El iElementi 1. i 2. skupine - ttf.unizg.hr · 04/12/2013 1 El iElementi 1. i 2. skupine dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Sljedećifaktori

04/12/201304/12/2013

11

El iEl iElementiElementi1. i 2. skupine1. i 2. skupine

dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju

Sljedeći faktori utječu na svojstva alkalijskih izemnoalkalijskih elemenata :

elektronska konfiguracija

Alkalijski i zemnoalkalijski metali

veličina atoma i iona

energija ionizacije

elektronegativnost.

Svi alkalijski metali imaju jedan vanjski (valentni)elektron i elektronsku konfiguraciju [X] ns1. Svi


zemnoalkalijski metali imaju dva vanjska (valentna)elektrona i elektronsku konfiguraciju [X] ns2. Pri sobnojtemperaturi svi su članovi ovih dviju skupina u čvrstomagregacijskom stanju.

04/12/201304/12/2013

22

1

2 15 16 17

18

1413

Alkalijski metali (1. skupina)Zemnoalkalijski metali (2. skupina)

43 65 7 8 9 10 11 12


Lantanoidi

Aktinoidi

Rb(crveno)

Li (karmin crveno)

Alkalijski metali

Na(žuto)

Cs(plavo)


Radioaktivan-FrK(ljubičasto)

Soli alkalijskih metala emitiraju u vidljivom dijelu spektra ⇒ spektralna analiza

04/12/201304/12/2013

33

Relativne atomske

mase Talište

/ oC Vrelište

/ oC Gustoća/ g cm−3

Polumjer atoma / pm

Ionski polumjer

/ pm

Li 6,94 180,5 1342 0,53 152 76

Na 22,99 97,8 882,9 0,97 186 102

K 39,1 63,3 759,9 0,856 227 138

Rb 85,47 38,9 686 1,53 248 152

Cs 132,91 28,4 669 1,873 265 167


Fizička svojstva alkalijskih metala (s izuzetkom Fr zakojeg nema gotovo nikakvih podataka) :

- srebrno bijele su boje

- izrazito su mekani

- imaju nisku temperaturu tališta i vrelišta

- imaju malu gustoću

- imaju najveći polumjer atoma u odgovarajućojperiodi.


Činjenica da alkalijski metali imaju nisku tt i tv te malugustoću i tvrdoću posljedica je činjenice da je metalnaveza slaba jer u vezi sudjeluje samo jedan elektron.

04/12/201304/12/2013

44

Prva energija

ionizacije Ei,1 / kJ mol−1

Relativni koeficijent elektronegativnosti

χ

Standardni elektrodni potencijal

EΘ / V M+(aq) + e¯→ M(s)

Li 520 1 -3,05

Na 496 0,9 -2,71

K 419 0,8 -2,93

Rb 403 0,8 -2,93

Cs 376 0,7 -2,92


Zbog male Ei i male vrijednosti koeficijentaelektronegativnosti alkalijski su metali ekstremnoreaktivni i grade s nemetalima ionske spojeve (soli). U

i di d l l t t j

Litij ima najmanji standardni elektrodni potencijal i stogaje najjače redukcijsko sredstvo. Također, litij je

prirodi ne dolaze u elementarnom stanju, nego samo uspojevima uvijek kao kationi naboja +1. Čuvaju se upetroleju ili ulju (da bi se onemogućio pristup vlazi).


najmanji od svih alkalijskih metala, ima najveću prvu Ei

od svih alkalijskih metala te stoga teško otpuštaelektron.

04/12/201304/12/2013

55

Rasprostranjenost alkalijskih metalaLitij w = 0,006 % alumosilikati i fosfati,

lepidolit (K2Li3Al5Si6O20F4)

Natrij w = 2,63 % morska voda [w(NaCl)=2,7 %],kamena sol (NaCl),( ),alumosilikati, čilska salitra(NaNO3), kriolit (Na3AlF6) itd.

