Litowce Cs-Cez Fr-Frans |
Blok s St utl. +I |
Wszystkie litowce posiadają jeden elektron walencyjny i dlatego tworzą jony typu M+, na przykład: Li+, Na+, K+. | Reaktywne chemicznie i dlatego nie występują w przyrodzie w stanie wolnym. Są srebrzystobiałe, lekkie i miękkie - można je kroić nożem. Ze względu na ich dużą reaktywność przechowuje je się w nafcie, która z nimi nie reaguje i chroni je od kontaktu z powietrzem i wilgocią. Litowce to ciała stałe o najmniejszej spośród pierwiastków gęstości, z których lit, sód i potas mają mniejszą gęstość od wody. Wraz ze wzrostem liczby atomowej wzrasta ich gęstość i promień atomowy. Maleje zaś twardość, temperatura wrzenia i topnienia oraz potencjał jonizacyjny. Związki litowców barwią płomienie na charakterystyczne dla każdego metalu kolory: lit - na czerwono, sód - na żółto, zaś potas na kolor różowo-fioletowy. |
Własności metaliczne litowców, ich zasadowość oraz ogólna reaktywność z wodą i powietrzem wzrastają ze wzrostem ich liczby atomowej, co związane jest z malejącą elektroujemnością. Wszystkie te metale, oprócz najmniej reaktywnego litu (reaguje spokojnie), reagują gwałtownie z wodą z wytworzeniem gazowego wodoru i wodorotlenku danego pierwiastka, według schematu: 2M + 2H2O → 2MOH + H2↑ (gdzie M - metal alkaliczny) W przypadku potasu, rubidu i cezu powyższa reakcja przebiega zazwyczaj wybuchowo, natomiast sód wybucha jedynie w sprzyjających warunkach. Rubid i cez samorzutnie zapalają się w kontakcie z powietrzem. Przechowuje się je w nafcie lub w parafinie, ponieważ na powietrzu ulegają reakcji z zawartym w powietrzu tlenem bądź parą wodną. |
Litowce reagują: z tlenem dając tlenki i nadtlenki: 4Na + O2 -> 2Na2O 2Na + 02 -> Na2O2 W nadtlenkach występuje tzw. mostek tlenowy, a tlen ma stopień utlenienia -1. z wodą: 2Li + 2H2O -> 2LiOH + H2 z kwasami: 2K + 2HCl -> 2KCl + H2 z niemetalami: 2Na + H2 -> 2NaH (wodorek) 2Na + Cl2 -> 2NaCl (sól) Tlenki, nadtlenki i wodorotlenki litowców mają charakter zasadowy: K2O + H2O -> 2KOH 2Na2O2 + H2O -> 2NaOH + O2 KH + H2O -> KOH + H2 NaOH + HCl -> NaCl + H2O NaOH -> Na+ + OH- Wodorotlenki litowców są mocnymi zasadami z wyjątkiem LiOH, który jest zasadą średniej mocy. |
|
---|---|---|---|---|---|---|
Berylowce Beryl Magnez Wapń Stront Bar Rad |
Blok s St. Utl + II |
Berylowce są srebrzystobiałymi metalami. Reaktywność berylowców, mimo, iż mniejsza niż litowców, jest znaczna i wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej. Beryl jest kruchy, ale reszta berylowców daje się kroić nożem, twardość maleje wraz ze wzrostem liczby atomowej. Temperatury topnienia i wrzenia oraz gęstość są wyższe niż w przypadku litowców, ale mniejsze niż metali ciężkich. | Metale te, oprócz berylu, cechują silne własności metaliczne i zasadowe. Tlenki i wodorotlenki berylowców także mają charakter zasadowy, który zwiększa się w kolejnych okresach. Wyjątkiem jest beryl, którego związki są generalnie amfoterami. Berylowce są nieco mniej reaktywne od poprzedzających je w układzie okresowym metali alkalicznych. | Reakcje z tlenem: wszystkie berylowce utleniają się do tlenków MO, Bar tworzy nadtlenek BaO2 z wodą: M + 2H2O -> M(OH)2 +H2 z kwasami: M+HCl -> MCl2+H2 Amfoteryczność berylu Be + 2HCl -> BeCl2 + H2 Be + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Be(OH)4] + H2 Na2[Be(OH)4](s) DT> Na2BeO(s)+2H2 |
Żaden z pierwiastków 2 grupy nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym, jedynie w związkach (spowodowane jest to ich dużą reaktywnością). Metale te otrzymuje się przez elektrolizę ich stopionych soli. |
|
Fluorowce Fluor Chlor Brom Jod Astat |
Blok p Fluor to -I. Pozostałe -I do +VII, a głównie: -I, +II, +III, +V i +VII. Na dodatnich stopniach utlenienia występują one w tlenkach, kwasach tlenowych i w solach. |
