1
1
Materiały internetowe
• http://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/inde
x/Notes_Chapter_08.pdf
• http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/po
wer_point/Ch24.ppt
• http://web.mit.edu/2.813/www/Class
%20Slides/Lecture%207%20Mat.Prod.pdf
• http://www.google.pl/search?
hl=pl&lr=&client=firefox-
a&channel=s&rls=org.mozilla:pl:official&q=uk
lad+okresowy+pierwiastkow
%2BPower+Point&start=20&sa=N
•
http://www.its.caltech.edu/~chem1/Lecture
%20Notes%20pdfs/Series%204%20Periodic%20T
• http://zchoin.fct.put.poznan.pl
2
2
Inne ważne związki litowców
Azotany (KNO
3
, NaNO
3
) – przemysł zapałczany, pirotechniczny, spożywczy,
farmaceutyczny, szklarski i ceramiczny, nawozów naturalnych i sztucznych.
Fosforany (głównie sodowe) – zmiękczanie wody, przemysł środków do prania
i czyszczenia, przemysł spożywczy (pirofosforany).
Sole fluorowe (głównie sodowe): NaF – produkcja środków ochrony roślin,
impregnacja drewna, metalurgia glinu; Na
3
AlF
6
(kriolit) – metalurgia glinu, przemysł
emalierski i szklarski.
Chlorany (głównie sodowe) – do wybielania i dezynfekcji (NaClO, NaClO
2
), do
utleniania (NaClO
3
), przemysł pirotechniczny (NaClO
4
).
Sole potasowe (sylwinit – KCl + NaCl, karnalit - KCl
▪
▪MgCl
2
▪
▪6H
2
O, K
2
SO
4
, leonit i szenit
– odpowiednio K
2
SO
4
▪
▪MgSO
4
▪
▪4H
2
O i K
2
SO
4
▪
▪MgSO
4
▪
▪6H
2
O) – całość przerabiana na KCl
nawozowy.
Sól kamienna (NaCl) – stosowana bezpośrednio lub po oczyszczeniu w warzelniach,
głównie jako sól jadalna i surowiec przemysłowy.
Naturalne glinokrzemiany sodowe (np. analcym – Na
2
O
▪
▪Al
2
O
3
▪
▪4SiO
2
▪
▪2H
2
O) – jonity do
zmiękczania wody.
Kaoliny, gliny i skalenie (skalenie: ortoklaz – K[AlSi
3
O
8
], albit - K[AlSi
3
O
8
]) – surowce
w przemyśle materiałów ceramicznych.
Na
2
O, K
2
O, Li
2
O oraz Rb
2
O, Cs
2
O (często Na
2
CO
3
)– topniki w przemyśle szklarskim.
Na
2
SO
4
, KNO
3
, NaNO
3
, Na
2
B
4
O
7
▪
▪10H
2
O – topniki i substancje klarujące szkło.
Inne ważne związki litowców
Azotany (KNO
3
, NaNO
3
) – przemysł zapałczany, pirotechniczny, spożywczy,
farmaceutyczny, szklarski i ceramiczny, nawozów naturalnych i sztucznych.
Fosforany (głównie sodowe) – zmiękczanie wody, przemysł środków do prania
i czyszczenia, przemysł spożywczy (pirofosforany).
Sole fluorowe (głównie sodowe): NaF – produkcja środków ochrony roślin,
impregnacja drewna, metalurgia glinu; Na
3
AlF
6
(kriolit) – metalurgia glinu, przemysł
emalierski i szklarski.
Chlorany (głównie sodowe) – do wybielania i dezynfekcji (NaClO, NaClO
2
), do
utleniania (NaClO
3
), przemysł pirotechniczny (NaClO
4
).
Sole potasowe (sylwinit – KCl + NaCl, karnalit - KCl
▪
▪MgCl
2
▪
▪6H
2
O, K
2
SO
4
, leonit i szenit
– odpowiednio K
2
SO
4
▪
▪MgSO
4
▪
▪4H
2
O i K
2
SO
4
▪
▪MgSO
4
▪
▪6H
2
O) – całość przerabiana na KCl
nawozowy.
Sól kamienna (NaCl) – stosowana bezpośrednio lub po oczyszczeniu w warzelniach,
głównie jako sól jadalna i surowiec przemysłowy.
Naturalne glinokrzemiany sodowe (np. analcym – Na
2
O
▪
▪Al
2
O
3
▪
▪4SiO
2
▪
▪2H
2
O) – jonity do
zmiękczania wody.
Kaoliny, gliny i skalenie (skalenie: ortoklaz – K[AlSi
3
O
8
], albit - K[AlSi
3
O
8
]) – surowce
w przemyśle materiałów ceramicznych.
Na
2
O, K
2
O, Li
2
O oraz Rb
2
O, Cs
2
O (często Na
2
CO
3
)– topniki w przemyśle szklarskim.
Na
2
SO
4
, KNO
3
, NaNO
3
, Na
2
B
4
O
7
▪
▪10H
2
O – topniki i substancje klarujące szkło.
3
3
Ważne reakcje metali alkalicznych
4
4
5
5
Ważne reakcje metali alkalicznych
6
6
7
7
2
pierwsze
kolumny
układu
blok
s
8
8
Zmiana promienia
atomowego
9
9
Porównanie – grupa I i II
Grupa I
Grupa II
Nazwa
Metale alkaliczne M. Ziem
Alkalicznych
Konfiguracja elektr.
ns
1
ns
2
Stopień utlenienia
+1
+2
Temp. topnienia
Niskie
Wyższe
Wiązania
Jonowe
Jonowe (z wył. Be)
Tlenki, wodorotlenki Zasadowe
Zasadowe( ampoter. Be)
Elektrododatność
Najbardziej
Tak
Bardzo reaktywne Reagują z wodą,
powietrzem
10
10
Porównanie litowców i
berylowców
Be Mg Ca Sr Ba Ra
Gęstość kg/dm
3
1,86 1,74 1,54 2,60 3,74 5,0
Temp. topnienia
(°C)
1280 649 839 768 727
Promień atom.,
pm
105 150 180 200 215 235
Potencjał stand.,
E
o
Me
2+
/Me, V
-1,85 -2,36 -2,87 -2,89 -2,91 -2,92
11
11
W wielu związkach, Li
+
przypomina bardziej
Mg
2+
niż Na
+
.