Kalij w = 2,40 % biljke, silikati, morska voda,silvin (KCl), karnalit(KCl·MgCl2·6H2O), kainitu(KCl M SO 3H O)


(KCl·MgSO4·3H2O)

Rubidij (w = 0,03 %) i spojevi uz ostale solicezij (w = 0,0007 %) alkalijskih metala, posebice

kalija, silikati.

Dobivanje alkalijskih metalaAlkalijski metali dobivaju se na katodi elektrolizom talinanjihovih soli (npr. klorida).

H. Davy dobio je natrij elektrolizom taline natrijevahidroksida (1807. god.).

Dobivanje natrija elektrolizom taline NaCl:K(−): 2Na+ + 2e− ⎯→ 2Na(l)A(+): 2Cl− ⎯→ Cl2(g) + 2e−.


Downsova ćelija za elektrolizu

04/12/201304/12/2013

66

Reakcije alkalijskih metala

MX(s) S nemetalima tvore soli ionskog karaktera topljive u vodi.

Ovisno o metalu nastaju:M2O(s)M2O2(s)MO2(s)

M(s)

X2Reakcije s halogenimelementima.

N2

H2OH2

O2

dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju 11

M3N(s)Ionski nitridi

2 M(s)+ 2H2O(l) → 2 MOH(aq)+ H2(g)

Svi hidroksidi topljivi su u vodi inazivaju se lužine.

MH(s)

Ionski hidridi - redukcijskasredstva (npr. NaH).

Reakcija natrija sa vodom

2Na(s) + 2H2O(l) ⎯→ 2NaOH(aq)+ H2(g)


Na Indikator: fenolftalein

04/12/201304/12/2013

77

Oksidi alkalijskih metala

4Li(s) + O2(g) ⎯→ 2Li2O(s) oksid2Na(s) + O (g) → Na O (s) peroksid2Na(s) + O2(g) ⎯→ Na2O2(s) peroksid4Na(s) + O2(g) ⎯→ 2Na2O(s) oksid (uz suvišak natrija)

K(s) + O2(g) ⎯→ KO2(s) superoksidRb(s) + O2(g) ⎯→ RbO2(s) superoksid


Neki važniji spojevi natrija i kalija

NaOH, natrijev hidroksidDobiva se elektrolizom vodene otopine natrijeva kloridap j(NaCl) pri čemu su katodni i anodni prostor odijeljeni:

2NaCl(aq) ⎯→ 2Na+(aq) + 2Cl−(aq)

K (−): 2H2O(l) + 2e−⎯→ H2 (g) + 2OH−(aq)

A (+): 2Cl−(aq) ⎯→ Cl2(g) + 2e−.


Uporaba: za proizvodnju sapuna, viskoze, celuloze, papira,kao baza u industriji, za mercerizaciju u tekstilnojindustriji.

04/12/201304/12/2013

88

NaCl, natrijev kloridDobiva se:

- iskapanjem u rudnicima soli. Ta sol se otapa u vodi dozasićenja nakon čega se crpi na površinu i uparavazasićenja nakon čega se crpi na površinu i uparava(Salzburg, Tuzla itd.)

- isparavanjem morske vode u solanama (Pag - najvećasolana u Republici Hrvatskoj).

Uporaba: za proizvodnju spojeva natrija i klora posipanje


Uporaba: za proizvodnju spojeva natrija i klora, posipanjecesta tijekom zimskih mjeseci, u industriji kože, tekstila,papira, koristi se kao začin, za konzerviranje hrane, itd.

NaHCO3, natrijev hidrogenkarbonat iNa2CO3, natrijev karbonat

Dobivanje NaHCO3 Solvayevim postupkom:NH3(g) + NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l) ⎯→ NaHCO3(aq) + NH4Cl(aq)3(g) C ( q) CO2(g) 2O( ) → CO3( q) 4C ( q)

Hlađenjem iz otopine taloži se NaHCO3.

Dobivanje Na2CO3

2NaHCO3(s) ⎯→ Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g).Δ


Uporaba: Na2CO3 se koristi u industrija gnojiva, proizvodnjistakla, boja, za štavljenje kože itd.; NaHCO3 se koristi uprehrambenoj industriji kao prašak za pecivo, u proizvodnjigaziranih pića itd.

