2. Природные формы

Натрия и калия на Земле довольно много – они входят в десятку наиболее распространенных элементов земной коры. Остальные щелочные элементы относятся к редким.

Из-за высокой химической активности щелочные металлы в свободном виде не встречаются. В литосфере щелочные металлы встречаются главным образом в виде алюмосиликатов.

Например, полевых шпатов – альбита Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂ и ортоклаза K₂O·Al₂O₃·6SiO₂. Наиболее важным минералом лития является сподумен Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂. Цезий встречается в гидратированном алюмосиликатном минерале поллуците 4Cs₂O·4Al₂O₃·18SiO₂·2H₂O. Чистые рубидий содержащие минералы неизвестны.

Большие отложения солей натрия и калия в сравнительно чистом виде встречаются на всех континентах как результат испарения древних морей. Залежи некоторых из них могут достигать толщины более 1 км. Процесс их образования продолжается в озере Солт-Лейк, Мертовом море и других местах. Натрий встречается в виде (галита, каменная соль) NaCl, а также карбоната Na₂CO₃ ·NaHCO₃·2H₂O, нитрата (селитра) NaNO₃, сульфата (мирабилит) Na₂SO₄ ·10H₂O, тетрабората (бура) Na₂B₄O₇ ·10H₂O и (кернит) Na₂B₄O₇ ·4H₂O. Калий встречается в основном, в виде простого хлорида (сильвин) KCl, KCl · MgCl₂ · 6H₂O (карналлит) и KCl · NaCl (лангбейнит). Именно эти минералы служат основными промышленными источниками натрия и калия.

Наряду со стабильными изотопами щелочные элементы имеют многочисленные радиоактивные изотопы. Особую роль играет встречающийся в природе радиоактивный ⁴⁰К с периодом полураспада 10⁹ лет. Он является источником практически всего аргона и присутствует во всех живых организмах.

Франций стабильных изотопов не имеет. Он присутствует в природе в следовых количествах. Общее содержание в километровой толще литосферы земной коры оценивается в 15 г. С помощью ядерных реакций получены изотопы Франция, однако они имеют еще меньший период полураспада 21,8 мин. Из-за его высокой радиоактивности приходится работать со следовыми количествами этого элемента.

3. Простые вещества

3.1 Методы получения

Щелочные элементы являются сильнейшими восстановителями, поэтому получение простых веществ из соединений химическим восстановлением затруднено. Для лития и натрия используют электрохимические методы восстановления.

Среди щелочных металлов в наибольшем количестве получают металлический натрий. Электролитический способ промышленного получения натрия был разработан в 1980 г. Электролизу подвергали расплав гидроксида натрия:

катод (железный) Na⁺ + ē = Na

анод (никелевый) 4OH^- – 4ē = O₂ + 2H₂O

При электролизе более дешевого хлорида натрия возникают серьезные проблемы, связанные с близкими температурами плавления и кипения хлорида натрия, а также высокой растворимостью натрия в жидком хлориде натрия. Добавление к хлориду натрия хлорида калия, фторида натрия, хлорида кальция позволяет снизить температуру расплава. При этом используют железный катод и графитовый анод.

катод (железный) Na⁺ + ē = Na

Са²⁺ + 2ē = Сa

анод (графитовый) 2Cl^- – 2ē = Cl₂

Калий получают восстановлением расплавленного хлорида калия металлическим натрием при 850 °C.

Для получения металлического рубидия и цезия применяется аналогичный процесс с использованием металлического кальция при 750°C при пониженном давлении. Иногда применяют восстановление щелочных металлов другими элементами, образующими устойчивые оксиды:

2Li₂O + Si = SiO₂ + 4Li

6KCl + 2Al + 4CaO = 3CaCl₂ + CaO·Al₂O₃ + 6K

Rb₂CO₃ + 3Mg = 2Rb + 3MgO + C

2Cs₂CO₃ + Zr = 4Cs + ZrO₂ + 2CO₂

Щелочные металлы очищают вакуумной перегонкой. Их хранят в герметичной железной таре или запаянных стеклянных ампулах под слоем керосина или другой инертной жидкости.