Przykłady:
Li
2
CO
3
i MgCO
3
są trudnorozpuszczalne w
wodzie, Na
2
CO
3
jest b. dobrze rozpuszczalny.
Promień jonowy:
Li
+
0.60Å
Na
+
0.95Å
Mg
2+
0.65Å
Relacje diagonalne
12
12
Zależność struktur metali od ich położenia w układzie
okresowym
Zależność struktur metali od ich położenia w układzie
okresowym
struktura regularna przestrzennie
centrowana
struktura regularna przestrzennie
centrowana
struktura heksagonalna zwarta
struktura heksagonalna zwarta
struktura regularna zwarta
struktura regularna zwarta
M n
H g
F r
R a
A c
P a
L i
B e
N a
M g
K
C a
S c
T i
V
C r
F e
C o
N i
C u
Z n
R b
S r
Y
Z r
N b
M o
T c
R u
R h
P d
A g
C d
C s
B a
L a
H f
T a
W
R e
O s
I r
P t
A u
T h
U
M n
H g
F r
R a
A c
P a
L i
B e
N a
M g
K
C a
S c
T i
V
C r
F e
C o
N i
C u
Z n
R b
S r
Y
Z r
N b
M o
T c
R u
R h
P d
A g
C d
C s
B a
L a
H f
T a
W
R e
O s
I r
P t
A u
T h
U
13
13
Cechy wspólne
berylowców
-
metale o barwie srebrzystej,
- gęstość i twardość większa niż pierwiastków pierwszej
grupy,
- wyższe t. topn. i wrzenia,
- występują tylko na +2 stopniu utlenienia,
- Me
2+
bezbarwne, diamagnetyczne,
- związki wapnia barwią płomień na kolor ceglasty, strontu
na
• karminowy a baru na zielony,
- metale nieszlachetne, bardzo trudne do otrzymania w
stanie
wolnym,
- tworzą tlenki MeO,
- ponadto Ca, Sr i Ba tworzą nadtlenki MeO
2
,
- z wyjątkiem berylu ich tlenki tworzą silne zasady:
•
MeO + H
2
O = Me(OH)
2
•
Me(OH)
2
Me
2+
+ 2OH
-
•
14
14
Cechy wspólne
berylowców
Wodorotlenek berylu jest amfoteryczny!
H+
OH-
Be
2+
+ 2H
2
O Be(OH)
2
[Be(OH)
4
]
2-
berylany
Wodny roztwór Ca(OH)
2
- woda wapienna
Zawiesina wodna Ca(OH)
2
- mleko wapienne
Wodny roztwór Ca(OH)
2
- woda wapienna
Zawiesina wodna Ca(OH)
2
- mleko wapienne
15
15
Roztwarzalność metali w
wodzie
Beryl
- nie roztwarza się
Pozostałe - roztwarzają się:
Me + 2H
2
O = Me
2+
+ 2OH
-
+
H
2
Mg - na gorąco
Pozostałe - na zimno
16
16
12 najbardziej
rozpowszechnionych
pierwiastków w litosferze:
Pierwiastek
% wag.
Oxygen
50
Silicon
26
Aluminum
7.5
Iron
4.7
Calcium
3.4
Sodium
2.6
Potassium
2.4
Magnesium
1.9
Hydrogen
0.9
Titanium
0.6
Chlorine
0.2
Phosphorus
0.1
17
17
Występowanie w
przyrodzie i
otrzymywanie
Rozpowszechnienie:
Be
6 10
-4
%
Mg
2,09 %
Ca
3,63 %
Sr, Ba
~ 10
-2
%
Ra
0,14 g w 100 kg blendy
smolistej
18
18
Minerały
Be
Beryl
3BeO Al
2
O
3
6SiO
2
- glinokrzemian
Mg
Dolomit
Magnezyt
Azbest
Karnalit
(Ca,Mg)CO
3
MgCO
3
3MgO SiO
2
2H
2
O
KCl MgCl
2
6H
2
O
Ca
Gips
Anhydryt
Kalcyt, Aragonit
Kreda
CaSO
4
2H
2
O
CaSO
4
CaCO
3
CaCO
3
mikrokrystaliczny, pochodzenia zwierzęcego
Sr
Celestyn
Stroncjanit
SrSO
4
SrCO
3
Ba
Baryt
Witeryt
BaSO
4
BaCO
3
Ra
Blenda smolista 0,14 g Ra/ 100 kg U
19
19
Berylowce - otrzymywanie
Berylowce - otrzymywanie
Otrzymywanie w stanie metalicznym - bardzo utrudnione
elektroliza stopionych soli lub użycie bardzo silnych
reduktorów
• Beryl - elektroliza BeCl
2
+ NaCl (stopiona mieszanina)
• Magnez - podobnie tj. elektroliza stopionej mieszaniny:
MgCl
2
+ NaCl
lub:
MgO + C = Mg + CO (2300 K)
Jest to najlżejszy metal użyteczny (d = 1,74 kg/dm
3
)
Stop zawierający 96% Mg to tzw. ELEKTRON
• Wapń, stront, bar
Ca i Sr: elektroliza stopionych chlorków
Ba: 3BaO + 2Al = Al
2
O
3
+ 3Ba
• Jest to tzw. metoda a l u m i n o t e r m i c z n a
20
20
Berylowce - otrzymywanie
Berylowce - otrzymywanie
Mg otrzymywany jest z wody morskiej:
1: Mg
2+
+ 2OH
-
= Mg(OH)
2
(s)
2: Roztwarzanie w HCl: Mg(OH)
2
(s) + 2HCl =
MgCl
2
(aq) + 2H
2
O
3:Elektroliza: MgCl
2
(l) = Mg(l) + Cl
2
(g)
Podstawowe zastosowanie Mg: stopy lekkie
(lżejsze niż Al czy Fe). Stopy lekkie z Zn, Al, czy
Mn – przemysł lotniczy, kosmiczny,
samochodowy.
