Potasiul este al nouăsprezecelea element al tabelului periodic și aparține metalelor alcaline. Aceasta este o substanță simplă care, în condiții normale, se află într-o stare solidă de agregare. Potasiul fierbe la o temperatură de 761 °C. Punctul de topire al elementului este de 63 °C. Potasiul are o culoare alb-argintie cu o strălucire metalică.

Proprietățile chimice ale potasiului

Potasiul este foarte activ din punct de vedere chimic, deci nu poate fi stocat în aer liber: metalul alcalin reacționează instantaneu cu substanțele din jur. Acest element chimic aparține grupei I și perioadei IV a tabelului periodic. Potasiul are toate proprietățile caracteristice metalelor.

Interacționează cu substanțe simple, care includ halogeni (brom, clor, fluor, iod) și fosfor, azot și oxigen. Interacțiunea potasiului cu oxigenul se numește oxidare. În timpul acestei reacții chimice, oxigenul și potasiul sunt consumate într-un raport molar de 4:1, rezultând formarea a două părți de oxid de potasiu. Această interacțiune poate fi exprimată prin ecuația reacției:

4K + O2 = 2K2O

Când potasiul arde, se observă o flacără violet strălucitoare.

Această interacțiune este considerată o reacție calitativă pentru determinarea potasiului. Reacțiile potasiului cu halogenii sunt denumite după denumirile elementelor chimice: fluorurare, iodare, bromurare, clorurare. Astfel de interacțiuni sunt reacții de adiție. Un exemplu este reacția dintre potasiu și clor, care are ca rezultat formarea clorurii de potasiu. Pentru a realiza o astfel de interacțiune, luați doi moli de potasiu și o molă. Ca rezultat, se formează doi moli de potasiu:

2К + СІ₂ = 2КІ

Structura moleculară a clorurii de potasiu

La arderea în aer liber, potasiul și azotul sunt consumate într-un raport molar de 6:1. Ca rezultat al acestei interacțiuni, nitrura de potasiu se formează în două părți:

6K + N2 = 2K3N

Compusul apare ca cristale verde-negru. Potasiul reacționează cu fosforul după același principiu. Dacă luați 3 moli de potasiu și 1 mol de fosfor, obțineți 1 mol de fosfură:

3К + Р = К₃Р

Potasiul reacţionează cu hidrogenul formând o hidrură:

2K + N2 = 2KN

Toate reacțiile de adiție au loc la temperaturi ridicate

Interacțiunea potasiului cu substanțe complexe

Substanțele complexe cu care potasiul reacționează includ apa, sărurile, acizii și oxizii. Deoarece potasiul este un metal reactiv, înlocuiește atomii de hidrogen din compușii lor. Un exemplu este reacția care are loc între potasiu și acid clorhidric. Pentru a-l realiza, se iau 2 moli de potasiu și acid. Ca rezultat al reacției, se formează 2 moli de clorură de potasiu și 1 mol de hidrogen:

2K + 2НІ = 2КІ + Н₂

Merită să luăm în considerare mai detaliat procesul de interacțiune a potasiului cu apa. Potasiul reacționează violent cu apa. Se deplasează de-a lungul suprafeței apei, împins de hidrogenul eliberat:

2K + 2H2O = 2KOH + H2

În timpul reacției, se eliberează multă căldură pe unitatea de timp, ceea ce duce la aprinderea potasiului și a hidrogenului eliberat. Acesta este un proces foarte interesant: la contactul cu apa, potasiul se aprinde instantaneu, o flacără violetă trosnește și se mișcă rapid de-a lungul suprafeței apei. La sfârșitul reacției, apare o fulgerare cu stropire de picături de potasiu arzând și produse de reacție.

Reacția potasiului cu apa

Produsul final principal al reacției potasiului cu apa este hidroxidul de potasiu (alcali). Ecuația reacției potasiului cu apa:

4K + 2H2O + O2 = 4KOH

Atenţie! Nu încercați să repetați singuri această experiență!

