background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

150

                   LITOWCE - grupa  1. (IA) 
                        (metale alkaliczne) 

Ogólna charakterystyka 

 

Symbol     Nazwa 

Walenc. 
Konfig. 
Elektr. 

Elektro-
ujemność 
(Allreda-
Rochowa) 

E

0

 

M+/M

 

Potencjał  
Standard.  
    (V) 

  Li 
 

  lit 

 2s

  0,97 

  -3,04 
      

  Na 
 

  sód 

 3s

  1,01 

  -2,71 

  K 
 

  potas   4s

  0,91 

  -2,93 

  Rb 
 

  rubid   5s

1

 

  0,89 

  -2,98 

  Cs 
 

  cez 

 6s

1

 

   

0,86  

 

-3,03 

  

  Fr 
 

  frans   7s

  0,86 

  -2,9 

 

Stopnie utlenienia:    +1   

 

Metale nieszlachetne    E

0

 

M+/M

  od  -3 do –2,7 (V) 

 

tzn. łatwo oddają elektrony,     M          M

+

   + e, 

w stanie wolnym (jako metale) są  najsilniejszymi reduktorami, 
trudno je wydzielić (zredukować) z roztworu. 

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

151 

Występowanie, minerały:     

Nie występują w stanie wolnym  

 

Rozpowszechnienie: 

 

Li Na K  Rb Cs 
2·10

-3

 %  2,4  % 

2,1 % 

9·10

-3

 %  3·10

-4

 % 

 

(Fr – w ilościach ślad. nietrwały izotop promieniotwórczy) 

 
Minerały: 

 

Li               

występuje w skorupie ziemskiej w minerałach  

                     sodu i potasu  oraz w glinokrzemianach 
 

Na               Na[AlSi

3

O

8

]       

albit    (grupa skaleni)

 

                    NaCl                  

sól kamienna 

                                                    woda morska (2,8 %) 
                      

NaNO

3

               

saletra chilijska 

  

K                 KCl                    

sylwin 

             

        KNO

3

                 

saletra indyjska 

 
Rb,  Cs       

w minerałach   sodu i potasu 

Fr                

najtrwalszy izotop       

223

Fr   

 (T

1/2

 = 21 min) 

-------------------------------------------------------------------------------- 

K, Rb 

   mają natur. izotopy prom. (długie okresy półtrwania) 

                                  

40

K      (T

1/2 

 = 1·10

9

 lat) 

                            

87

Rb     (T

1/2

 = 6·10

10

 lat) 

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

152

Właściwości  fizyczne  i chemiczne: 

 
-  metale o barwie srebrzystobiałej 
-  bardzo miękkie 
-  mają  gęstość mniejszą od wody  (Li  jest  najlżejszym  

metalem) 

-  bardzo dobre przewodniki elektryczności 
 

 W danym okresie (grupa 1.) 

-  mają najmniejszy ładunek jądra  
-  najsłabiej przyciągają elektron walencyjny  
     i elektrony wewnętrznych powłok 
-  największy promień atomowy 
-  największy promień jonowy 

 

Tworzą jony jednowartościowe   M

Związki litowców mają charakter wyłącznie jonowy 

Cs i  Fr mają najmniejszą elektroujemność  
spośród wszystkich pierwiastków 
 
Li :  najsilniejszy ujemny potencjał stand. (-3,04 V) 

          (1- sze miejsce  w szeregu napięciowym) 

 
Lotne związki litowców barwią płomień: 
Li

+

   – 

k

k

a

a

r

r

m

m

i

i

n

n

o

o

w

w

o

o

, Na

+

 – 

ż

ż

ó

ó

ł

ł

t

t

o

o

, K

+

 – 

f

f

i

i

o

o

l

l

e

e

t

t

o

o

w

w

o

o

-

-

r

r

ó

ó

ż

ż

o

o

w

w

o

o

 

 
Sole litowców są bezbarwne i w większości dobrze 
rozpuszczalne w wodzie  

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

153 

Litowce  reagują   energicznie  : 

 

1) z  wodą:       Na  +  H

2

O  =  Na

+

  +  OH

-

  +  ½ H

2

 

 

tworzą bardzo mocne zasady 

(metale przechowuje się w nafcie)  
(stałe wodorotlenki  litowców są bardzo higroskopijne) 

 

2)  z  wodorem:   2Na + H

2

  = 2NaH     (

c. stałe) 

 

      wodorki litowców mają charakter jonowy: 

     NaH  +  H

2

O  =  Na

+

  +  OH

-

  + H

2

 

 

3)  z  tlenem:    -   nadtlenki   Na

2

O

2

 

                         2 Na  +  O

2

  = Na

2

O

2

   (aniony O

2

2

-

 

Na

2

O

2

  stosowany w okrętach podwodnych do oczyszczania 

powietrza:   

    Na

2

O

2

 +  CO

2

  =  Na

2

CO

3

  +  ½ O

2

   