21
21
Otrzymywanie magnezu z
Otrzymywanie magnezu z
wody morskiej
wody morskiej
22
22
Berylowce - otrzymywanie
Berylowce - otrzymywanie
Wapń metaliczny i stront metaliczny są
stosowane do wielu celów. Wapń jako
pierwiastek stopowy poprawia jakość
stali, zwłaszcza własności mechaniczne
jak kształtowalność, przeciągalność i
obrabialność. Z powodu swojego
dużego potencjału do tworzenia
tlenków i siarczynów wapń jest ważny
w produkcji ultraczystej stali. Wapń
metaliczny może być również
stosowany do odbizmutowania ołowiu.
Stront metaliczny jest potrzebny w
rafinacji aluminium oraz do rafinacji
żużla stalowniczego
.
23
23
Berylowce - otrzymywanie
Berylowce - otrzymywanie
• Wapń metaliczny może być produkowany przez
elektrolizę lub przez redukcję metalotermiczną,
ale obecnie jedynym procesem stosowanym w
Unii Europejskiej jest wysokotemperaturowa
redukcja próżniowa tlenku wapnia glinem, z
zastosowaniem proces metalotermicznego.
• Stront metaliczny jest produkowany w Unii
Europejskiej tylko przez redukcję cieplną tlenku
strontu glinem jako środkiem redukującym.
Reakcja jest prowadzona w podobny sposób jak
przy produkcji wapnia metalicznego w piecu
próżniowym. Odparowany metal jest skraplany
w chłodnej części pieca. Bloki strontu
metalicznego i resztka glinianu strontu są
usuwane z pieca.
24
24
Zastosowanie - beryl
• Beryl znajduje zastosowanie jako czysty metal
lub jego stopy oraz w postaci związków
chemicznych.
• Dodatek 0,25 - 2% berylu zmienia właściwości
miedzi, niklu i aluminium nadając im twardość i
większą wytrzymałość na zrywanie, a także
odporność na kruchość oraz na długotrwałe
wstrząsy. Stopy te są odporne na wysokie
temperatury, korozję, iskrzenie się i są
niemagnetyczne. Stosuje się je jako tworzywo
do konstrukcji silników lotniczych, do wyrobu
sprężyn w mechanizmach precyzyjnych,
elektrycznych przekaźnikach i przełącznikach.
Stopy berylowo-miedziowe służą do wyrobu
nieiskrzących narzędzi niezbędnych w
przemyśle petrochemicznym oraz w przemyśle
elektronicznym do wyrobu układów scalonych i
złącz elektronicznych.
25
25
Zastosowanie - beryl
• Metalu tego używa się w postaci folii berylowej do
wyrobu okienek do lamp rentgenowskich.
Promienie rentgena łatwo przenikają przez
pierwiastki o małej liczbie atomowej, a beryl
metaliczny ma najlepsze właściwości mechaniczne
spośród bardzo lekkich pierwiastków. Znalazł on
zastosowanie w żyroskopach, a także w częściach
komputerów.
• Charakteryzując się bardzo wysoką temperaturę
topnienia (około 2530°C),tlenek berylu służy do
wyrobu ceramicznych rur bardzo odpornych na
działanie odczynników chemicznych oraz tygli, w
których wytapia się aktywne chemicznie metale,
np. chrom, cyrkon, uran. Stosowany jest do
produkcji tranzystorów, zestawów
półprzewodników i części mikroelektronicznych.
Przepuszczanie mikrofal pozwoliło na jego
zastosowanie w produkcji elementów do urządzeń
mikrofalowych.
26
26
Zastosowanie - magnez
• Metaliczny magnez znajduje
zastosowanie do produkcji lekkich
, np.
(magnez z glinem, do
10%, oraz z domieszkami
,
i krzemu) i in. (
,
,
) oraz wyrobu
(masy oświetlające,
smugowe, zapalające), chlorek magnezu -
do produkcji
Sorela, zaś sole
magnezu - w lecznictwie. Światowa
produkcja magnezu wynosi ok. 300 tys.
ton rocznie, a jego średnia cena 3 dolary
za 1 kg.
27
27
Zastosowanie - wapń
Metaliczny wapń ma ograniczone zastosowanie
jako środek zabezpieczający przed
utlenieniem, np. przy produkcji
,
i
niklu, z których usuwa jednocześnie
.
Służy też do oczyszczania i osuszania
,
i in.
Używany jest także do redukcji
,
i
in. do postaci metalicznej.
28
28
Zastosowanie - wapń
• Zastosowanie związków wapnia:
•
) (
- dwuwodny,
-
bezwodny) -
,
, usztywnianie
kończyn przy urazach, nasycony
wodny
(woda gipsowa) służy do odróżniania wapnia od
i
w toku
•
) -
•
- produkcja
•
-
, nawóz sztuczny
•
, odladzanie dróg,
bezwodny - osuszanie substancji
•
- budownictwo (
,
)
•
- nasycony roztwór
wodny (woda wapienna) służy do wykrywania
29
29
Zastosowanie - stront
• Stront w czystej postaci jest
stosowany jako dodatek do niektórych
gatunków
- np. stosowanych do
produkcji ekranów telewizyjnych. Ze
względu na to, że barwi płomień
intensywnym, karmino-czerwonym
kolorem jego sole są dodawane do
i
.
30
30
Zastosowanie - bar
• Metaliczny bar stosuje się jako dodatek do
ołowiu, zwiększający ich twardość
), w metalurgii jako
odtleniacz, jako składnik stopów do usuwania
gazów resztkowych z
.
