizgesiu.

Kalio cheminės savybės

Kalis yra labai chemiškai aktyvus, todėl jo negalima laikyti lauke: šarminis metalas akimirksniu reaguoja su aplinkinėmis medžiagomis. Šis cheminis elementas priklauso periodinės lentelės I grupei ir IV periodui. Kalis turi visas metalams būdingas savybes.

Jis sąveikauja su paprastomis medžiagomis, tarp kurių yra halogenai (bromas, chloras, fluoras, jodas) ir fosforas, azotas ir deguonis. Kalio sąveika su deguonimi vadinama oksidacija. Šios cheminės reakcijos metu deguonis ir kalis suvartojamas 4:1 moliniu santykiu, todėl susidaro dvi dalys kalio oksido. Šią sąveiką galima išreikšti reakcijos lygtimi:

4K + O₂ = 2K2O

Kai kalis dega, pastebima ryškiai violetinė liepsna.

Ši sąveika laikoma kokybine kalio nustatymo reakcija. Kalio reakcijos su halogenais įvardijamos pagal cheminių elementų pavadinimus: fluoravimas, jodavimas, brominimas, chloravimas. Tokios sąveikos yra pridėjimo reakcijos. Pavyzdys yra kalio ir chloro reakcija, dėl kurios susidaro kalio chloridas. Norėdami atlikti tokią sąveiką, paimkite du molius kalio ir vieną molį. Dėl to susidaro du moliai kalio:

2К + СІ₂ = 2КІ

Kalio chlorido molekulinė struktūra

Deginant atvirame ore, kalis ir azotas suvartojami 6:1 moliniu santykiu. Dėl šios sąveikos susidaro dviejų dalių kalio nitridas:

6K + N₂ = 2K3N

Junginys atrodo kaip žaliai juodi kristalai. Tuo pačiu principu kalis reaguoja su fosforu. Jei vartojate 3 molius kalio ir 1 molį fosforo, gausite 1 molį fosfido:

3К + Р = К₃Р

Kalis reaguoja su vandeniliu, sudarydamas hidridą:

2K + N₂ = 2KN

Visos prisijungimo reakcijos vyksta aukštoje temperatūroje

Kalio sąveika su sudėtingomis medžiagomis

Sudėtingos medžiagos, su kuriomis kalis reaguoja, yra vanduo, druskos, rūgštys ir oksidai. Kadangi kalis yra reaktyvus metalas, jis išstumia vandenilio atomus iš jų junginių. Pavyzdys yra reakcija, vykstanti tarp kalio ir druskos rūgšties. Tam paimami 2 moliai kalio ir rūgšties. Dėl reakcijos susidaro 2 moliai kalio chlorido ir 1 molis vandenilio:

2K + 2НІ = 2КІ + Н₂

Verta išsamiau apsvarstyti kalio sąveikos su vandeniu procesą. Kalis smarkiai reaguoja su vandeniu. Jis juda vandens paviršiumi, stumiamas išleisto vandenilio:

2K + 2H2O = 2KOH + H2

Reakcijos metu per laiko vienetą išsiskiria daug šilumos, dėl kurios užsiliepsnoja kalis ir išsiskiriantis vandenilis. Tai labai įdomus procesas: susilietus su vandeniu kalis akimirksniu užsiliepsnoja, sutraška violetinė liepsna ir greitai juda vandens paviršiumi. Pasibaigus reakcijai, įvyksta pliūpsnis su degančio kalio ir reakcijos produktų lašais.

Kalio reakcija su vandeniu

Pagrindinis galutinis kalio ir vandens reakcijos produktas yra kalio hidroksidas (šarmas). Kalio reakcijos su vandeniu lygtis:

4K + 2H₂O + O₂ = 4KOH

Dėmesio! Nemėginkite patys pakartoti šios patirties!

Jei eksperimentas atliktas neteisingai, galite nudegti nuo šarmo. Reakcijai dažniausiai naudojamas kristalizatorius su vandeniu, į kurį įdedamas gabalėlis kalio. Kai tik vandenilis nustoja degti, daugelis žmonių nori pažvelgti į kristalizatorių. Šiuo metu įvyksta paskutinė kalio reakcijos su vandeniu etapas, lydimas silpno sprogimo ir susidariusio karšto šarmo purslų. Todėl saugumo sumetimais verta laikytis tam tikro atstumo nuo laboratorinio stendo, kol reakcija visiškai pasibaigs. rasite įspūdingiausių eksperimentų, kuriuos galite atlikti su savo vaikais namuose.