 

tlenki:  Na

2

O          Na

2

O

2

  +  2Na   =  2Na

2

                                    2Li   +  ½O

2

   =    Li

2

 

ponadtlenki:    KO

2

,  RbO

2

, CsO

2

  (aniony O

2

-

                      

(produkty spalania K, Rb i Cs w tlenie) 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wodorotlenek sodu NaOH   

 

Soda żrąca, soda kaustyczna, wodny roztwór NaOH – ług sodowy 

 

Otrzymywanie laboratoryjne  
(metaliczny sód  +  para wodna)     

Na   +   H

2

O   =   NaOH   +   ½ H

2

 

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

154

Otrzymywanie przemysłowe  NaOH: 

Elektroliza wodnego roztworu NaCl  
  

1)  metoda przeponowa 

Anoda:     2Cl

-

  =  Cl

2

  + 2e

-

                    (utlenienie) 

Katoda     2H

2

O  + 2e

-

  =  2OH

-

  +  H

2

   (redukcja) 

 
Katoda grafitowa lub żelazna  
na  katodzie  nie  wydziela  się  metaliczny sód,  gdyż metal 
ten ma niższy potencjał  standardowy od  wodoru 
---------------------------------------------------------------- 

W pobliżu katody powstaje NaOH (Na

+

  + OH

-

)  

 

całość procesów elektrolitycznych przedstawia równanie: 

 
 2 NaCl  +  2 H

2

O  =  Cl

2

  +  H

2

  +  2 NaOH 

 

Elektrolizę przeprowadza się tak, aby Cl

2

 wydzielający się 

na anodzie nie miał kontaktu z NaOH (tworzącym się 
wokół katody), aby zapobiec  reakcji: 

 

NaOH  +  Cl

2

  =  NaCl  + NaClO       

chloran(I) sodu 

 

Konieczne jest oddzielenie przestrzeni katodowej od 
anodowej porowatą przeponą 

 

(mogą dyfundować jony Cl

-

, a nie pęcherzyki gazów) 

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

155 

2)  metoda rtęciowa

  

otrzymany NaOH ma  znacznie lepszą czystość 
 

stosowana jest katoda rtęciowa 

 

Na katodzie Hg wydziela się metaliczny sód (Na) ! 
 

Przyczyna:   - wydzielenie H

2

  na  idealnie  gładkiej 

powierzchni  elektrody  rtęciowej  wymaga  przyłożenia 
wyższego  napięcia  (nadnapięcia), w  porównaniu  do 
elektrody  grafitowej   lub żelaznej.  

 
Anoda:     Cl

-

  =  ½ Cl

2

  +  e

-

 

Katoda     Na

+

  + e

-

  =  Na

      

(amalgamat) 

                                       amalgamat = stop metalu z rtęcią 

 

 

Utworzony amalgamat Na/Hg przenosi się do zbiornika z 
czystą wodą: 

                         Na +  H

2

O  =  Na

+

 +  OH

-

  +   ½ H

2

  

 
 

Wodorotlenek potasu – KOH otrzymuje się  metodą 
elektrolizy  roztworów KCl 

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

156

Otrzymywanie  węglanu  sodu   Na

2

CO

3

   (sody) 

 

na   skalę   techniczną

  

metodą   amoniakalną   Solvaya  (1863) 

 
surowce:               NaCl  (sól kamienna) 
                              NH

3

 

                              CO

2

 

                              H

2

                              CaCO

3

 

 
Etapy: 

    

NH

3

  +  CO

2

  + H

2

O  =  (NH

4

)HCO

3

 

   (NH

4

)HCO

3

  + NaCl  =  NaHCO

3

  + NH

4

Cl 

    2 NaHCO

3

   prażenie        

  Na

2

CO

3

  + CO

2

  + H

2

 

Zasadniczym  źródłem  CO

2  

 jest  rozkład  wapieni: 

CaCO

3

  =  CaO    +  CO

2

 

CaO   +  H

2

O  =       Ca(OH)

2

   wapno gaszone 

Ca(OH)

2

   +  2NH

4

Cl  =  CaCl

2

  + 2NH

3

  + 2H

2

O  

-------------------------------------------------------------- 

2 NaCl  +  CaCO

3

  =  Na

2

CO

3

  +  CaCl

2

 

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

157 

Zastosowania niektórych związków sodu i potasu 

 

a) proszek do pieczenia ciast   
 zawiera  m.in.  wodorowęglan amonu 

                                            ogrzewanie 

NH

4

HCO

3

                     NH

3

  +  CO

2

   + H

2

 
 

b)  proch strzelniczy 

 

KNO

3

  :  C

 

(węgiel drzewny)

  : S   =  7  : 2 :  1 

 

c) do  konserwacji  mięsa  –  saletra  KNO

3

 

 

d) NaOH – ług sodowy  

 

    do dezynfekcji,  przetykania rur  (płyn „ kret”) 

 

e) Na

2

O

2

  do oczyszczania powietrza   

w okrętach podwodnych, 
aparatach do oddychania: 
 

    Na

2

O

2

 +  CO

2

  =  Na

2

CO

3

  +  ½ O

2