تحضير العناصر القلوية واستخداماتها

ظهور العناصر الأولية

الصوديوم والبوتاسيوم متوفران بكثرة في المحيط الحيوي للأرض بنسب (2.6٪ و 2.4٪ على التوالي) ولا تظهر هذه العناصر بالحالة الأولية لها.

المصادر الأساسية للعناصر الأولية

1. الصخر الملحي غالبا يكون صوديوم كلورايد نقي.
2. المحاليل الملحية الطبيعية.
3. مياه البحار.
4. سيلفيت وهو البوتاسيوم كلورايد.
5. سيلفينيت وهو عبارة عن صوديوم كلورايد و بوتاسيوم كلورايد.
6. كارناليت (KMgCl₃·6(H₂O.

الصوديوم كلورايد لا نحتاج إلى تصنيعها لأنها تتوفر على شكل رواسب طبيعية بكثرة. إن تبخر مياه البحر ينتج مزيجًا من الأملاح، ولكن بما أن كلوريد الصوديوم يمثل المكون الرئيسي للخليط إنتاجها بكثرة بهذه الطريقة هي عملية قابلة للتطبيق وتحت متناول أيدينا.

كما ان البحار والبحيرات المالحة هي أيضًا مصدر تجاري لـكلوريد الصوديوم. حيث تقع بحيرة عسل في جيبوتي بإفريقيا على عمق 155 متراً تحت مستوى سطح البحر، كما تتغذى بمياه مالحة من البحر الأحمر ولكن لا يوجد بها منافذ للماء. التبخر الناتج عن الطاقة الشمسية ينتج كلوريد الصوديوم عند بمعدل 4 مليون طن في السنة.

على عكس الصوديوم ووالبوتاسيوم الوفرة الطبيعية لكل من الليثيوم والرباديوم والسيزيوم فوفرتهم قليلة نسبيا (نسبة وجودهم(Rb> Li> Cs)، كما تتواجد هذه المعادن كمعادن سيليكات مختلفة، على سبيل المثال سبودومين (LiAlSi2O6).

تحضير العناصر القلوية

نظرًا لأن الفلزات القلوية هي من بين أكثر العناصر الاختزالية المعروفة فاعلية، فإن الحصول على هذه الفلزات في شكل نقي يتطلب مدخلات كبيرة من الطاقة. على سبيل المثال يتم تحضير الليثيوم والصوديوم النقيين، عن طريق الاختزال الإلكتروليتي للكلوريدات المنصهرة: LiCl(l)→Li(l)+1/2 Cl2(g)

يتم خلط كلوريد الكالسيوم مع كلوريد الليثيوم حتى يتم خفض درجة انصهار ملح الليثيوم. كما يتم إجراء التحليل الكهربائي في الغلاف الجوي للأرجون بدلاً من النيتروجين، حيث يستخدم عادةً للمواد شديدة التفاعل مع الأكسجين والماء، لأن الليثيوم يتفاعل مع غاز النيتروجين لتكوين نيتريد الليثيوم (Li3N).

يتم إنتاج الصوديوم المعدني عن طريق التحليل الكهربائي لمزيج مصهور من صوديوم كلورايد مع الكالسيوم كلورايد.

في حين أنه يتم إنتاج البوتاسيوم تجاريًا من اختزال بوتاسيوم كلورايد بواسطة الصوديوم، متبوعًا بعملية التقطير التجزيئي للبوتاسيوم، أيضًا نستطيع إنتاج الروبيديوم والسيزيوم عن طريق التحليل الكهربائي، إلا أنه يتم الحصول عليهما عادةً عن طريق تفاعل أملاح الهيدروكسيد مع العامل المختزل مثل المغنيسيوم.

