Litowce -metale alkaliczne
Pierwiastki I grupy Symbol Nazwa Liczba atomowa Li Na K Rb Cs Lit (łac.lithos) Sód (łac.natrun) Potas (łac.kalium) Rubid (łac.rubidus) Cez (łac.caesius) Liczba masowa Rok odkrycia 3 6,941 u 1817 11 22,99 u 1807 19 39,098 u 1807 37 85,468 u 1860 55 132,905 u 1860 Fr Frans 87 223,02 u 1939
Ogólna charakterystyka litowców Litowce (lit, sód, potas, rubid, cez i frans) znajdują się w I grupie głównej układu okresowego Są pierwiastkami, od których rozpoczynają się poszczególne okresy w układzie okresowym rozpoczynają zabudowę kolejnej powłoki elektronowej W danym okresie mają najmniejszy ładunek jądra występuje najsłabsze przyciąganie elektronów ( posiadają największy w obrębie okresu promień atomowy)
Atomy litowców posiadają tylko 1 elektron walencyjny Konfiguracja elektronowa Li [He]2s 1 Na [Ne]3s 1 K [Ar]4s 1 Rb [Kr]5s 1 Cs [Xe]6s 1 Fr [Rn]7s 1 Oderwanie elektronu walencyjnego nie wymaga dużych nakładów energii niska energia jonizacji Litowce tworzą jednowartościowe kationy Me + Występują na stopniu utlenienia +1 Ich związki mają przeważnie charakter jonowy
Właściwości fizyczne litowców
Litowce są metalami o barwie srebrzystobiałej Świeża powierzchnia odznacza się połyskiem, jednak na powietrzu ulega szybkiemu zmatowieniu Metale te są bardzo miękkie (można je krajać nożem )- twardość litowców maleje od litu do cezu Temperatury topnienia litowców maleją wraz ze wzrostem ich liczb atomowych: od 180 o C w przypadku litu do 28,5 o C w przypadku cezu należą one do metali łatwo topliwych Wykazują niskie jak na metale temperatury wrzenia (poniżej 1000 o C za wyjątkiem litu) Odznaczają się niskim ciężarem właściwym Należą do najlepszych przewodników elektryczności W stanie gazowym występują jako pojedyncze atomy -kawałek sodu
Li Na K Rb Cs Fr Gęstość, g/cm 3 0,534 0,97 0,86 1,53 1,90 Temperatura topnienia, o C 180,0 97,8 63,7 38,8 28,5 Temperatura wrzenia, o C 1336 883 760 688 700 I Energia jonizacji, kcal/mol II Energia jonizacji, kcal/mol 124 118 100 96 90 1743 1090 733 634 548 Elektroujemność 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 Potencjał normalny, V -3,03-2,698-2,925-2,93-2,952 Promień atomowy, A 1,55 1,90 2,35 2,48 2,67 Promień jonowy Me +,A 0,68 0,97 1,33 1,47 1,67 1,80
Lotne połączenia litowców barwią płomień: Związki litu- na czerwono Związki sodu-na żółto (1) Związki potasu- na niebiesko-fioletowo (2) Związki rubidu i cezu-na fioletowo (1) (2)
Właściwości chemiczne i związki litowców
Litowce odznaczają się dużą aktywnością chemiczną, która wzrasta w szeregu od litu do cezu Lit reaguje z tlenem dopiero w temperaturze powyżej 1000 o C, nie traci połysku w atmosferze powietrza Sód, potas i kolejne pierwiastki już w temperaturze pokojowej tracą połysk i pokrywają się warstwą tlenku przechowuje się je w naczyniach wypełnionych naftą 1. ZWIĄZKI LITOWCÓW Z TLENEM Lit spalany w powietrzu tworzy tlenek Li 2 O, sód nadtlenek Na 2 O 2, a potas, rubid i cez ponadtlenki: KO 2, RbO 2, CsO 2 (nadtlenki i ponadtlenki działają utleniająco) Jasnożółty Na 2 O 2 można zredukować za pomocą sodu w podwyższonej temperaturze: Na 2 O 2 + 2Na 2Na 2 O Wykazuje on silne działanie utleniające, z materiałami dającymi się łatwo utlenić może reagować nawet wybuchowo.w reakcji z CO 2 przechodzi w węglan: Na 2 O 2 + CO 2 Na 2 CO 3 + ½ O 2 W gwałtownej reakcji z wodą nadtlenek sodu ulega hydrolizie z wytworzeniem nadtlenku wodoru: Na 2 O 2 + 2H 2 O 2NaOH + H 2 O 2