Dacă experimentul este efectuat incorect, puteți fi ars de alcali. Pentru reacție, se folosește de obicei un cristalizator cu apă, în care se pune o bucată de potasiu. De îndată ce hidrogenul încetează să ardă, mulți oameni vor să se uite în cristalizator. În acest moment, are loc etapa finală a reacției potasiului cu apa, însoțită de o explozie slabă și stropire a alcaliului fierbinte rezultat. Prin urmare, din motive de siguranță, merită să păstrați o anumită distanță față de banca de laborator până la finalizarea completă a reacției. vei gasi cele mai spectaculoase experimente pe care le poti face cu copiii tai acasa.

Structura potasiului

Un atom de potasiu este format dintr-un nucleu care conține protoni și neutroni și electroni care orbitează în jurul lui. Numărul de electroni este întotdeauna egal cu numărul de protoni din interiorul nucleului. Când un electron este îndepărtat sau adăugat unui atom, acesta încetează să fie neutru și devine un ion. Ionii sunt împărțiți în cationi și anioni. Cationii au sarcină pozitivă, anionii au sarcină negativă. Când un electron este adăugat unui atom, acesta devine anion; dacă unul dintre electroni părăsește orbita sa, atomul neutru se transformă într-un cation.

Numărul de serie al potasiului din tabelul periodic este 19. Aceasta înseamnă că în nucleul unui element chimic există și 19 protoni.Concluzie: în jurul nucleului sunt 19 electroni.Numărul de protoni din structură se determină astfel: scădeți numărul de serie al elementului chimic din masa atomică. Concluzie: există 20 de protoni în nucleul de potasiu. Potasiul aparține perioadei IV, are 4 „orbite” în care electronii sunt distribuiți uniform și sunt în mișcare constantă. Prima „orbita” conține 2 electroni, a doua - 8; în a treia și ultima, a patra „orbita”, 1 electron se rotește. Aceasta explică nivelul ridicat de activitate chimică a potasiului: ultima sa „orbita” nu este complet umplută, astfel încât elementul tinde să se combine cu alți atomi. Ca urmare, electronii din ultimele orbite ale celor două elemente vor deveni comuni.

Subiectul 1.6. Reacții redox.

Întrebări pe o temă studiată anterior:

1. În ce cazuri în timpul electrolizei soluțiilor apoase de sare:

a) hidrogenul este eliberat la catod;

b) oxigenul este eliberat la anod;

c) are loc reducerea simultană a cationilor metalici și a cationilor de hidrogen ai apei?

1. Ce procese care au loc pe electrozi sunt unite sub denumirea generală „electroliza”?
2. Care este diferența dintre electroliza sodei caustice topite și electroliza soluției sale?
3. La ce pol al bateriei - pozitiv sau negativ - ar trebui conectată partea metalică atunci când o cromează?
4. Extindeți sensul electrolizei; concept - electroliza.
5. Ce procese chimice au loc la catod și anod în timpul electrolizei unei soluții de iodură de potasiu? Topitură de iodură de potasiu?
6. Întocmește scheme de electroliză folosind electrozi de carbon ai topiturii și soluțiilor următoarelor săruri: KCl.
7. În ce secvență se vor reduce cationii în timpul electrolizei sărurilor lor de aceeași concentrație (anod insolubil) de următoarea compoziție: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Explicați de ce potasiul metal nu poate fi obținut pe electrozi de carbon prin electroliza unei soluții apoase de clorură de potasiu, dar poate fi obținut prin electroliza unei sări topite?
9. În timpul electrolizei unei soluții apoase de nitrat de argint la catod, se formează următoarele:

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

stiu concepte de bază și esența reacțiilor redox, reguli de compilare a reacțiilor redox folosind metoda echilibrului electronic;

a fi capabil să clasificarea reacțiilor în funcție de starea de oxidare; definiți și aplicați conceptele: „grad de oxidare”, „agenți oxidanți și reducători”, „procese de oxidare și reducere”; întocmește o balanță electronică pentru reacțiile redox și folosește-o pentru a atribui coeficienți într-o ecuație moleculară.