Kalio struktūra

Kalio atomą sudaro branduolys, kuriame yra protonų ir neutronų, ir aplink jį skriejantys elektronai. Elektronų skaičius visada lygus protonų skaičiui branduolyje. Kai elektronas pašalinamas arba pridedamas prie atomo, jis nustoja būti neutralus ir tampa jonu. Jonai skirstomi į katijonus ir anijonus. Katijonai turi teigiamą krūvį, anijonai – neigiamą. Kai prie atomo pridedamas elektronas, jis tampa anijonu; jei vienas iš elektronų palieka savo orbitą, neutralus atomas virsta katijonu.

Kalio eilės numeris periodinėje lentelėje yra 19. Tai reiškia, kad cheminio elemento branduolyje taip pat yra 19 protonų Išvada: aplink branduolį yra 19 elektronų Protonų skaičius struktūroje nustatomas taip: iš atominės masės atimkite cheminio elemento eilės numerį. Išvada: kalio branduolyje yra 20 protonų. Kalis priklauso IV periodui, turi 4 „orbitas“, kuriose elektronai yra tolygiai pasiskirstę ir nuolat juda. Pirmoje „orbitoje“ yra 2 elektronai, antrojoje - 8; trečioje ir paskutinėje, ketvirtoje „orbitoje“ sukasi 1 elektronas. Tai paaiškina aukštą kalio cheminio aktyvumo lygį: paskutinė jo „orbita“ nėra visiškai užpildyta, todėl elementas linkęs jungtis su kitais atomais. Dėl to elektronai paskutinėse dviejų elementų orbitose taps įprasti.

1.6 tema. Redokso reakcijos.

Klausimai anksčiau išnagrinėta tema:

1. Kokiais atvejais vandeninių druskų tirpalų elektrolizės metu:

a) prie katodo išsiskiria vandenilis;

b) prie anodo išsiskiria deguonis;

c) ar vienu metu vyksta vandens metalo katijonų ir vandenilio katijonų redukcija?

1. Kokie procesai, vykstantys ant elektrodų, yra sujungti bendru pavadinimu „elektrolizė“?
2. Kuo skiriasi išlydytos kaustinės sodos elektrolizė ir jos tirpalo elektrolizė?
3. Prie kurio akumuliatoriaus poliaus – teigiamo ar neigiamo – reikia jungti metalinę dalį chromuojant?
4. Išplėsti elektrolizės reikšmę; koncepcija – elektrolizė.
5. Kokie cheminiai procesai vyksta katode ir anode elektrolizės metu kalio jodido tirpalui? Kalio jodido lydalas?
6. Nubraižykite elektrolizės schemas, naudojant anglies elektrodus iš lydalo ir šių druskų tirpalų: KCl.
7. Kokia seka katijonai bus redukuojami elektrolizės metu tokios pačios koncentracijos (netirpus anodas) jų druskoms, kurių sudėtis: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Paaiškinkite, kodėl kalio metalo negalima gauti ant anglies elektrodų elektrolizuojant kalio chlorido vandeninį tirpalą, bet jį galima gauti elektrolizuojant išlydytą druską?
9. Elektrolizės metu prie katodo vandeninio sidabro nitrato tirpalo susidaro:

a) Ag b) NO 2 c) NO d) H 2 ?

žinoti redokso reakcijų pagrindinės sąvokos ir esmė, redokso reakcijų sudarymo elektroninio balanso metodu taisyklės;

galėti klasifikuoti reakcijas pagal oksidacijos laipsnį; apibrėžti ir taikyti sąvokas: „oksidacijos laipsnis“, „oksidatoriai ir reduktoriai“, „oksidacijos ir redukcijos procesai“; sudaryti elektronines redokso reakcijų svarstykles ir panaudoti jas molekulinės lygties koeficientams priskirti.

Elementų savybių pokyčiai priklausomai nuo jų atomų sandaros

Anksčiau ištyrę cheminių reakcijų tipus, molekulių struktūrą, pagrindinių cheminių junginių klasių ryšį, galime teigti, kad dauguma reakcijų - pridėjimas, skilimas ir pakeitimas - vyksta pasikeitus atomų oksidacijos būsenai. reaguojančių medžiagų, o tik mainų reakcijose tai neįvyksta.

