Sód Potas Konfiguracja elektronowa i elektroujemność Wszystkie litowce posiadają jeden elektron walencyjny i dlatego tworzą jony typu M +, na przykład: Na +, K +. Jeden elektron walencyjny litowców znajduje się w orbitalu s. Poczynając od litu, u każdego następnego litowca, elektron ten znajduje się coraz dalej od jądra atomowego. Oderwanie więc tego elektronu jest coraz łatwiejsze. Dlatego reaktywność litowców wzrasta wraz ze wzrostem masy atomowej pierwiastka. [ 11 Na] = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 [ 19 K ] = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 1
Grupa najbardziej elektrododatnich pierwiastków tzw. metale alkaliczne. Ich elektroujemność maleje wraz z numerem okresu. Coraz słabsze oddziaływanie dodatniego jądra atomowego z coraz dalej położonym elektronem walencyjnym ułatwia przejście tego ostatniego do anionu i utworzenie kationu. Litowce mają najmniejszą elektroujemność wśród pierwiastków układu okresowego: Na - 0,9; K - 0,8. Charakterystyka grupy: Temperatury topnienia litowców mają (jak na metale) bardzo małe wartości. Temperatura topnienia rubidu jest mniejsza niż 40 o C, a cez (T t - 28,5 o C) można by stopić trzymając go w dłoni. Gęstości litowców są niezwykle małe - mniejsze od gęstości wody. Kawałek metalicznego litu, położony na wodzie, ślizga się po powierzchni. Podobnie rzecz się ma w przypadku sodu i potasu. Natomiast pozostałe litowce mają gęstości nieco większe od H 2 O. 2
Charakterystyka grupy: Litowce w przyrodzie ze względu na swoją reaktywność nie występują w stanie wolnym. Czyste metale otrzymuje się przez elektrolizę stopionych soli (chlorków) lub wodorotlenków. W wysokiej temperaturze tworzą pary jednoatomowe, barwiące płomień na charakterystyczny dla danego pierwiastka kolor: Nazwa: Sód Symbol: Na Nazwa łacińska: Natrium Masa atomowa: 22,989 u Liczba atomowa: 11 Konfiguracja elektronowa: [Ne] 3s 1 Liczba el. na powłokach:k 2 L 8 M 1 Stopnie utlenienia: I Stan skupienia: stały Gęstość: 0,97 g/cm 3 Temperatura topnienia: 97,81 C Temperatura wrzenia: 882,9 C Cechy: Miękki, srebrzystobiały metal Sód przechowywany w nafcie 3
Jony sodu są głównym kationem zewnątrzkomórkowym i są konieczne do utrzymania potencjału czynnościowego błon komórkowych. Sód odgrywa pewną rolę w patogenezie nadciśnienia i niewydolności krążenia. Sód bierze udział w przewodzeniu przez neurony impulsów nerwowych, wpływa na ciśnienie osmotyczne płynów ustrojowych, a także podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych. Niedobór u roślin i człowieka powoduje zanik różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego) i utratę pobudliwości komórek. Nazwa: Potas Symbol: K Nazwa łacińska: Kalium Masa atomowa: 39,098 u Liczba atomowa: 19 Konfiguracja elektronowa: [Ar] 4s 1 Liczba el. na powłokach:k 2 L 8 M 8 N 1 Stopnie utlenienia: I Stan skupienia: stały Gęstość: 0,86 g/cm 3 Temperatura topnienia: 63,38 C Temperatura wrzenia: 759 C Cechy: Bardzo miękki, srebrzystobiały metal 4
bierze udział w przewodzeniu impulsów przez neurony, wchodzi w skład soków komórkowych, aktywator wielu enzymów, Niedobór u człowieka powoduje: osłabienie organizmu, zmniejszenie kurczliwości mięśnia sercowego, osłabienie mięśni szkieletowych i gładkich. Niedobór u roślin powoduje: żółknięcie liści, zahamowanie wzrostu korzenia, martwicę organów. ZWIĄZKI SODU I POTASU Z INNYMI PIERWIASTKAMI 5
Podczas spalania w powietrzu lub tlenie tworzą się głównie nadtlenki Na 2 O 2, K 2 O 2 : 2Na + O 2 Na 2 O 2 2K + O 2 K 2 O 2 Potas tworzy również KO 2 : K + O 2 KO 2 Nadtlenki i ponadtlenki łatwo reagują z wodą w reakcji powstaje odpowiednia zasada i tlen: 2Na 2 O 2 + 2H 2 O 4NaOH + O 2 4KO 2 + 2H 2 O 4KOH + 3O 2 Na 2 O - biała substancja krystaliczna, jest higroskopijny, roztwarza się w wodzie z utworzeniem wodorotlenku sodu ma bardzo silne właściwości zasadowe. Powstaje jako produkt uboczny podczas reakcji czystego sodu z tlenem: 4Na + O 2 2Na 2 O Można otrzymać go także przez redukcję nadtlenkiem sodu sodem: Na 2 O 2 + 2Na 2Na 2 O 6