Modificări ale proprietăților elementelor în funcție de structura atomilor lor

După ce am studiat anterior tipurile de reacții chimice, structura moleculelor, relația dintre principalele clase de compuși chimici, putem spune că majoritatea reacțiilor - adiție, descompunere și substituție, au loc cu o schimbare a stării de oxidare a atomilor. substanțe care reacţionează și numai în reacţiile de schimb acest lucru nu se întâmplă.

Reacțiile care au ca rezultat modificări ale stării de oxidare a elementelor se numesc reacții redox.

Există mai multe moduri de a construi ecuații pentru reacțiile redox. Să ne oprim asupra metodei echilibrului de electroni, bazată pe determinarea numărului total de electroni în mișcare. De exemplu:

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

Determinăm ce atomi de elemente și-au schimbat starea de oxidare:

Мn → Мn Сl → Сl

Determinați numărul de electroni pierduți (–) și primiți (+):

Мn – ​​​​2 e→ Mn CI + 6 e→ Cl

Numărul de electroni pierduți și câștigați trebuie să fie același. Prezentăm ambele procese de semireacție după cum urmează:

agent reducător Mn – 2 eˉ → Мn 3 3Мn – 6 eˉ → 3Mn oxidare

agent de oxidare Cl + 6 eˉ → Сl 1 Сl + 6 eˉ → Сl recuperare

Transferăm principalii coeficienți pentru agentul oxidant și agentul reducător în ecuația de reacție

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

Procesul de transformare a manganului +4 în mangan +6 este un proces de recul (pierdere) de electroni, adică. oxidare; procesul de transformare a Cl(+5) în Cl(-1) este procesul de obținere a electronilor, adică. procesul de recuperare. Substanța MnO 2 este un agent reducător, iar KClO 3 este un agent oxidant.

Uneori, una dintre substanțele care participă la reacție îndeplinește două funcții simultan: un agent de oxidare (sau agent reducător) și un formator de sare. Luați ca exemplu reacția

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

Să compunem semireacții pentru un agent oxidant și un agent reducător. Zincul pierde doi electroni, iar azotul N(+5) câștigă opt electroni:

Zn – 2 eˉ → Zn 8 4

N+8 eˉ → N 2 1

Astfel, oxidarea a patru atomi de zinc necesită opt molecule de HNO 3 și două molecule de HNO 3 pentru formarea sării.

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

Tipuri de ecuații pentru reacțiile redox.

Oxidanți de bază și agenți reducători.

Reacțiile redox sunt împărțite în trei grupe: reacții intermoleculare, intramoleculare și reacții de disproporționare.

Se numesc reacțiile în care o substanță servește ca agent oxidant și cealaltă ca agent reducător reacții intermoleculare, De exemplu:

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

Reacțiile intermoleculare includ, de asemenea, reacții între substanțe în care atomii care interacționează ai aceluiași element au stări de oxidare diferite:

2H2S + SO2 = 3S + 2H2O

Reacțiile care apar cu modificarea stării de oxidare a atomilor din aceeași moleculă se numesc reacții intramoleculare, De exemplu:

2KClO3 = 2KCl + 3O2

Reacțiile intramoleculare includ reacții în care atomii aceluiași element au stări de oxidare diferite:

NH4NO3 = N2O + H2O

Reacțiile în care funcțiile de oxidare și reducere sunt îndeplinite de atomii aceluiași element în aceeași stare de oxidare se numesc reacții de disproporționare, De exemplu:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 = 2NаСО 3 + О 2

Agenti oxidanti

O măsură a capacității de oxidare a unui atom sau ion, așa cum sa menționat deja, este afinitatea electronilor, adică capacitatea lor de a accepta electroni.