2.WODORKI LITOWCÓW Wodorki litowców tworzą się w bezpośredniej reakcji metalu z wodorem w podwyższonej temperaturze Są związkami o budowie jonowej, w których wodór występuje jako anion H - ; podczas elektrolizy stopionego wodorku wodór wydziela się na anodzie W temperaturze pokojowej są bezbarwnymi ciałami stałymi Najbardziej trwałym wodorkiem jest wodorek litu rozkłada się w próżni w temperaturze ok.. 450 o C W reakcji wodorków z wodą wydziela się wodór: 2LiH + 2H 2 O 2LiOH + 2H 2 3.WODOROTLENKI LITOWCÓW POTAS (2) REAGUJE Z WODĄ GWAŁTOWNIEJ NIŻ SÓD (1): 1 2
Wodorotlenki litowców są bezbarwnymi ciałami stałymi, silnie higroskopijnymi, łatwo topliwymi W stanie stopionym reagują ze szkłem i porcelaną, a w obecności powietrza nawet z platyną Bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie z wydzieleniem znacznych ilości ciepła W roztworach wodnych ulegają całkowitej dysocjacji należą do najmocniejszych zasad. Dobrze rozpuszczają się także w alkoholu (najsłabiej LiOH) Wodorotlenek sodu NaOH (ług sodowy) W najczystszej postaci otrzymywany jest w wyniku działania pary wodnej na metaliczny sód : Na + H 2 O NaOH + ½ H 2 Na skalę techniczną otrzymuje się go w procesie kaustyfikacji (reakcja węglanu sodu z mlekiem wapiennym : Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + 2NaOH ) lub w procesie elektrolizy NaCl Stopiony NaOH reaguje z krzemionką, szkłem i porcelaną z wytworzeniem krzemianów sodowych.pod jego wpływem platyna ulega korozji. Służy do wyrobu mydła, barwników, celulozy oraz jedwabiu sztucznego Wodorotlenek potasu KOH Otrzymywany jest metodą elektrolizy roztworów chlorku potasu Jest bardzo silnie higroskopijny i wykazuje wysoką rozpuszczalność w wodzie Stosowany jest do wyrobu miękkich mydeł, do otrzymywania nadmanganianu potasu oraz w niektórych syntezach organicznych
4.ZWIĄZKI LITOWCÓW Z FLUOROWCAMI Halogenki litowców (oprócz cezu) tworzą sieć przestrzenną typu chlorku sodowego, są dobrze rozpuszczalne w wodzie Chlorek sodu NaCl Stanowi materiał wyjściowy do przemysłowej produkcji wszystkich innych związków sodu Wydobywany jest metodą górniczą ze złóż oraz otrzymywany poprzez odparowanie lub wymrażanie z wody morskiej Czysty NaCl uzyskuje się wprowadzając do roztworu soli gazowy chlorowodór zwiększenie stężenia jonów chlorkowych powoduje przekroczenie iloczynu rozpuszczalności i wytrącenie osadu czystej soli czysty NaCl nie jest higroskopijny Chlorek potasu KCl Występuje w złożach soli potasowych jako minerał sylwin Jest to sól bezbarwna, krystalizuje w postaci sześcianów, dobrze rozpuszcza się w wodzie
5. ZWIĄZKI LITOWCÓW Z SIARKĄ Litowce tworzą z siarką wodorosiarczki (MeHS), siarczki (Me 2 S) oraz wielosiarczki (MeS n, n od 2 do 6) Wodorosiarczki powstają poprzez nasycenie roztworów wodorotlenków gazowym siarkowodorem, np.: NaOH + H 2 S NaHS + H 2 O Można je wydzielić z roztworu w postaci soli uwodnionych, np.: NaHS * 3H 2 O Siarczki można otrzymać dodając do roztworu wodorosiarczku odpowiednią ilość wodorotlenku alkalicznego: NaHS + NaOH Na 2 S + H 2 O lub redukując siarczany w wysokich temperaturach: Na 2 SO 4 + 4C Na 2 S + 4CO W stanie czystym substancje te są bezbarwne ( zabarwienie żółte lub brunatne wynika z zanieczyszczenia wielosiarczkami ) W roztworach wodnych ulegają hydrolizie: S 2- + H 2 O SH - + OH - Pod działaniem tlenu atmosferycznego łatwo utleniają się do tiosiarczanów: 2K 2 S + 2O 2 + H 2 O K 2 S 2 O 3 + 2KOH
