Почему щёлочные и щелочноземельные металлы нельзя получить гидрометаллургическим методом?

Коротко: щёлочные металлы (Li, Na, K, …) и щелочноземельные металлы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, …) нельзя получить гидрометаллургическим методом потому, что в водных растворах их ионы нельзя стабильно восстанавливать до металлического состояния — сразу начинается выделение водорода. Поэтому получить металл из водного раствора невозможно; для их получения используют расплавленные соли или химические способы восстановления при высокой температуре. Пошагово разбор: 1) Что такое гидрометаллургия - В основе: извлечение металла через водные растворы (лещение, растворение, осаждение, электролиз водного раствора и т.д.). - Но когда металл нужно получить электролизом, в водном растворе на катоде чаще восстанавливается вода или водород, а не сам металл. 2) Суть редокс-пределов - Чтобы получить металл из раствора, нужно восстановить ион металла M^n+ до металлического M(0). - Для каждого металла у нас есть стандартное изменение потенциала: - Na+/Na: примерно -2.71 В - Ca2+/Ca: примерно -2.87 В - Mg2+/Mg: примерно -2.37 В - Водород в водном растворе восстанавливается при более легком (менее «отрицательном») потенциале: - 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (примерно E° ≈ -0.83 В в щёлочной среде; в кислой среде 2H+ + 2e- → H2; E° = 0 В) 3) Что происходит на практике в водном электролите - Чтобы вернуть Na2+ или Ca2+ до Na или Ca, нужно приложить очень большое отрицательное напряжение (серьезно ниже -0.8 В). - Но именно при таком напряжении на катоде с большей вероятностью начнет восстанавливаться вода, образуя водород: - 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- - Поэтому металл не осаждается; вместо этого образуется водород, и металла накапливается не происходит. 4) Применительно к щёлочным и щелочноземельным металлам - Для всех них характерно очень отрицательное значение E°, поэтому их восстановление из водного раствора невозможно без побочных процессов (водород выделяется первым). - Следовательно, гидрометаллургический метод не подходит для получения этих металлов в чистом виде. 5) Как же их получают на практике? - Не гидрометаллургически, а обычно: - электролиз расплавленных солей (например, расплавленного NaCl для натрия; расплавленного MgCl2 для магния; и т.д.). - химическое восстановление при высокой температуре (например, Pidgeon-процесс для Mg из оксидов с кремнием) — это не водный метод. - Пример: натрий получают электролизом расплавленного NaCl (Castner–Kellner и пр.). Магний — электролизом расплавленного MgCl2 ( Downs cell ) или другим высоким-temp способом. 6) Вывод - Главная причина: в водном растворе ионы щёлочных и щелочноземельных металлов не могут восстанавливаться до металла без активного выделения водорода; поэтому металл не образуется в гидрометаллургии. - Чтобы получить эти металлы, используют методы без воды: электролиз расплавленных солей или другие высокотемпературные методы восстановления. Если хотите, могу привести конкретные примеры реакций и условий (температура расплавов, электролиты, условия электролиза) для Na, Mg, Ca и кратко сравнить с тем, что используют в промышленных процессах.