Litowce id 271392

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska LITOWCE - grupa 1. (IA)

Występowanie, minerały:

(metale alkaliczne)

Nie występują w stanie wolnym

Ogólna charakterystyka

Rozpowszechnienie:

Symbol Nazwa

Walenc. Elektro-

M+/M

Konfig. ujemność Potencjał

Li Na K Rb Cs

Elektr.

(Allreda-

Standard.

2·10-3 % 2,4 %

2,1 %

9·10-3 % 3·10-4 %

Rochowa) (V)

lit

2s1

0,97

-3,04

(Fr – w ilościach ślad. nietrwały izotop promieniotwórczy)

sód

3s1

1,01

-2,71

Minerały:

Li występuje w skorupie ziemskiej w minerałach K

potas 4s1

0,91

-2,93

sodu i potasu oraz w glinokrzemianach

Na Na[AlSi

rubid 5s1

0,89

-2,98

3O8] albit (grupa skaleni)

NaCl sól kamienna

woda morska (2,8 %) Cs

cez

6s1

0,86

-3,03

NaNO3 saletra chilijska

frans 7s1

0,86

-2,9

K KCl sylwin

KNO3 saletra indyjska

Stopnie utlenienia: +1

Rb, Cs w minerałach sodu i potasu

Metale nieszlachetne E0

Fr najtrwalszy izotop 223Fr (T

M+/M od -3 do –2,7 (V)

1/2 = 21 min)

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

tzn. łatwo oddają elektrony, M M+ + e,

K, Rb mają natur. izotopy prom. (długie okresy półtrwania) w stanie wolnym (jako metale) są najsilniejszymi reduktorami, 40

trudno je wydzielić (zredukować) z roztworu.

K (T1/2 = 1·109 lat) 87Rb (T1/2 = 6·1010 lat) 150

151

Litowce reagują energicznie :

1) z wodą: Na + H

- metale o barwie srebrzystobiałej

2O = Na+ + OH- + ½ H2

- bardzo miękkie

tworzą bardzo mocne zasady

- mają gęstość mniejszą od wody (Li jest najlżejszym (metale przechowuje się w nafcie)

metalem)

(stałe wodorotlenki litowców są bardzo higroskopijne)

- bardzo dobre przewodniki elektryczności

2) z wodorem: 2Na + H2 = 2NaH (c. stałe)

W danym okresie (grupa 1.)

wodorki litowców mają charakter jonowy:

- mają najmniejszy ładunek jądra

NaH + H2O = Na+ + OH- + H2

- najsłabiej przyciągają elektron walencyjny

i elektrony wewnętrznych powłok

3) z tlenem: - nadtlenki Na2O2

- największy promień atomowy

2 Na + O

2 = Na2O2 (aniony O2

)

- największy promień jonowy

Na2O2 stosowany w okrętach podwodnych do oczyszczania

powietrza: Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + ½ O2

Tworzą jony jednowartościowe M+

tlenki: Na2O Na2O2 + 2Na = 2Na2O

Związki litowców mają charakter wyłącznie jonowy

2Li + ½O2 = Li2O

Cs i Fr mają najmniejszą elektroujemność

ponadtlenki: KO2, RbO2, CsO2 (aniony O2 )

spośród wszystkich pierwiastków

(produkty spalania K, Rb i Cs w tlenie)

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

Li : najsilniejszy ujemny potencjał stand. (-3,04 V)

(1- sze miejsce w szeregu napięciowym)

Wodorotlenek sodu NaOH

Soda żrąca, soda kaustyczna, wodny roztwór NaOH – ług sodowy Lotne związki litowców barwią płomień:

Li+ – karminowo, Na+ – żółto, K+ – fioletowo-różowo

Otrzymywanie laboratoryjne

(metaliczny sód + para wodna)

Sole litowców są bezbarwne i w większości dobrze

Na + H2O = NaOH + ½ H2

rozpuszczalne w wodzie

152

153

2) metoda rtęciowa

Elektroliza wodnego roztworu NaCl

otrzymany NaOH ma znacznie lepszą czystość

1) metoda przeponowa

stosowana jest katoda rtęciowa

Anoda: 2Cl = Cl

2 + 2e- (utlenienie)

Na katodzie Hg wydziela się metaliczny sód (Na) !

Katoda 2H2O + 2e- = 2OH + H2 (redukcja)

Przyczyna: - wydzielenie H2 na idealnie gładkiej

Katoda grafitowa lub żelazna

powierzchni elektrody rtęciowej wymaga przyłożenia

na katodzie nie wydziela się metaliczny sód, gdyż metal wyższego napięcia (nadnapięcia), w porównaniu do

ten ma niższy potencjał standardowy od wodoru

elektrody grafitowej lub żelaznej.

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

W pobliżu katody powstaje NaOH (Na+ + OH-)

Anoda: Cl- = ½ Cl2 + e-

całość procesów elektrolitycznych przedstawia równanie:

Katoda Na+ + e- = Na (amalgamat)

amalgamat = stop metalu z rtęcią

2 NaCl + 2 H2O = Cl2 + H2 + 2 NaOH

Utworzony amalgamat Na/Hg przenosi się do zbiornika z

czystą wodą:

Elektrolizę przeprowadza się tak, aby Cl2 wydzielający się Na + H2O = Na+ + OH- + ½ H2

na anodzie nie miał kontaktu z NaOH (tworzącym się

wokół katody), aby zapobiec reakcji:

Wodorotlenek potasu – KOH otrzymuje się metodą

NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO chloran(I) sodu

elektrolizy roztworów KCl

Konieczne jest oddzielenie przestrzeni katodowej od

anodowej porowatą przeponą

(mogą dyfundować jony Cl , a nie pęcherzyki gazów)

154

155

Zastosowania niektórych związków sodu i potasu

na skalę techniczną

metodą amoniakalną Solvaya (1863)

a) proszek do pieczenia ciast

zawiera m.in. wodorowęglan amonu

surowce: NaCl (sól kamienna)

ogrzewanie

NH4HCO3 NH3 + CO2 + H2O

CaCO3

b) proch strzelniczy

Etapy:

KNO

3 : C (węgiel drzewny) : S = 7 : 2 : 1

3 + CO2 + H2O = (NH4)HCO3

(NH4)HCO3 + NaCl = NaHCO3 + NH4Cl

c) do konserwacji mięsa – saletra KNO3

2 NaHCO prażenie

Na2CO3 + CO2 + H2O

d) NaOH – ług sodowy

do dezynfekcji, przetykania rur (płyn „ kret”)

Zasadniczym źródłem CO2 jest rozkład wapieni:

CaCO3 = CaO + CO2

e) Na2O2 do oczyszczania powietrza

CaO + H2O = Ca(OH)2 wapno gaszone

w okrętach podwodnych,

Ca(OH)2 + 2NH4Cl = CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

aparatach do oddychania:

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

Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + ½ O2

2 NaCl + CaCO3 = Na2CO3 + CaCl2

156

157