5.SOLE KWASÓW TLENOWYCH AZOTANY LITOWCÓW Azotan sodu saletra chilijska (nawóz azotowy)stosowany jako surowiec do wyrobu kwasu azotowego; jest substancją bezbarwną, dobrze rozpuszcza się w wodzie(88g w 100g wody w temp. 20 o C) Azotan potasu-saletra indyjska-otrzymywany jest w procesie konwersji saletry chilijskiej: NaNO 3 + KCl KNO 3 + NaCl Wykazuje on silne właściwości utleniające; stosowany jest do wyrobu czarnego prochu WĘGLANY LITOWCÓW Litowce tworzą węglany obojętne( Me 2 CO 3 ) i wodorowęglany ( MeHCO 3 ); obydwa rodzaje soli w roztworach wodnych ulegają hydrolizie i wykazują odczyn alkaliczny Węglan sodu biały proszek, rozpuszcza się w wodzie z wydzieleniem ciepła, w reakcji z CO 2 tworzy wodorowęglan sodu stosowany do produkcji szkła, mydła, oraz w medycynie i w przemyśle spożywczym
SIARCZANY LITOWCÓW Siarczan (VI) sodu jest solą dobrze rozpuszczalną w wodzie, poniżej temperatury 32 o C wydziela się z roztworu w postaci Na 2 SO 4 * 10H 2 O, znajduje zastosowanie w przemyśle szklarskim Siarczan (VI) potasu krystalizuje tylko w postaci soli bezwodnej, jest sztusznym nawozem potasowym
OTRZYMYWANIE LITOWCÓW Wydzielanie w stanie wolnym litowców, metali o najbardziej ujemnych potencjałach, przeprowadza się metodą redukcji elektrolitycznej Otrzymuje się je poprzez elektrolizę stopionych wodorotlenków lub stopionych bezwodnych soli, najczęściej chlorków Na skalę techniczną wytwarza się w większych ilościach jedynie sód, do elektrolizy wykorzystuje się NaCl, którego temperatur topnienia (801 o C) obniża się dodając CaCl 2 Do innych metod otrzymywania należy termiczny rozkład azydków, a także redukcja chlorków za pomocą metalicznego wapnia
WYSTĘPOWANIE LITOWCÓW Zawartość w skorupie ziemskiej Na 2,6% K 2,4% Li 6,5*10-3 % Rb 2,8*10-2 % Cs 3,2*10-4 % Lit występuje w skorupie ziemskiej wspólnie z sodem i potasem Bogate w lit są glinokrzemiany, np.spodumen LiAl[Si 2 O 6 ], występuje no również w postaci fosforanów np..ambligonitu LiAl(PO 4 )F Minerały zawierające sód: albit Na[AlSi 3 O 8 ], sól kamienna, saletra chilijska; ogromne ilości sodu znajdują się w wodach mórz i oceanów Potas: sylwin KCl, karnalit KCl*MgCl 2 *6H 2 O, kainit KCl*MgSO 4 *3H 2 O, skaleń potasowy K[AlSi 3 O 8 ]; zawartość potasu w wodzie morskiej jest ok.. 40 razy mniejsza niż zawartość sodu Rubid i cez występują w bardzo małych stężeniach w towarzystwie innych litowców Frans znajduje się w produktach rozpadu uranu, najtrwalszy izotop ma okres półtrwania 21 minut.
ZASTOSOWANE LITOWCÓW Lit stosuje się jako dodatek do stopów glinu, cynku i magnezu w celu zwiększenia ich twardości i wytrzymałości, a także jako środek odtleniający w metalurgii miedzi Sodu używa się do produkcji środków bielących, stosuje się go w lampach sodowych.ciekły sód służy jako ciecz chłodząca w niektórych reaktorach jądrowych.wchodzi w skład stopu ołowiu, z którego otrzymuje się czteroetylek ołowiu środek dodawany do benzyny. Stop cezu z glinem i barem zawierają fotokomórki cezowe