Reakcijos, kurių metu pasikeičia elementų oksidacijos būsena, vadinamos redokso reakcijomis.

Yra keletas būdų, kaip sudaryti redokso reakcijų lygtis. Apsigyvenkime ties elektronų balanso metodu, pagrįstu bendro judančių elektronų skaičiaus nustatymu. Pavyzdžiui:

MnO 2 + KClO 3 + KOH = K 2 MnO 4 + KCl + H 2 O

Nustatome, kurie elementų atomai pakeitė oksidacijos būseną:

Мn → Мn Сl → Сl

Nustatykite prarastų (–) ir gautų (+) elektronų skaičių:

Мn – ​​2 e→ Mn Cl + 6 e→ Cl

Prarandamų ir įgytų elektronų skaičius turi būti vienodas. Abu pusinės reakcijos procesus pavaizduojame taip:

reduktorius Mn – 2 eˉ → Мn 3 3Мn – 6 eˉ → 3Mn oksidacija

oksidatorius Cl + 6 eˉ → Сl 1 Сl + 6 eˉ → Сl atkūrimas

Pagrindinius oksidatoriaus ir redukcijos koeficientus perkeliame į reakcijos lygtį

3MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = 3K 2 MnO 4 + KCl + 3H 2 O

Mangano +4 pavertimo manganu +6 procesas yra elektronų atatrankos (praradimo) procesas, t.y. oksidacija; Cl(+5) pavertimo Cl(-1) procesas yra elektronų gavimo procesas, t.y. atkūrimo procesas. Medžiaga MnO 2 yra reduktorius, o KClO 3 yra oksidatorius.

Kartais viena iš reakcijoje dalyvaujančių medžiagų vienu metu atlieka dvi funkcijas: oksidatorius (arba reduktorius) ir druskos formuotojas. Kaip pavyzdį apsvarstykite reakciją

Zn + НNO 3 = Zn(NO 3) 2 + NН 4 NO 3 + H 2 O

Sudaryk oksidatoriaus ir redukcijos pusines reakcijas. Cinkas praranda du elektronus, o azotas N(+5) įgyja aštuonis elektronus:

Zn – 2 eˉ → Zn 8 4

N+8 eˉ → N 2 1

Taigi, norint oksiduoti keturis cinko atomus, druskai susidaryti reikia aštuonių HNO 3 molekulių ir dviejų HNO 3 molekulių.

4Zn + 2HNO 3 + 8HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

Redokso reakcijų lygčių tipai.

Pagrindiniai oksidatoriai ir reduktoriai.

Redokso reakcijos skirstomos į tris grupes: tarpmolekulines, intramolekulines ir disproporcines reakcijas.

Reakcijos, kurių metu viena medžiaga veikia kaip oksidatorius, o kita kaip reduktorius, vadinamos tarpmolekulinės reakcijos, Pavyzdžiui:

2КМnО 4 + 16НCl = 2МnСl 2 + 5Сl 2 + 2Кл + 8Н 2 О

Tarpmolekulinės reakcijos taip pat apima reakcijas tarp medžiagų, kuriose sąveikaujantys to paties elemento atomai turi skirtingą oksidacijos būseną:

2H 2S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Reakcijos, kurios vyksta pasikeitus tos pačios molekulės atomų oksidacijos būsenai, vadinamos intramolekulinės reakcijos, Pavyzdžiui:

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2

Intramolekulinės reakcijos apima reakcijas, kurių metu to paties elemento atomai turi skirtingą oksidacijos būseną:

NH 4 NO 3 = N 2 O + H 2 O

Reakcijos, kuriose oksidacijos ir redukcijos funkcijas atlieka to paties elemento atomai, esantys toje pačioje oksidacijos būsenoje, vadinamos disproporcijos reakcijos, Pavyzdžiui:

2Nа 2O 2 + 2СО 2 = 2NAСО 3 + О 2

Oksiduojančios medžiagos

Atomo ar jono oksidacinio gebėjimo matas, kaip jau minėta, yra elektronų giminingumas, t.y. jų gebėjimas priimti elektronus.

Oksidatoriai yra:

1. Visi nemetalų atomai. Stipriausi oksidatoriai yra halogeno atomai, nes jie gali priimti tik vieną elektroną. Mažėjant grupių skaičiui, mažėja jose esančių nemetalų atomų oksidacijos gebėjimai. Todėl IV grupės nemetalų atomai yra silpniausi oksidatoriai. Grupėse iš viršaus į apačią nemetalų atomų oksidacinės savybės taip pat mažėja, nes padidėja atomų spindulys.