31
31
Zastosowanie - bar
•
Szersze zastosowanie mają związki baru, głównie
siarczan(VI) baru. Azotan(V) baru (Ba(NO
3
)
2
) oraz
chloran(V) baru (Ba(ClO
3
)
2
) są używane do wyrobu
sztucznych ogni, gdzie barwią płomień na zielono.
•
Tlenek baru (BaO) jest półproduktem do
otrzymywania nadtlenku baru (BaO
2
). Fluorek
baru (BaF
2
) służy do sporządzania emalii. Tytanian
baru (BaTiO
3
) ma właściwości piezoelektryczne.
Chromian(VI) baru (BaCrO
4
) jest stosowany jako
żółty pigment do wyrobu farb, zaś manganian(VI)
baru (BaMnO
4
) jako pigment zielony.
•
Związki baru dobrze pochłaniają promieniowanie
rentgenowskie i promieniowanie γ, są więc
stosowane jako składniki osłon przed
promieniowaniem. Siarczan(VI) baru znajduje
zastosowanie jako kontrast w badaniach
rentgenowskich i tomografii komputerowej.
32
32
Właściwości chemiczne berylowców –
utlenianie metali powietrzem
Właściwości chemiczne berylowców –
utlenianie metali powietrzem
W odróżnieniu od litowców (poza litem!),
berylowce spalają się w azocie tworząc azotki
typu Me
3
N
2
(azotek berylu jest dość lotny):
3Me + N
2
→ Me
3
N
2
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
Wszystkie berylowce ulegają spaleniu w tlenie
z utworzeniem tlenków MeO:
2Me + O
2
→ 2MeO (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
Tlenki powstają też podczas termicznego
rozkładu węglanów, wodorotlenków, azotanów
i siarczanów berylowców:
Me(OH)
2
→ MeO + H
2
O (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
W odróżnieniu od litowców (poza litem!),
berylowce spalają się w azocie tworząc azotki
typu Me
3
N
2
(azotek berylu jest dość lotny):
3Me + N
2
→ Me
3
N
2
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
Wszystkie berylowce ulegają spaleniu w tlenie
z utworzeniem tlenków MeO:
2Me + O
2
→ 2MeO (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
Tlenki powstają też podczas termicznego
rozkładu węglanów, wodorotlenków, azotanów
i siarczanów berylowców:
Me(OH)
2
→ MeO + H
2
O (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
33
33
Właściwości chemiczne
berylowców – utlenianie metali
powietrzem
• Ze wzrostem promienia jonowego berylowców
wzrasta tendencja do tworzenia nadtlenków.
Beryl nie tworzy nadtlenku, a żaden z
berylowców nie tworzy ponadtlenków (w
odróżnieniu od litowców!). Nadtlenki tworzą się
w bardziej drastycznych warunkach niż tlenki
berylowców i jakiekolwiek tlenki litowców.
• Stront i bar tworzą nadtlenki w czasie spalania w
powietrzu:
Me + O
2
→ MeO
2
(Me=Sr, Ba)
• Nadtlenki wapnia i magnezu powstają w wyniku
utleniania wodorotlenków nadtlenkiem wodoru
(konieczne jest odwodnienie produktu):
• Me(OH)
2
+ H
2
O
2
→ MeO
2
+ 2H
2
O (Me=Mg, Ca)
34
34
Właściwości chemiczne berylowców – reakcje metali,
azotków i tlenków z wodą
W reakcji berylowców z wodą powstają wodorotlenki i
wydziela się wodór.
Magnez reaguje z gorącą wodą a cięższe metale z zimną
(reakcja dla berylu
nie jest pewna - jeżeli zachodzi, to powstaje tlenek
berylu!):
Me + 2H
2
O → Me(OH)
2
+ H
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
Be + H
2
O → BeO + H
2
W reakcji azotków berylowców z wodą powstają
wodorotlenki (lub tlenki!) i amoniak:
Me
3
N
2
+ 6H
2
O → 3Me(OH)
2
+ 2NH
3
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
Produktami reakcji tlenków berylowców z wodą są
wodorotlenki:
MeO + H
2
O → Me(OH)
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
Uwaga: Tlenek berylu jest nierozpuszczalny w
wodzie.
Właściwości chemiczne berylowców – reakcje metali,
azotków i tlenków z wodą
W reakcji berylowców z wodą powstają wodorotlenki i
wydziela się wodór.
Magnez reaguje z gorącą wodą a cięższe metale z zimną
(reakcja dla berylu
nie jest pewna - jeżeli zachodzi, to powstaje tlenek
berylu!):
Me + 2H
2
O → Me(OH)
2
+ H
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
Be + H
2
O → BeO + H
2
W reakcji azotków berylowców z wodą powstają
wodorotlenki (lub tlenki!) i amoniak:
Me
3
N
2
+ 6H
2
O → 3Me(OH)
2
+ 2NH
3
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
Produktami reakcji tlenków berylowców z wodą są
wodorotlenki:
MeO + H
2
O → Me(OH)
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
Uwaga: Tlenek berylu jest nierozpuszczalny w
wodzie.
35
35
Właściwości chemiczne berylowców – reakcje
metali, azotków i tlenków z wodą
W reakcjach nadtlenków berylowców z wodą
powstają wodorotlenki i nadtlenek wodoru, zaś
w reakcjach z kwasami – sole i nadtlenek
wodoru:
MeO
2
+ 2H
2
O → Me(OH)
2
+ H
2
O
2
(Me=Mg, Ca, Sr,
Ba)
MeO
2
+ 2HCl → MeCl
2
+ H
2
O
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
Tlenek berylu jest amfoteryczny a zasadowość
dalszych tlenków rośnie ze wzrostem liczby
atomowej berylowca.
