Щелочные металлы представляют со­бой серебристо-белые (литий, нат­рий, калий, рубидий) или желтоватые (цезий) вещества с металлическим блеском, с низкими температурами плавления и кипения. Цезий, находя­щийся в запаянной ампуле, легко пла­вится в руке (t_пл=29°С), натрий пере­ходит в жидкое состояние при 98°С. Все щелочные металлы чрезвычай­но активны. Литий и натрий на возду­хе мгновенно покрываются плотной плёнкой кислородных соединений, но загораются лишь при нагревании, а калий, рубидий и цезий — уже при комнатной температуре. Поэтому хра­нят щелочные металлы под слоем керосина или в запаянных сосудах. Ин­тересно, что продуктами их горения на воздухе (за исключением лития) являются не оксиды, а пероксиды (в случае натрия) и надпероксиды (в случае калия, рубидия и цезия).

Взаимодействие калия с водой.

Эти элементы являются типичны­ми металлами. В их атомах на внеш­нем уровне имеется всего один элект­рон (ns¹), который они легко отдают, превращаясь в положительно заряжен­ные ионы с электронной конфигура­цией инертного газа. Восстановитель­ная активность металлов закономерно возрастает с увеличением порядково­го номера. В этом легко убедиться на примере их взаимодействия с водой. Все щелочные металлы вытесняют из воды водород, образуя щёлочи: 2М+2Н₂О=2МОН+Н₂­. С литием реак­ция протекает спокойно. Кусочек нат­рия, попав в воду, начинает быстро двигаться по её поверхности. Вскоре под действием выделяющейся при ре­акции теплоты он расплавляется, пре­вращаясь в каплю, которая, взаимодей­ствуя с водой, быстро уменьшается в размерах. Стоит задержать её на месте, прижав пинцетом к стенке сосуда или положив в воду лист фильтроваль­ной бумаги, как капля воспламеняет­ся и сгорает ярко-жёлтым пламенем. Калий загорается сразу при попадании в воду, а рубидий и цезий вспыхивают на воздухе ещё до того, как их успева­ют внести в сосуд с водой.

Соединения щелочных металлов окрашивают пламя в характерные цвета. Так, соли лития придают ему карминово-красный цвет, соли натрия — жёлтый, калия — фиолетовый, а рубидия и цезия — тоже фиолетовый, но более светлого оттенка.

Так же интенсивно протекают ре­акции со многими неметаллами — га­логенами, серой, фосфором. Однако с азотом натрий и калий не взаимодей­ствуют, а с графитом образуют лишь соединения включения, в которых ато­мы металла находятся между отдель­ными слоями в структуре графита.

Натрий и другие щелочные метал­лы довольно сложно получить в лабо­ратории, хотя это и можно сделать, например, прокаливая соду с углём: Na₂CO₃+2С=3СО+2Na.

Схема электролизёра для получения натрия:

1  — приёмник натрия;

2 — катод; 3 — анод;

4 — расплав NaCl+CaCl₂

В промышленности натрий полу­чают электролизом расплава смеси хлоридов натрия и кальция (она пла­вится при более низкой температуре, чем чистый хлорид натрия). Интерес­но, что первым из расплава выделя­ется не кальций, а более активный натрий, так как ион Na⁺ в расплаве легче, чем Са²⁺, принимает электроны. Процесс проводят в стальных элек­тролизёрах при 580 °С. Образующий­ся жидкий натрий всплывает на по­верхность расплава и собирается в специальный приёмник.

Ежегодно в мире производится около 200 тыс. тонн металлического натрия, который применяется на атомных электростанциях и в авиа­двигателях в качестве теплоносителя, в металлургии — как восстановитель, в лабораторной практике — для абсолютирования (обезвоживания) раст­ворителей.

Литий, как и натрий, получают электролизом расплавов, а осталь­ные щелочные металлы вытесняют из расплавленных солей металлическим натрием или кальцием. Например, натрий при 850 °С легко вытесняет более активный калий из расплава его хлорида:

КСl+Na ®^t°NaCl+К­.

Это объясняется тем, что калий (t_кип=762 °С), более летучий, чем натрий (t_кип=883 °С), испаряется (уходит из сферы реакции), и в соответствии с принципом Ле Шателье равновесие реакции смещается вправо. Анало­гично из хлорида цезия удаётся полу­чить цезий: Са+2CsCl=2Cs­+CaCl₂.

Схема установки для получения гидроксида натрия. В электролизёре (слева) проводится электролиз раствора NaCl с ртутным катодом. Образующаяся амальгама натрия поступает в ванну (справа), где она разлагается водой с образованием NaOH и выделением водорода. Ртуть возвращается назад в электролизёр.