2. Aukštos oksidacijos būsenos teigiamai įkrauti metalo jonai, pavyzdžiui:

KMnO 4, K 2 CrO 4, V 2 O 5, MnO 2 ir kt.

Be to, metalų jonai, turintys mažą oksidacijos laipsnį, yra oksidatoriai, pavyzdžiui:

Ag, Hg, Fe, Cu ir kt.

3. Koncentruotos HNO 3 ir H 2 SO 4 rūgštys.

Restauratoriai

Reduktoriai gali būti:

1. Visų elementų atomai, išskyrus He, Ne, Ar, F. Lengviausiai prarandami elektronai yra tų elementų atomai, kurių paskutiniame sluoksnyje yra vienas, du, trys elektronai.

2. Teigiamai įkrauti metalo jonai, kurių oksidacijos laipsnis yra žemas, pavyzdžiui:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Neigiamai įkrauti jonai, pvz.: Clˉ, Brˉ, Iˉ, S 2ˉ.

4. Silpnosios rūgštys ir jų druskos, pavyzdžiui: H 2 SO 3 ir K 2 SO 3; HNO 2 ir KNO 2.

Klausimai tiriama tema:

1. Kokios reakcijos vadinamos redoksu? Kuo redokso reakcijos skiriasi nuo kitų cheminių reakcijų?

1. Kodėl junginiuose esantys metalai turi tik teigiamą oksidacijos būseną, o nemetalai – ir teigiamą, ir neigiamą?
2. Kokios medžiagos vadinamos oksiduojančiomis, o kurios – redukuojančiomis medžiagomis?
3. Kaip santykinis elektronegatyvumas gali nustatyti ryšio tarp atomų molekulėje pobūdį?
4. Koks ryšys tarp elektronų afiniteto energijos ir cheminio elemento oksidacinės galios?
5. Kurioms sudėtinėms medžiagoms būdingos tik oksiduojančios savybės? Kokiais atvejais sudėtingos medžiagos gali veikti kaip oksidatoriai ir reduktoriai?
6. Šiose reakcijų lygtyse nustatykite oksidatorių ir reduktorių, jų oksidacijos būseną ir išdėstykite koeficientus:

a) HgS + HNO 3 + HCl → HgCl 2 + S + NO + H 2 O

b) SnCl 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → Sn(SO 4) 2 + SnCl 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

c) AsH 3 + AgNO 3 + H 2 O → H 3 AsO 4 + Ag + HNO 3

1. Šiose reakcijose, kuriose oksidatorius ir reduktorius yra toje pačioje medžiagoje (intramolekulinės oksidacijos-redukcijos reakcijos), išdėstykite koeficientus:

a) NH 4 NO 3 → N 2 O + H 2 O

b) KClO 3 → KCl + O 2

c) Ag 2 O → Ag + O 2

1. Dėl disproporcijų reakcijų (autooksidacijos - savaiminio išgydymo) parašykite elektronines grandines ir išdėstykite koeficientus:

a) K 2 MnO 4 + H 2 O → KMnO 4 + MnO 2 + KOH

b) HClO 3 → ClO 2 + HClO 4

c) HNO 2 → HNO 3 + NO + H 2 O

1. Kurios iš šių reakcijų yra intramolekulinės, o kurios – disproporcinės reakcijos:

a) Hg(NO 3) 2 → Hg + NO 2 + O 2

b) Cu(NO 3) 2 → CuO + NO 2 + O 2

c) K 2 SO 3 → K 2 SO 4 + K 2 S

d) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O

Kiekvienai reakcijai pasirinkite koeficientus.

Literatūra: 1, 2,3.

Piltuvu ir stikline lazdele supilkite aliuminio drožles į reaktoriaus skardinę, tada šarmą, uždenkite skylę juostos gabalėliu ir suplakite turinį. Toliau pritvirtiname imtuvą. Jo apatinė skylė (vandeniliui išleisti) turi būti uždaryta vinimi. Atsargiai sutepkite reaktoriaus ir imtuvo sandūrą alebastro minkštimu (paimkite tik šiek tiek). Palaukę 5 minutes, džiovinkite jungtį plaukų džiovintuvu apie 4-5 minutes.