Właściwości chemiczne berylowców – reakcje
metali, azotków i tlenków z wodą
W reakcjach nadtlenków berylowców z wodą
powstają wodorotlenki i nadtlenek wodoru, zaś
w reakcjach z kwasami – sole i nadtlenek
wodoru:
MeO
2
+ 2H
2
O → Me(OH)
2
+ H
2
O
2
(Me=Mg, Ca, Sr,
Ba)
MeO
2
+ 2HCl → MeCl
2
+ H
2
O
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
Tlenek berylu jest amfoteryczny a zasadowość
dalszych tlenków rośnie ze wzrostem liczby
atomowej berylowca.
36
36
Właściwości chemiczne
berylowców – reakcje metali z
siarką
• Beryl i magnez w podwyższonej temperaturze
reagują z siarką tworząc siarczki:
Me + S → MeS (Me=Be, Mg)
• Siarczki Ca, Sr i Ba częściej otrzymuje się w
reakcji na gorąco wodorotlenków z H
2
S:
Me(OH)
2
+ H
2
S → MeS + 2H2O (Me=Ca, Sr, Ba)
• Znane są nieliczne wielosiarczki Ca, Sr i Ba o
wzorze ogólnym MeS
4
•xH
2
0
(odróżnienie od litowców, łatwo tworzących
liczne wielosiarczki o wzorze Me
2
S
n
, gdzie
n=2, 3, 4, 5 lub 6).
37
37
Właściwości chemiczne
berylowców – reakcje metali z
wodorem
•
Wszystkie berylowce (poza berylem) w reakcji z
wodorem tworzą wodorki MeH
2
:
Me + H
2
→ MeH
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
•
Wodorek berylu otrzymano redukując chlorek berylu
tetrahydroglinianem litu:
•
2BeCl
2
+ Li[AlH
4
] → 2BaH
2
+ LiCl + AlCl
3
•
Wodorki Ca, Sr i Ba są jonowe (podobnie jakwszystkie
wodorki litowców), natomiast wodorki Be i Mg są
kowalencyjne i polimeryczne.
•
•
Wodorki są silnymi reduktorami – reagują z wodą z
wydzieleniem wodoru:
•
MeH
2
+ 2H
2
O → Me(OH)
2
+ 2H
2
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
• Berylowce (poza berylem) nie tworzą charakterystycznych dla litowców,
wodorków kompleksowych z pierwiastkami III grupy głównej układu
okresowego (np. Na[BH4]).
38
38
Właściwości chemiczne
berylowców – reakcje metali z
fluorowcami
• W podwyższonej temperaturze berylowce wiążą
się z fluorowcami tworząc halogenki typu MeX
2
:
Me + X
2
→ MeX
2
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba; X=F, Cl,
Br, I)
• Wszystkie halogenki berylu mają budowę
kowalencyjną polimeryczną
a pozostałe są jonowe.
• Fluorek berylu (BeF
2
)n jest nierozpuszczalny, a
fluorki pozostałych berylowców są słabo
rozpuszczalne w wodzie. Inne halogenki
berylowców
są w wodzie dobrze rozpuszczalne.
39
39
Właściwości fizykochemiczne
berylowców - hydratacja
• Podatność jonów berylowców na hydratację maleje w
szeregu:
Be
2+
> Mg
2+
> Ca
2+
> Sr
2+
> Ba
2+
> Ra
2+
• Berylowce są zdecydowanie lepiej hydratowane od
litowców, ze względu na mniejsze promienie jonowe:
Zgodnie z charakterem zmiany podatności do hydratowania
jonów, zmienia się też podatność do tworzenia uwodnionych
soli. Zdecydowana większość soli berylowców występuje w
postaci uwodnionej.
Uwodnione sole berylu zawierają najczęściej (maksymalnie!)
cztery cząsteczki wody, bo na więcej nie pozwala struktura
elektronowa berylu. Sole magnezu mogą zawierać do 12,
natomiast sole wapnia, strontu i baru – do 8 cząsteczek wody.
Zgodnie z charakterem zmiany podatności do hydratowania
jonów, zmienia się też podatność do tworzenia uwodnionych
soli. Zdecydowana większość soli berylowców występuje w
postaci uwodnionej.
Uwodnione sole berylu zawierają najczęściej (maksymalnie!)
cztery cząsteczki wody, bo na więcej nie pozwala struktura
elektronowa berylu. Sole magnezu mogą zawierać do 12,
natomiast sole wapnia, strontu i baru – do 8 cząsteczek wody.
40
40
Właściwości fizykochemiczne
litowców – rozpuszczalność
związków w wodzie
• Te związki berylowców, dla których energia hydratacji jest
większa od energii sieciowej, są dobrze rozpuszczalne w
wodzie (np. azotany, halogenki z wyjątkiem fluorków,
octany).
• Rozpuszczalność wodorotlenków i fluorków berylowców
rośnie (jest to nietypowy efekt!) ze wzrostem liczby
atomowej berylowca (nierozpuszczalne są tylko Be(OH)
2
i Mg(OH)
2
oraz (BeF
2
)n).
• Spośród siarczanów berylowców rozpuszczalne są tylko
BeSO
4
i MgSO
4
. Następne siarczany są nierozpuszczalne
(iloczyn rozpuszczalności maleje ze wzrostem liczby
atomowej berylowca).
• Większość węglanów, ortofosforanów, ortoarsenianów,
metakrzemianów i ortokrzemianów berylowców, to
związki nierozpuszczalne w wodzie.
41
41
Stalaktyty i stalagmity
Węglany:
Ca
2+
+ CO
3
2-
= CaCO
3
Węglan wapnia nie roztwarza się w
wodzie, ale w obecności CO
2
zachodzi reakcja:
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O = Ca
2+
+
2HCO
3-
Węglany:
Ca
2+
+ CO
3
2-
= CaCO
3
Węglan wapnia nie roztwarza się w
wodzie, ale w obecności CO
2
zachodzi reakcja:
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O = Ca
2+
+
2HCO
3-
42
42
Trwałość tlenowych soli
berylowców
• Ze względu na mniej elektrododatni charakter berylowców
niż litowców, ich sole tlenowe są mniej trwałe niż
odpowiednie sole litowców. Między innymi znacznie mniej
trwałe są odpowiednie azotany, wodorotlenki, węglany i
siarczany, z których przez termiczny rozkład otrzymuje się
tlenki:
MeCO
3
→ MeO + CO
2
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)
• Trwałość poszczególnych soli wzrasta z zasadowością
berylowca:
Mniej elektrododatni charakter berylowców powoduje, że
nie istnieją ich wodorowęglany w stanie stałym, ale tylko
w roztworze (podobieństwo do litu!).
