Номер 1356, страница 209 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1356. *Из-за высокой химической активности щелочные металлы хранят либо в запаянных ампулах, либо под слоем инертной жидкости (например, керосина), предотвращающей доступ кислорода к металлу. Гексан не реагирует со щелочными металлами, однако не может использоваться для хранения натрия и калия вместо керосина. Попытайтесь объяснить почему.

Щелочные металлы, такие как натрий и калий, обладают высокой химической активностью и бурно реагируют с компонентами воздуха (кислородом, парами воды, углекислым газом). Для предотвращения этих реакций их хранят под слоем инертной жидкости, которая не реагирует с металлом и ограничивает доступ воздуха. И керосин, и гексан являются инертными по отношению к щелочным металлам. Однако гексан не используют для хранения натрия и калия по ряду причин, связанных с его физическими свойствами.

Решение

Хотя и гексан, и керосин химически инертны по отношению к натрию и калию, выбор среды для хранения определяется ключевыми физическими свойствами. Основная причина, по которой гексан не подходит, заключается не в плотности (как можно было бы предположить), а в его высокой летучести и пожароопасности.

Для эффективной защиты металл должен быть полностью погружен в жидкость, то есть его плотность должна быть выше плотности жидкости. Сравним соответствующие значения:

Плотность натрия ($Na$): $\rho_{Na} \approx 0.97 \, \text{г/см}^3$

Плотность калия ($K$): $\rho_K \approx 0.86 \, \text{г/см}^3$

Плотность гексана ($C_6H_{14}$): $\rho_{гексан} \approx 0.66 \, \text{г/см}^3$

Плотность керосина: $\rho_{керосин} \approx 0.78-0.85 \, \text{г/см}^3$

Из сравнения видно, что и натрий, и калий плотнее как гексана, так и керосина, а значит, будут тонуть в обеих жидкостях. Таким образом, аргумент, основанный на плавучести, не объясняет, почему гексан непригоден.

Решающим фактором является летучесть и связанная с ней пожароопасность.

Гексан — очень летучая жидкость (температура кипения $69^\circ C$). Он быстро испаряется, что со временем может привести к обнажению поверхности металла и его контакту с воздухом. Более того, пары гексана в сочетании с воздухом образуют взрывоопасную смесь. Температура вспышки гексана чрезвычайно низка (около $-22^\circ C$), что создает высокий риск возгорания, особенно при наличии высокореакционного металла, который может разогреться при контакте с влагой воздуха.

Керосин, в свою очередь, является смесью углеводородов с высокой температурой кипения ($150-275^\circ C$), он значительно менее летуч. Он обеспечивает стабильный и долговременный защитный слой. Его температура вспышки намного выше ($>38^\circ C$), что делает его несравнимо более безопасным для целей хранения.

Ответ: Гексан не используют для хранения натрия и калия, потому что он является очень летучей и легковоспламеняющейся жидкостью. Его быстрое испарение может оставить металл без защитного слоя, а его пары создают взрывоопасную среду. Керосин значительно менее летуч и имеет более высокую температуру вспышки, что делает его более надежным и безопасным для хранения щелочных металлов.