04/12/201304/12/2013

99

NaN3, natrijev azidUporaba: u auto-industriji - proizvodnja zračnih jastuka.

2NaN3(s) ⎯⎯→ 2Na(l) + 3N2(g)2NaN3(s) → 2Na(l) + 3N2(g).


KOH, kalijev hidroksidDobiva se elektrolizom vodene otopine kalijeva klorida(KCl) pri čemu su katodni i anodni prostor odijeljeni:

2KCl(aq) ⎯→ 2K+(aq) + 2Cl−(aq)

K ( ): 2H O(l) +2e− → H (g) + 2OH−(aq)K (−): 2H2O(l) +2e ⎯→ H2 (g) + 2OH (aq)

A (+): 2Cl−(aq) ⎯→ Cl2(g) + 2e−.

K2CO3, kalijev karbonatDobivanje:2KOH( ) 2CO ( ) 2KHCO ( ) K CO ( ) CO ( ) H O( )Δ


2KOH(aq) + 2CO2(g) ⎯→ 2KHCO3(s) ⎯→ K2CO3(s) + CO2(g)+ H2O(g)

Uporaba: u kemijskoj industriji, za proizvodnju umjetnihgnojiva itd.

Δ

04/12/201304/12/2013

1010

Zemnoalkalijski metali

Be Sr

Mg Ba


CaRadioaktivan- Ra

Soli zemnoalkalijskih metala Ca, Sr, Ba emitiraju u vidljivom dijeluspektra ⇒ spektralna analiza

Relativne atomske

mase Talište

/ oC Vrelište

/ oC Gustoća / g cm−3

Polumjeratoma / pm

Ionski polumjer

/ pm

Be 9,01 1278 2970 1,85 112 31

Mg 24,30 648,8 1090 1,74 160 72

Ca 40,08 839 1484 1,54 197 110

Sr 87,62 769 1384 2,60 215 118

Ba 137,3 725 1640 3,51 222 135


04/12/201304/12/2013

1111

Stari su kemičari sve tvari stabilne pri zagrijavanjunazivali “zemlje”, a kako MgO i CaO daju s vodomalkalnu reakciju svi elementi ove skupine nazvani su

lk lij kizemnoalkalijski.

U metalnoj vezi zemnoalkalijskih metala sudjeluju podva elektrona pa zbog toga imaju viša tališta i vrelišta iveću gustoću i tvrdoću od alkalijskih.

Elementi 2. skupine imaju manji polumjer od elemenata1 grupe kao rezultat povećanja naboja jezgre tih metala


1. grupe kao rezultat povećanja naboja jezgre tih metalau odnosu na alkalijske.

Ei,1 / kJ mol−1

Ei,2 / kJ mol−1 χ EΘ / V

M2+ +2e¯ → M

Be 899 1757 1,5 -1,7

Mg 738 1450 1,2 -2,36

Ca 590 1145 1,0 -2,87

Sr 549 1064 1,0 -2,89

Ba 503 965 0,9 -2,90


Svi metali ove skupine (osim Be) tvore ionske spojevekao kationi s nabojem +2, jaka su redukcijska sredstva iimaju veću ionizacijsku energiju od alkalijskih metala.

04/12/201304/12/2013

1212

Rasprostanjenost zemnoalkalijskih metalaBerilij w = 0,0006 % najviše ga sadrži mineral beril

(Be3Al2Si6O18)

Magnezij w = 1,93 % dolomit (MgCO3·CaCO3),magnezit (MgCO3), karnalit(KCl·MgCl2·6H2O), brucit(Mg(OH)2), morska voda[w(MgO)=1,5 %] te silikati ialumosilikati.

Kalcij w = 3 39 % sedimentne stijene –


Kalcij w 3,39 % sedimentne stijeneCaCO3, vapnenac (kao kalcit ubiserima, koraljima, školjkama,mramoru);

gips ili sadra (CaSO4·2H2O);fluorit (CaF2), apatit(Ca5(PO4)3·X; X=F-, Cl-, OH-),itditd.