Dabar atsargiai apvyniokite drėgną vatą ant imtuvo plokštės, atsitraukdami 5-8 mm nuo kraštų, ir pritvirtinkite plona viela.

Pirmiausia nuimkite kištuko vinį. Tada kanistrą su reakcijos mišiniu palaipsniui pašildome degikliu (taupydami galite naudoti pūtiklį).

Šildymui naudojau butano kanistrą ir aukščiau paminėtą didelį degiklio priedą. Degiosios dujos skardinės viduje atvėsta, o laikui bėgant liepsna šiek tiek sumažėja, todėl butano skardinę teko pašildyti ranka.

Įsitikinkite, kad pusė „retortos“ yra įkaitinta iki oranžinės šilumos, imtuvo gerklė turi būti įkaitinta iki raudonos. Kaitinkite apie 13-14 minučių. Reakciją iš pradžių lydi violetinė liepsna, sklindanti iš imtuvo, tada ji palaipsniui mažėja ir išnyksta, tada galite sumažinti skylę įkišdami vinį (laisvas ir su tarpu). Reakcijos metu vatą palaipsniui suvilgykite pipete, vengdami vandens patekimo į sąnarius.

Sustabdę šildymą, sandariai įkiškite kištuką. Leiskite prietaisui atvėsti iki kambario temperatūros! Ką tik išnešiau į šaltį. Tada nuimame vatą ir ištriname vandens pėdsakus.

Iš anksto paruoškite vietą, kur iš imtuvo iškrausite kalį. Atkreipkite dėmesį į gaisro pavojų! Turėtumėte turėti benziną, pincetą, naminį mentele-grandiklį, indą kaliui laikyti su inertiniu skysčiu, pavyzdžiui, žibalu ar aliejumi. Patartina skystį išdžiovinti. Nubraukiame tinką ir atskiriame imtuvą. Nedelsdami uždėkite polietileno gabalėlį ant imtuvo gerklės ir prispauskite plastilinu (arba iš anksto padarykite kamštelį). Atidarome imtuvo puses, pagrindinė kalio dalis kondensuota kairėje dalyje (kuri buvo prijungta ties kakleliu prie reaktoriaus), dešinėje viduje liko tik kalio pėdsakai (imtuvo struktūra parodyta nuotrauką). Į kairę pusę įpilkite benzino (aš naudojau heksaną). Tai daroma siekiant apsaugoti metalą nuo oksidacijos (geras benzino bruožas yra tai, kad jis išgaruos be pėdsakų, o šaldytuvą galėsite vėl naudoti nepažeisdami gipso glaisto). Operacija atliekama su apsauginiais akiniais!

Mentele nubraukite metalą nuo šonų, tada pincetu įdėkite jį į laikymo indą. Atminkite, kad mažos kalio drožlės ore oksiduojasi taip greitai, kad gali užsidegti. Tai nesunku pastebėti, jei išdžiovintą kalio gabalėlį atsargiai peiliu išlyginsite ant popieriaus lapo (geriausia filtro ar tualetinio popieriaus) – kalis dažniausiai užsidega. Dalis metalo išeis mažų drožlių ir grūdelių pavidalu. Juos galima surinkti išplaunant benzinu į laikymo indą arba sausą puodelį. Jie naudingi reaguojant su vandeniu: net smulkūs grūdeliai švyti nuostabiomis violetinėmis lemputėmis.

Į butelį man pavyko surinkti apie 1,1 g kalio (0,7-0,8 g kompaktiškos masės pavidalu). Iš viso susidarė apie 1,3 g metalo. Dalies kalio likučių pavidalu nesurinkau, nusausinau heksano popieriumi ir pincetu perpyliau į vandenį (patogu tiesiog nukratyti nuo popieriaus grūdelius). Po reakcijos turite pašalinti metalo pėdsakus iš imtuvo; tiesiog įmeskite dešinę pusę ("apačią") į vandenį ištiestos rankos atstumu ir nedelsdami pasitraukite. Leiskite kairiajai pusei gulėti ore, kol iš dalies oksiduosis kalio pėdsakai, tada pašalinkite juos drėgna vata ant vielos (nepažeidžiant gipso glaisto). Tada nuplaukite imtuvą pipete ir nusausinkite servetėle (atsargiai, kad skylė nenukreiptų į save).