Литий, рубидий, цезий и франций

Литий. Этот элемент отличается от других щелочных металлов наименьшими размерами атома и иона. Наружный электронный слой катиона имеет два электрона (структура | Не|), а не восемь, как другие щелочные металлы. Поэтому литий проявляет некоторые отличия в своих свойствах от других щелочных металлов. Он реагирует с азотом, образуя нитрид Li₃N, и графитом, образуя этинид Li₂C₂. При горении на воздухе образует оксид Li₂0, в то время как другие щелочные металлы образуют пероксиды и надпероксиды. Растворимость литиевых солей заметно отличается от растворимости солей других элементов 1-й группы. Так как катион Li⁺ прочнее других катионов щелочных металлов удерживает молекулы воды, он образует с СГ, Вг~, I", NO3, СЮ4 кристаллогидраты, в которых на каждый катион соли приходится три молекулы воды. По всем этим свойствам литий напоминает магний.

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал для электродной полуреакции.

равен -3,045 В. Это самый большой отрицательный потенциал среди металлов, поэтому металлический литий используют в химических источниках тока. Он находит применение также как теплоноситель в ядерных реакторах и как компонент ряда сплавов с особыми свойствами.

Карбонат лития используют в фармакологии как антидепрессант.

Рубидий и цезий. Металлические Rb и Cs по химическим свойствам очень похожи на калий, но проявляют большую химическую активность. На высокой химической активности основано их использование в качестве геттеров (газопоглотителей) в вакуумных электронных приборах. Атомы рубидия и цезия настолько непрочно удерживают валентные электроны, что их могут выбить кванты света. На этом основано использование этих металлов для получения фототока в фотоэлементах. Высокая пластичность рубидия и цезия нашла применение в смазочных композициях для космической техники. Цезий используют в атомных стандартах времени — «атомных часах», а также как теплоноситель в ядерных реакторах. Радиоактивный изотоп ^13/Cs применяют в медицине. Соединения рубидия используют как снотворные и болеутоляющие средства.

Франций. Известно 27 изотопов франция с атомными массами от 203 до 229. Все они неустойчивые. Из-за отсутствия долгоживущих изотопов химические свойства изучены только с микроконцентрациями. Франций — самый электроположительный металл, химический аналог цезия. Наиболее долгоживущий изотоп франция ²²³Fr имеет период полураспада 21,8 мин. Его используют в биологических исследованиях.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Напишите уравнения реакций диссоциации солей калия, используемых в качестве минеральных удобрений (см. табл. 15.8). Какими электролитами (сильными или слабыми) являются эти соли? Опишите состояние катиона К⁺ в водных растворах калийных удобрений, используя данные табл. 15.6.
• 2. Соленость воды ощущается на вкус, если массовая доля солей равна или превышает 2,5%. Повышение массовой доли солей делает воду непригодной для питья. Основная роль при этом принадлежит NaCl, хотя кларки натрия и калия в земной коре практически одинаковы. Почему в соленых водах калия намного меньше, чем натрия? Почему соленые воды нельзя пить ни людям, ни животным?

3. При передаче нервного импульса происходит изменение потенциала мембраны нервного волокна (аксона). Мембранный потенциал аксона в состоянии покоя описывается уравнением, которое можно получить из уравнения Нернста (12.2):

где Р|<- и P_N'.,> — относительные проницаемости мембран для катионов К⁺ и Na⁺ (Р_к+ = 100P_Na+). Вычислите потенциал мембраны нервного волокна в состоянии покоя, которое характеризуется следующими концентрациями ионов (в ммоль/л): внутри клетки [К⁺] = = 400, |Na^f | = 50, снаружи клетки [К⁺] = 20, |Na⁺| = 440.

4. Один из способов получения KCI из сильвинита основан на том, что растворимости NaCl и КС1 по-разному зависят от температуры (см. рис. 7.3). Рассчитайте, сколько килограммов KCI и NaCl выпадает из 1 т насыщенного раствора при охлаждении его от 323 до 293 К, пользуясь следующими данными:

Соль KCI NaCl.

Растворимость, % (293 К) 25,4 26,4.

Растворимость, % (323 К) 29,9 26,8.