Stroncij w = 0,02 % stroncijanit (SrCO3),celestin (SrSO4).

Barij w = 0,04 % u mineralima - viterit (BaCO3)i barit (BaSO4).


Zemnoalkalijski metali dobivaju se elektrolizom talinasoli (halogenida).

04/12/201304/12/2013

1313

Reakcije zemnoalkalijskih metala

MX2

Osim berilijevih halogenidasoli su ionskog karaktera itopljivi su u vodi.Ovisno o metalu nastaju:

MO(s)MO (s)

M(s)

X2(g) Reakcije s halogenimelementima.

N2(g)

H2O(l)H2(g)

O2(g)

MO2(s)

dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju 25

M3N2(s)

M(s) + 2H2O ⎯→ M(OH)2 + H2(g)

Hidroksidi su slabo topljivi u vodi.Topljivost se povećava spovećanjem ionskog polumjera.

MH2(s)

nitrid

hidrid

Neki važniji spojevi magnezija i kalcijaMgO, magnezijev oksidMgO ima visoko talište (tt = 2800 oC) pa se koristi zaoblaganje unutrašnjosti peći (npr. u metalurgiji).

MgCO3(s) ⎯→ MgO(s) + CO2(g).

Dobiva se zagrijavanjem magnezijeva hidroksida ilimagnezijeva karbonata:

Uporaba magnezija i njegovih spojeva: Mg se koristi kao


Uporaba magnezija i njegovih spojeva: Mg se koristi kaoredukcijsko sredstvo, u fotografiji, za legure (Al, Mn, Mg,Zn), spojevi se koriste u građevinarstvu, kemijskojindustriji, medicini.

04/12/201304/12/2013

1414

CaCO3 , kalcijev karbonat (vapnenac)Od vapnenca su načinjene planine u cijelom svijetu iglavna je komponenta od kojeg su načinjene ljuskeškoljaka i drugih morskih organizama, puževa, biseraj g g , p ,itd., a nastaje taloženjem iz voda bogatih kalcijevimhidrogenkarbonatom (anorganskog porijekla).

Vapnenac, CaCO3(s) se otapa u vodi u kojoj je otopljenCO2:


CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) Ca2+(aq)+ 2HCO3−(aq).

Reverzibilni proces je taloženje vapnenca u spiljama(gdje je slabo strujanja zraka i relativno niskatemperatura – polagano hlapi voda). Na taj načinnastaju stalagmiti i stalaktiti.

V d k j d ži C 2+ i HCO i blik k lji

St l iti

Voda koja sadrži Ca2+ i HCO3− ione u obliku kapljica

polako prodire kroz pukotine na stropu. Istovremenopolako isparava voda zajedno s CO2 i zaostaje CaCO3.


Stalagmiti

Stalaktiti

04/12/201304/12/2013

1515

CaO, kalcijev oksid i Ca(OH)2, kalcijev hidroksidZagrijavanjem na oko 1000 oC se CaCO3 prevodi doCaO:

CaCO3(s) ⎯→ CaO(s) + CO2(g)Δ3( ) ( ) 2(g)

živo vapnoCaO(s) + H2O(l) ⎯→ Ca(OH)2 (s)

gašeno vapno

Čvrsti Ca(OH)2 i njegova vodena suspenzija apsorbiraju


Č st Ca(O )2 jego a ode a suspe ja apso b ajuCO2 iz zraka pri čemu nastaje CaCO3:

Ca(OH)2(s) + CO2(g) ⎯→ CaCO3(s) + H2O(l).

Gašeno vapno se koristi u građevinarstvu za dobivanježbuke (smjesa pijeska i gašenog vapna).

CaSO4·2 H2O, gips ili sadraGips se koristi u građevinarstvu, kiparstvu, medicini.Kalcijev sulfat je topljiviji u vodi od karbonata.


Documents

El iElementi 1. i 2. skupine - ttf.unizg.hr · 04/12/2013 1 El iElementi 1. i 2. skupine dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Sljedećifaktori