Agenții oxidanți sunt:

1. Toți atomii nemetalici. Cei mai puternici agenți oxidanți sunt atomii de halogen, deoarece sunt capabili să accepte doar un electron. Pe măsură ce numărul grupelor scade, abilitățile de oxidare ale atomilor nemetalici aflați în ei scad. Prin urmare, atomii nemetalicilor din grupa IV sunt cei mai slabi agenți de oxidare. În grupuri de sus în jos, proprietățile oxidante ale atomilor nemetalici scad și ele datorită creșterii razelor atomilor.

2. Ioni metalici încărcați pozitiv într-o stare de oxidare ridicată, de exemplu:

KMnO 4, K 2 CrO 4, V 2 O 5, MnO 2 etc.

În plus, ionii metalici cu o stare scăzută de oxidare sunt agenți de oxidare, de exemplu:

Ag, Hg, Fe, Cu etc.

3. Acizi HNO3 şi H2SO4 concentraţi.

Restauratori

Reductorii pot fi:

1. Atomii tuturor elementelor cu excepția lui He, Ne, Ar, F. Cei mai ușor de pierdut electroni sunt atomii acelor elemente care au unul, doi, trei electroni în ultimul strat.

2. Ioni metalici încărcați pozitiv care se află într-o stare de oxidare scăzută, de exemplu:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Ioni încărcați negativ, de exemplu: Clˉ, Brˉ, Iˉ, S 2ˉ.

4. Acizi slabi și sărurile lor, de exemplu: H 2 SO 3 și K 2 SO 3; HNO 2 și KNO 2.

Întrebări pe tema studiată:

1. Ce reacții se numesc redox? Cum diferă reacțiile redox de alte reacții chimice?

1. De ce metalele din compuși prezintă doar stări de oxidare pozitive, în timp ce nemetalele prezintă atât stări de oxidare pozitive, cât și negative?
2. Ce substanțe se numesc agenți oxidanți și care agenți reducători?
3. Cum poate electronegativitatea relativă să determine natura legăturii dintre atomi dintr-o moleculă?
4. Care este relația dintre energia de afinitate electronică și puterea de oxidare a unui element chimic?
5. Ce substanțe complexe se caracterizează numai prin proprietăți oxidante? În ce cazuri pot acționa substanțele complexe ca agenți oxidanți și reducători?
6. În următoarele ecuații de reacție, determinați agentul de oxidare și agentul reducător, starea lor de oxidare și aranjați coeficienții:

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. În următoarele reacții, în care agentul de oxidare și agentul de reducere sunt în aceeași substanță (reacții de oxidare-reducere intramoleculare), aranjați coeficienții:

a) NH4NO3 → N2O + H2O

b) KClO 3 → KCl + O 2

c) Ag 2 O → Ag + O 2

1. Pentru reacțiile de disproporționare (auto-oxidare - autovindecare), scrieți circuitele electronice și aranjați coeficienții:

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. Care dintre următoarele reacții sunt intramoleculare și care sunt reacții de disproporționare:

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

Selectați coeficienții pentru fiecare reacție.

Literatură: 1, 2,3.

Folosind o pâlnie și o tijă de sticlă, turnați pilitura de aluminiu în recipientul reactorului, apoi leșie, acoperiți gaura cu o bucată de bandă și agitați conținutul. Apoi atașăm receptorul. Orificiul său inferior (pentru eliberarea hidrogenului) trebuie închis cu un cui. Lubrifiați cu grijă joncțiunea reactorului și a receptorului cu pastă de alabastru (luați doar puțin din ea). După ce ați așteptat 5 minute, uscați conexiunea cu un uscător de păr timp de aproximativ 4-5 minute.

Acum înfășurați cu grijă vata umedă pe placa receptorului, făcându-se înapoi cu 5-8 mm de margini și fixați-o cu sârmă subțire.