Mniej elektrododatni charakter berylowców powoduje, że
nie istnieją ich wodorowęglany w stanie stałym, ale tylko
w roztworze (podobieństwo do litu!).
43
43
Związki berylowców z węglem
• Jonowe węgliki berylowców (acetylenki) powstają w
wyniku ogrzewania metali (poza berylem!) lub ich
tlenków z węglem:
Me + 2C → MeC
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
• Beryl tworzy węglik (acetylenek) w reakcji z acetylenem:
•
Be + C
2
H
2
→ BeC
2
+ H
2
• Z węglem beryl tworzy metanek:
2Be + C → Be
2
C
• Acetylenki reagując z wodą wydzielają acetylen,
natomiast produktem reakcji metanku z wodą jest
metan:
•
MeC
2
+ H
2
O → Me(OH)
2
+ H
2
C
2
(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)
•
Be
2
C + 2H
2
O → 2BeO + CH4
44
44
Związki organiczne berylowców
Berylowce nie są tak reaktywne w reakcjach ze związkami
organicznymi jak litowce. Tworzą sole z kwasami
karboksylowymi:
2CH
3
COOH + Me(OH)
2
→ (CH
3
COO)
2
Me + 2H
2
O (Me=Ca, Sr,
Ba)
2RCOOH + Me(OH)
2
→ (RCOO)
2
Me + 2H
2
O
(mydła nierozpuszczalne w wodzie, gdy Me=Ca, Sr, Ba
oraz R=C10÷C22)
Karboksylany i mydła berylu i magnezu można otrzymać
w podobnych reakcjach ale z rozpuszczalnymi ich solami
(Be(OH)
2
i Mg(OH)
2
są nierozpuszczalne w wodzie!).
Najliczniejsze związki metaloorganiczne (odczynniki
Grignarda) tworzy magnez z halogenkami alkilowymi:
Mg + RX → RMgX (X=Cl, Br, I)
Z nielicznych innych alkiloberylowców znane są znacznie
mniej reaktywne od związków Grignarda, alkiloberyle.
45
45
Kompleksy berylowców
• Tworzenie kompleksów nie jest cechą
charakterystyczną berylowców. Mimo tego
berylowce lepiej kompleksją niż odpowiednie
litowce, bo mają mniejsze promienie jonowe.
Najlepiej z berylowców kompleksuje kation
berylu (najmniejszy promień jonowy), najtrudniej
zaś kation baru.
• Znane są typowe kompleksy nieorganiczne
kationu berylu:
np. [BeF
4
]
2-
, [Be(C
2
O
4
)2]
2-
, [Be(H
2
O)
4
]
2+
, [Be(NH
3
)
4
]
2+
•
• Zarówno beryl jak i pozostałe berylowce chętniej
kompleksują z chelatującymi odczynnikami
organicznymi, np. z EDTA. Najważniejszym
kompleksem magnezu,o kluczowym znaczeniu
dla fizjologii roślin, jest chlorofil:
46
46
Kompleksy berylowców
N C H
2
—
C H N
2
—
—
H O O C C H
2
H O O C C H
2
C H
2
C O O H
C H
2
C O O H
N C H
2
—
C H N
2
—
—
H O O C C H
2
H O O C C H
2
C H
2
C O O H
C H
2
C O O H
N
M g
N
N
N
R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
7
R
N
M g
N
N
N
R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
7
R
47
47
Kompleksy berylowców
The alkali earth metal ions resemble the alkali metal
ions in having a low electronegativity, and being very
hard in the HSAB classification. The big difference,
though, is their charge, which makes them stronger
Lewis acids. The effect of charge on log K
1
for hard
metal ions with EDTA, all having an ionic radius of
about 1.0 Å, makes this point (see next slide for Ca
EDTA complex):
Metal ion: Na
+
Ca
2+
La
3+
Th
4+
Ionic radius (Å): 1.02 1.001.03 0.94
log K
1
(EDTA):
1.86 10.65 15.36 23.2
48
48
Kompleksy berylowców
We thus find that the metal ions in Group 2 are much
better at complexing with ligands than are those in
Group 1. Being hard, complexing of Group 2 cations is
confined largely to oxygen donors, and to nitrogens,
more so where the nitrogen donors are part of a ligand
that also has some oxygen donors, such as in EDTA
.
N
N
O
O
O
O
O
O
O
O
[Ca(EDTA)(H
2
O)
2
]
2-
Ca
H
2
O O
H
2
49
49
Kompleksy berylowców
The alkali earth metal ions Ca
2+
, and particularly Sr
2+
,
and Ba
2+
are large enough to fit well into the cavities of
crown ethers and cryptands, and actually form more
stable complexes than large alkali metal ions. Thus, we
can compare log K
1
values with some crown ethers and
cryptands for Ba
2+
and K
+
, which are almost identical in
size:
Ligand:
18-crown-6 15-crown-5 cryptand-222
log K
1
(K
+
): 2.05
0.75 5.5
log K
1
(Ba
2+
):
3.89
1.71 9.6
Thus, even with these ligands, the charge on the metal
ion has an effect on complex stability.
50
50
Odmienność właściwości berylu i
jego związków
• Atomy berylu są małe i mają tendencję do tworzenia wiązań
kowalencyjnych. Związki berylu ulegają w wodzie hydrolizie
(podobieństwo do glinu z grupy III).