K 2 O - bladożółty o właściwościach silnie zasadowych. Z wodą reaguje gwałtownie, dając żrący wodorotlenek potasu. Jest higroskopijny. Tlenek potasu produkuje się z nadtlenku, działając na niego metalicznym potasem: K 2 O 2 + 2K 2K 2 O Czysty tlenek potasu jest stosowany jako składnik wypełnienia ubytków próchnicowych. W postaci stałej jest białą substancją o budowie krystalicznej. Ma właściwości higroskopijne, łatwo też łączy się z dwutlenkiem węgla z powietrza. 7
metoda przeponowa metoda przeponowa Elektrolizie poddaje się wodny roztwór NaCl (solankę). Anoda wykonana jest z grafitu, katoda ze stali. Przestrzeń anodowa oddzielona jest przeponą półprzepuszczalną od przestrzeni katodowej. Podczas elektrolizy nasycony roztwór chlorku sodu wpływa do przestrzeni anodowej i na anodzie wydzielają się aniony chlorkowe i wydziela się chlor. A(+): 2Cl - Cl 2 + 2e - Roztwór przenika przez przeponę do przestrzeni katodowej, gdzie na stalowej katodzie redukcji ulega woda i wydziela się wodór. K(- ): 2H 2 O + 2e - 2 OH - + H 2 Przestrzeń przy katodzie ulega zalkalizowaniu, czyli rośnie stężenie anionów wodorotlenkowych. W elektrolicie obecne cały czas są kationy sodu i po elektrolizie roztwór zawiera duże ilości NaOH. 8
metoda rtęciowa Elektrolizer składa się z grafitowej anody i katody którą jest ciekła rtęć. Na anodzie wydziela się chlor. A(+): 2Cl - Cl 2 + 2e - Na katodzie rtęciowej sód, który rozpuszcza się w rtęci tworząc z nią amalgamat sodowy. K(-): 2 Na + + 2e - 2Na(Hg) Ciekły amalgamat przepompowuje się do aparatu zawierającego wodę. Zachodzi tam reakcja sodu z amalgamatu z wodą, wytworzenie wodoru i wodorotlenku sodu. 2H 2 O + 2Na > 2 NaOH + H 2 kaustyfikacja sody Na sodę kalcynowaną (węglan sodu) działa się świeżym wapnem gaszonym (wodorotlenkiem wapnia). Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 2NaOH + CaCO 3 9
Ma bardzo silne właściwości higroskopijne. Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie; proces rozpuszczania jest silnie egzotermiczny. Roztwór, ma odczyn silnie zasadowy. Na skalę przemysłową otrzymuje się go poprzez elektrolizę roztworu KCl z wykorzystaniem katody rtęciowej (proces analogiczny jak przy produkcji wodorotlenku sodu). W temperaturze pokojowej jest to biała, higroskopijna substancja, która dobrze rozpuszcza się w wodzie. W przyrodzie związek ten występuje w stanie naturalnym tzw. jeziorach sodowych oraz w popiele roślin morskich. Stanowi też ważny składnik wielu minerałów. Stosuje się go do wyrobu szkła oraz papieru. Wykorzystuje się go również w produkcji mydła i środków piorących. Jest stosowany do zmiękczania wody. Ponadto jest wykorzystywany w garbarstwie, papiernictwie, w syntezach chemicznych i w laboratoriach jako odczynnik chemiczny. 10
Metoda Solvaya polega na wykorzystaniu następujących reakcji: CaCO 3 CaO + CO 2 2NaCl + 2NH 3 + 2CO 2 + 2H 2 O 2NaHCO 3 + 2NH 4 Cl (karbonizacja) 2NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O (kalcynacja) 2NH 4 Cl + CaO 2NH 3 + H 2 O + CaCl 2 co sumarycznie daje: CaCO 3 + 2NaCl Na 2 CO 3 + CaCl 2 Z reakcji sumarycznej wynika, że surowcami są węglan wapnia i chlorek sodu, amoniak jest surowcem pomocniczym, koks używany jako paliwo do wypalania wapna palonego z wapienia. Wodorowęglan sodu bywa też nazywany kwaśnym węglanem sodu. Ta nazwa jest bardzo myląca, gdyż wodny roztwór wodorowęglanu sodu ma odczyn słabo alkaliczny (hydroliza): HCO 3- + H 2 O CO 2 H 2 O + OH - Z kwasami reaguje z wydzieleniem dwutlenku węgla i wody, np.: NaHCO 3 + HCl NaCl + H 2 O + CO 2 11
Jest białą substancją krystaliczną, dobrze rozpuszczalną w wodzie. Głównym surowcem do pozyskania chlorku sodu jest sól kamienna, nazywana w mineralogii halitem. Halit jest pozyskiwany głównie metodami kopalnymi. Otrzymuje się go także poprzez odparowanie wody morskiej. Rozwiąż zadania i problemy ze stron 201 i 202 podręcznika. 12