Mai întâi, scoateți cuiul dopului. Apoi încălzim treptat canistra cu amestecul de reacție cu un arzător (puteți folosi un arzător pentru a economisi bani).

Pentru a încălzi, am folosit un recipient cu butan și atașamentul mare pentru lanternă menționat mai sus. Gazul inflamabil din interiorul cutiei se răcește, iar în timp flacăra scade ușor, așa că a trebuit să încălzesc cu mâna bidonul de butan.

Asigurați-vă că jumătate din „retortă” este încălzită la căldură portocalie, gâtul receptorului ar trebui să fie încălzit la căldură roșie. Se încălzește aproximativ 13-14 minute. Reacția este însoțită inițial de apariția unei flăcări violete care iese din receptor, apoi scade treptat și dispare, apoi puteți reduce orificiul introducând un cui (liber și cu un gol). În timpul reacției, umeziți treptat vata cu o pipetă, evitând să pătrundă apa în articulații.

După oprirea încălzirii, introduceți ștecherul strâns. Lăsați dispozitivul să se răcească la temperatura camerei! Tocmai l-am scos în frig. Apoi scoatem vata si stergem urmele de apa.

Pregătiți dinainte locul unde veți răzui potasiul din receptor. Fiți conștienți de riscul de incendiu! Ar trebui să aveți benzină, pensetă, o spatulă-răzuitoare de casă, un recipient pentru depozitarea potasiului cu un lichid inert, cum ar fi kerosenul sau uleiul. Este indicat ca lichidul să fie uscat. Razuim tencuiala si separam receptorul. Puneți imediat o bucată de polietilenă pe gâtul receptorului și apăsați-o cu plastilină (sau faceți un dop în avans). Deschidem jumătățile receptorului, partea principală a potasiului condensată în partea stângă (care era conectată la gât la reactor), în partea dreaptă erau doar urme de potasiu (structura receptorului este prezentată în Fotograful). Turnați benzină în partea stângă (eu am folosit hexan). Acest lucru se face pentru a proteja metalul de oxidare (lucru bun despre benzină este că se va evapora fără urmă și puteți folosi din nou frigiderul fără a deranja chitul de gips). Operația se efectuează purtând ochelari de protecție!

Folosește o spatulă pentru a răzui metalul de pe părțile laterale, apoi folosește o pensetă pentru a o pune într-un recipient de depozitare. Amintiți-vă, așchiile mici de potasiu se oxidează atât de repede în aer încât se pot aprinde. Acest lucru este ușor de văzut dacă aplatizați cu grijă o bucată de potasiu uscată cu un cuțit pe o bucată de hârtie (de preferință filtru sau hârtie igienică) - potasiul se aprinde de obicei. O parte din metal va ieși sub formă de așchii și boabe mici. Ele pot fi colectate prin spălarea lor cu benzină într-un recipient de depozitare sau o cană uscată. Sunt utile pentru a reacționa cu apa: chiar și boabele mici strălucesc cu lumini violete frumoase.

Am reușit să adun aproximativ 1,1 g de potasiu într-o sticlă (0,7-0,8 g sub formă de masă compactă). În total, s-au format aproximativ 1,3 g de metal. Nu am colectat o parte din potasiu sub formă de reziduuri; l-am șters cu hârtie hexană și l-am transferat în apă cu o pensetă (este convenabil să scuturați boabele de pe hârtie). După reacție, trebuie să îndepărtați urmele de metal din receptor; pur și simplu aruncați jumătatea dreaptă („partea de jos”) în apă la distanță de braț și plecați imediat. Lăsați jumătatea stângă să stea în aer până când urmele de potasiu se oxidează parțial, apoi îndepărtați-le folosind vată umedă pe un fir (fără a deteriora chitul de gips). Apoi clătiți receptorul cu o pipetă și uscați-l cu un șervețel (aveți grijă să nu îndreptați orificiul spre dvs.).