• Beryl tworzy dużo kompleksów, co nie jest typowe dla
litowców i innych berylowców.
• Beryl ulega pasywacji (podobieństwo do glinu z grupy III).
• Beryl jest jedynym pierwiastkiem amfoterycznym wśród
berylowców.
• Halogenki berylu są polimeryczne, co jest wynikiem deficytu
elektronowego. BeCl
2
może mieć prostą budowę łańcuchową
lub tworzyć dimer (podobieństwo do AlCl
3
).
• Beryl tworzy polimeryczne wodorki i związki alkilowe.
• Sole berylu należą do najlepiej rozpuszczalnych. Be
2
C,
analogicznie do Al
4
C
3
, w czasie hydrolizy uwalnia metan.
51
51
Najważniejsze związki berylowców
Azotan wapniowy – Ca(NO
3
)
2
(saletra norweska): ważny składnik
nawozowy gleb:
CaCO
3
+ 2HNO
3
→ Ca(NO
3
)
2
+ H
2
O + CO
2
Węglik wapnia – CaC
2
(karbid): podstawowy surowiec do produkcji
cyjanamidku wapnia – CaCN
2
(azotniaku):
CaO + 3C → CaC
2
+ CO
CaC
2
+ N
2
→ CaCN
2
+ C
CaCO
3
(wapniak), CaO (wapno palone), Ca(OH)
2
(wapno gaszone),
superfosfaty: sztuczne nawozy wapniowe.
Magnez – Mg: w stanie surowym stosowany do produkcji stopów
magnezowych
(Al, Mn i Zn jako główne dodatki), a także jako dodatek do stopów
glinowych.
CaCO
3
, CaSO
4
, MgCO
3
, CaCO
3
•MgCO
3
: stosowane do produkcji materiałów
wiążących dla budownictwa (wapna, cementy, gipsy, materiały
magnezjowe).
MeO (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba): w przemyśle szklarskim jako stabilizatory
masy szkła.
BaSO
4
, Ba(NO
3
)
2
, BaCl
2
, CaF
2
: w przemyśle szklarskim do klarowania masy
szkła.
Najważniejsze związki berylowców
Azotan wapniowy
–
Ca(NO
3
)
2
(
saletra norweska
): ważny składnik
nawozowy gleb:
CaCO
3
+ 2HNO
3
→ Ca(NO
3
)
2
+ H
2
O + CO
2
Węglik wapnia
–
CaC
2
(
karbid
): podstawowy surowiec do produkcji
cyjanamidku wapnia
–
CaCN
2
(
azotniaku
):
CaO + 3C → CaC
2
+ CO
CaC
2
+ N
2
→ CaCN
2
+ C
CaCO
3
(
wapniak
),
CaO
(
wapno palone
),
Ca(OH)
2
(
wapno gaszone
),
superfosfaty
: sztuczne nawozy wapniowe.
Magnez
–
Mg
: w stanie surowym stosowany do produkcji stopów
magnezowych
(Al, Mn i Zn jako główne dodatki), a także jako dodatek do stopów
glinowych.
CaCO
3
,
CaSO
4
,
MgCO
3
,
CaCO
3
•MgCO
3
: stosowane do produkcji materiałów
wiążących dla budownictwa (wapna, cementy, gipsy, materiały
magnezjowe).
MeO
(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba): w przemyśle szklarskim jako stabilizatory
masy szkła.
BaSO
4
,
Ba(NO
3
)
2
,
BaCl
2
,
CaF
2
: w przemyśle szklarskim do klarowania masy
szkła.
Berylow
Berylow
ce
ce
24
24
52
52
Najważniejsze związki berylowców
• Azotan wapniowy – Ca(NO
3
)
2
(saletra norweska): ważny
składnik nawozowy gleb:
CaCO
3
+ 2HNO
3
→ Ca(NO
3
)
2
+ H
2
O + CO
2
• Węglik wapnia – CaC
2
(karbid): podstawowy surowiec do
produkcji cyjanamidku wapnia – CaCN
2
(azotniaku):
CaO + 3C → CaC
2
+ CO
CaC
2
+ N
2
→ CaCN
2
+ C
• CaCO
3
(wapniak), CaO (wapno palone), Ca(OH)
2
(wapno
gaszone), superfosfaty: sztuczne nawozy wapniowe.
• Magnez – Mg: w stanie surowym stosowany do produkcji
stopów magnezowych
• (Al, Mn i Zn jako główne dodatki), a także jako dodatek do
stopów glinowych.
53
53
Najważniejsze związki berylowców
• MeO (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba): w
przemyśle szklarskim jako stabilizatory
masy szkła.
• CaCO
3
, CaSO
4
, MgCO
3
, CaCO
3
•MgCO
3
:
stosowane do produkcji materiałów
wiążących dla budownictwa (wapna,
cementy, gipsy, materiały magnezjowe).
• BaSO
4
, Ba(NO
3
)
2
, BaCl
2
, CaF
2
: w przemyśle
szklarskim do klarowania masy szkła.