2RbOH(s)+Mg(s)→2Rb(l)+Mg(OH)2(s)

توجد رواسب ضخمة من كلوريد الصوديوم و كلوريد البوتاسيوم النقيين الموجودين في الطبيعة وهما يعدان المصادر الرئيسية للصوديوم والبوتاسيوم. كما توجد المعادن القلوية الأخرى بتراكيز منخفضة في مجموعات متنوعة من المعادن، ولكن الخامات التي تحتوي على تراكيز عالية من هذه العناصر نادرة نسبيًا. ولا توجد مصادر معروفة للروبيديوم، على الرغم من أنه العنصر السادس عشر الأكثر وفرة على الأرض.

يتم الحصول على الروبيديوم تجاريًا عن طريق عزل 2٪ إلى 4٪ من الروبيديوم الموجود كشوائب في الميكا، وهي عبارة عن معادن تتكون من صفائح مركَّبة من سيليكات البوتاسيوم والألمنيوم. كما يتم استرداد الفلزات القلوية من خامات السيليكات في عملية متعددة الخطوات يتم الاستفادة من إيجابية قابلية الذوبان المعتمدة على الرقم الهيدروجيني للأملاح المختارة لكل أيون فلزي، وهنالك عدة خطوات لذلك نبدأ بالترشيح.

كما يتم استخدم حامض الكبريتيك لإذابة الأيون الفلزي القلوي (+Al3)، من الخام، ليتم إزالة (+Al 3) من الخليط على هيئة Al(OH)3 الترسيب الانتقائي لكربونات الفلزات القلوية غير القابلة للذوبان، كما يتم إذابة الملح مرة أخرى باستخدام حمض الهيدروكلوريك، ويتم عزل المعدن المراد الحصول عليه بالتبخير والتحليل الكهربائي. مثلا يتم عزل الليثيوم السائل من خام سيليكات الليثيوم من خلال المرور بالمراحل المختلفة.

الخطوات الرئيسية لعملية عزل الليثيوم من الإسبودومينن هي:

• ترشيح الحمض.
• الترسيب الأساسي لهيدروكسيد الألومنيوم.
• الترسيب الانتقائي لكربونات الليثيوم غير القابلة للذوبان.
• التحويل إلى كلوريد الليثيوم.
• التبخر.
• التحليل الكهربائي.

يتم استخلاص الفلزات القلوية الأخرى وفلزات الأرض القلوية من خاماتها بواسطة عمليات مماثلة.

استخدامات العناصر القلوية

• يستخدم الهيدروجين كوقود للطائرات بسبب أنه خفيف الوزن، أيضا يستخدم في بالونات الطقس وينتج الماء ويعمل على تصنيع الأمونيا، كما أنه يقوم بتحسين نوعية الوقود الأحفوري ويدخل في صناعة الزجاج.

• يستخدم الليثيوم في مجال التعدين وفي البطاريات وفي مجالات الكهرباء والإلكترونيات، عندما يكون على شكل كربونات الليثيوم يستخدم للسيطرة على بعض الاضطرابات النفسية والزجاج.

• يستخدم الصوديوم كملح طعام ويكون على شكل كلوريد الصوديوم، وهنالك نترات الصوديوم الذي يستخدم كعنصر في البارود، وهو مهم لجميع الكائنات الحية كما ويستخدم في إنتاج المعادن الأخرى.

• يستخدم البوتاسيوم في الأسمدة، ويستخدم هيدروكسيد البوتاسيوم في المنظفات والصابون وبروميد البوتاسيوم مادة كيميائية تستخدم في التصوير الفوتوغرافي، كما ويستخدم في توليد الطاقة خاصة الطاقة الشمسية.

• يستخدم الروبيديوم في صناعة مركب الروبيديوم لعلاج الاكتئاب كما يتم استخدامه في الأبحاث.

• يستخدم السيزيوم في معدات الكشف عن الزجاج والإشعاع وفي المجال الطبي.

• أما بالنسبة للفرانسيوم لا يستخدم إلا في الأبحاث لأنه من أندر العناصر على الأرض كما أنه عنصر مشع.