View
216
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Lantanoidi
Aktinoidi
Rb(crveno)
Li (karmin crveno)
Alkalijski metali
Na(žuto)
Cs(plavo)
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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.
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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).
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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)
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
(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−.
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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)
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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−.
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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).
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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 –
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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).
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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:
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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.
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
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.
dr.sc. M. Cetina, doc.Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Recommended