54
54
Cementy
Cement portlandzki prażenie wapienia (CaCO
3
) z gliną
1400 K
marglową klinkier (piece obrotowe) rozdrabnianie
Skład cementu portlandzkiego:
CaO
58 - 66%
MgO 1 - 5%
SiO
2
18 - 26%
Fe
2
O
3
2 - 5%
Al
2
O
3
4 - 12%
Skład fazowy klinkieru :
ALI T
3CaO SiO
2
BELI T
2CaO SiO
2
CELI T
4CaO Al
2
O
3
Fe
2
O
3
Cement portlandzki prażenie wapienia (CaCO
3
) z gliną
1400 K
marglową klinkier (piece obrotowe) rozdrabnianie
Skład cementu portlandzkiego:
CaO
58 - 66%
MgO 1 - 5%
SiO
2
18 - 26%
Fe
2
O
3
2 - 5%
Al
2
O
3
4 - 12%
Skład fazowy klinkieru :
ALI T
3CaO SiO
2
BELI T
2CaO SiO
2
CELI T
4CaO Al
2
O
3
Fe
2
O
3
55
55
Zaprawa murarska
Wapno palone (piece wapienne):
1000 - 1200
o
C
CaCO
3
CaO + CO
2
Gaszenie wapna i produkcja wapna hydratyzowanego:
CaO + H
2
O = Ca(OH)
2
H
o
= -64 kJ / mol
Twardnienie zaprawy murarskiej:
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
+ H
2
O
CaCO
3
+ SiO
2
= CaSiO
3
+ CO
2
Wapno palone (piece wapienne):
1000 - 1200
o
C
CaCO
3
CaO + CO
2
Gaszenie wapna i produkcja wapna hydratyzowanego:
CaO + H
2
O = Ca(OH)
2
H
o
= -64 kJ / mol
Twardnienie zaprawy murarskiej:
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
+ H
2
O
CaCO
3
+ SiO
2
= CaSiO
3
+ CO
2
56
56
Gips
Gips jako minerał: CaSO
4
2H
2
O
Prażenie gipsu w temp. 130
o
C:
2(CaSO
4
2H
2
O) = 2(CaSO
4
1
/
2
H
2
O) + 3H
2
O
Tężenie gipsu:
2(CaSO
4
1
/
2
H
2
O) + 3H
2
O = 2(CaSO
4
2H
2
O)
Gips jako minerał: CaSO
4
2H
2
O
Prażenie gipsu w temp. 130
o
C:
2(CaSO
4
2H
2
O) = 2(CaSO
4
1
/
2
H
2
O) + 3H
2
O
Tężenie gipsu:
2(CaSO
4
1
/
2
H
2
O) + 3H
2
O = 2(CaSO
4
2H
2
O)
57
57
WATER SOFTENING
WATER SOFTENING
Hard water contains dissolved Ca
2+
and Mg
2+
.
These form precipitates with soap – bath tub
rings.
Most detergents do not work well to remove this.
Also forms deposits in water pipes.
Ca
2+
(aq) + 2HCO
3
-
(aq) CaCO
3
(s) + CO
2
(g) + H
2
O
from dissolved CO
2
scale
Scale forms on the bottom of teapots, in faucets,
on the walls of hot water pipes and boilers, etc.
Can be removed with acid (e.g., vinegar)
58
58
Wodorki - X
m
H
n
Wg Paulinga
jednakowy udział
wiązania jonowego i
kowalencyjnego
pojawia się przy
różnicy
elektroujemności ok.
1.7
W miarę jak różnica
elektroujemności
maleje, wzrasta
tendencja do
tworzenia się
wiązań
kowalencyjnych lub
wiązań
metalicznych
Wiązania
kowalencyjne
powstają gdy
elektroujemności
pierwiastków
przekraczają
wartość 1.8-1.9.
Poniżej tej wartości
powstają wiązania
metaliczne
.
Wg Paulinga
jednakowy udział
wiązania jonowego i
kowalencyjnego
pojawia się przy
różnicy
elektroujemności ok.
1.7
W miarę jak różnica
elektroujemności
maleje, wzrasta
tendencja do
tworzenia się
wiązań
kowalencyjnych lub
wiązań
metalicznych
Wiązania
kowalencyjne
powstają gdy
elektroujemności
pierwiastków
przekraczają
wartość 1.8-1.9.
Poniżej tej wartości
powstają wiązania
metaliczne
.
59
59
Tlenki - X
m
O
n
Wg Paulinga
jednakowy udział
wiązania jonowego i
kowalencyjnego
pojawia się przy
różnicy
elektroujemności ok.
1.7
W miarę jak różnica
elektroujemności
maleje, wzrasta
tendencja do
tworzenia się
wiązań
kowalencyjnych lub
wiązań
metalicznych
Wiązania
kowalencyjne
powstają gdy
elektroujemności
pierwiastków
przekraczają
wartość 1.8-1.9.
Poniżej tej wartości
powstają wiązania
metaliczne
.
Wg Paulinga
jednakowy udział
wiązania jonowego i
kowalencyjnego
pojawia się przy
różnicy
elektroujemności ok.
1.7
W miarę jak różnica
elektroujemności
maleje, wzrasta
tendencja do
tworzenia się
wiązań
kowalencyjnych lub
wiązań
metalicznych
Wiązania
kowalencyjne
powstają gdy
elektroujemności
pierwiastków
przekraczają
wartość 1.8-1.9.
Poniżej tej wartości
powstają wiązania
metaliczne
.
60
60
Kwasowo-zasadowe
własności tlenków
Kwasowość wzrasta w górę grupy i z lewa na prawo w okresie
Kwasowość wzrasta w górę grupy i z lewa na prawo w okresie
Document Outline
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
- Slide 30
- Slide 31
- Slide 32
- Slide 33
- Slide 34
- Slide 35
- Slide 36
- Slide 37
- Slide 38
- Slide 39
- Slide 40
- Slide 41
- Slide 42
- Slide 43
- Slide 44
- Slide 45
- Slide 46
- Slide 47
- Slide 48
- Slide 49
- Slide 50
- Slide 51
- Slide 52
- Slide 53
- Slide 54
- Slide 55
- Slide 56
- Slide 57
- Slide 58
- Slide 59
- Slide 60
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Leszek wyklad11 metale
Leszek wyklad4 elektrochemia
Leszek wyklad9 teoria pasmowa ciala stalego
Leszek wyklad8a chlorowce
Leszek wyklad2
Leszek wyklad7
Leszek wyklad3
Leszek wyklad3
Leszek wyklad2
Leszek wyklad5
Leszek wyklad1
Leszek wyklad8
Leszek wyklad10 zwiazki kompleksowe
Leszek wyklad6
Leszek wyklad12 grupy dlowne
Leszek wyklad1
Leszek wyklad11 metale
więcej podobnych podstron