Wszystkie fluorowce są niemetalami. Fluor i chlor są w zwykłych warunkach żółto zielonymi gazami o charakterystycznej, ostrej woni; brom jest ciemnobrunarną lotną cieczą, a jod ciałem stałym o metalicznym połysku. Astat nie występuje w przyrodzie; jest pierwiastkiem promieniotwórczym o krótkim okresie półtrwania. Żaden z fluorowców nie występuje w stanie wolnym. | Fluorowce są grupą typowych, bardzo reaktywnych niemetali o dużej elektroujemności. Ich atomy mają siedem elektronów walencyjnych i- zgodnie z regułą helowca- każdy z nich stara się pozyskać jeden elektron, żeby mieć oktet. Atomy fluorowców( oznaczone dalej ogólnym symbolem X ) łatwo pobierają elektron i przechodzą w proste aniony: X + e- = X- . |
HCl- chlorowodór, bezbarwny gaz o ostrej, duszącej woni, cięższy od powietrza, niepalny, dymiący w wilgotnym powietrzu, bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie - Kwas solny ma właściwości żrące. Jest stosowany w wielu procesach chemicznych, m.in. do czyszczenia powierzchni metali, ponieważ dobrze roztwarza rdzę. NaCl- chlorek sodu ( sól kuchenna ), biała substancja krystaliczna, rozpuszczalna w wodzie. |
Jednym z najtrudniejszych do otrzymywania w stanie wolnym pierwiastków jest fluor. Znaczna elektroujemność fluoru czyni rozkład jego związków procesem wybitnie endoenergetycznym. Jedynie anodowe utlenienie fluorków prowadzi do wolnego fluoru. Elektroliza nie może być prowadzona w roztworze wodnym ze względu na reagowania fluoru z wodą. W laboratoriach jak i w przemyśle fluor otrzymuje się na anodzie grafitowej w procesie elektrolizy stopionego wodorofluorku potasu KHF2 . |
BERYLOWCE
Twardość wody
Obecność różnych soli, głównie wodorowęglanów, chlorków i siarczanów wapnia i magnezu wywołuje tzw. twardość wody, która utrudnia pienienie się mydła i innych środków piorących. Przy gotowaniu wody wodorowęglany przechodzą w znacznie trudniej rozpuszczalne węglany, które strącają się w postaci tzw. kamienia kotłowego:
Ca(HCO3)2Â -> CaCO3Â + CO2Â + H2O
Twardość wody wywołana obecnością wodorowęglanów zwana jest twardością przemijającą, którą poza gotowaniem wody, da się usunąć poprzez wprowadzienie roztworu zasadowego:
Ca(HCO3)2Â + 2Ca(OH)2Â -> 2CaCO3Â + 2H2O
gdy w wodzie znajduje się wodorowęglan magnezu, strąca się jeszcze wodorotlenek magnezu:
Mg(HCO3)2Â + 2Ca(OH)2Â -> 2CaCO3Â + Mg(OH)2Â + 2H2O
Trwała twardość wody (czyli taka, która spowodowana jest obecnością chlorków lub siarczanów), usuwana jest poprzez destylację lub demineralizację za pomocą jonitów (wymieniaczy jonowych). Jonity to substancje wielocząsteczkowe, o skomplikowanej budowie, które możan przedstawić schematycznie Kt-H (wodór połączony z zespołem atomów Kt) lub An-OH (grupa OH połączona z zespołem An). Jonity Kt-H to wymieniacze kationowe czyli katonity, a An-OH - wymieniacze anionowe, czyli anionity. Kationity mają zdolność do wymiany kationów z roztworu na jony H+:
2Kt-H + Ca2+Â ->(Kt)2Ca + 2H+
Nasycony jonami wapnia katonit, należy regenerować w celu "wyciągania" kolejnych kationów, poprzez przepuszczenie go przez roztwór kwasu:
(Kt)2Ca + 2HCl(aq)Â -> 2Kt-H + CaCl2(aq)
Anionity służą do usuwania anionów:
2An-OH + SO42-Â -> (An)2SO4Â + 2OH-
RegeneracjÄ™ anionitu przeprowadza siÄ™ roztworem mocnej zasady:
(An)2SO4Â + 2NaOH -> Na2SO4Â + 2AN-OH
Wapno palone i wapno gaszone
Wapno palone - CaO, to higroskopijny, biały proszek. Jest powszechnie stosowany w budownictwie do produkcji zapraw wiążących. Zaprawę murarską stanowi woda, piasek (SiO2) i wapno gaszone (Ca(OH)2). Gaszenie wapna, czyli przeprowadzenie wapna palonego w gaszone przegieba w następujący sposób:
CaO + H2O -> Ca(OH)2
Zastyganie zaprawy murarskie powodowane jest odparowaniem wody, a wieloletni proces twardnięcia przebiega przy udziale atmosferycznego dwutlenku węgla:
Ca(OH)2Â + CO2Â -> CaCO3Â + H2O
Gips
Gips to dwuhydrat siarczanu wapnia (CuSO4 · 2H2O), jest to biała, trudno rozpuszczalna, krystaliczna substancja. Produktem handlowym jest tzw. gips palony (półhydrat otrzymywany w temperatucze 100° C):
2(CuSO4 · 2H2O) -> (CaSO4)2 · H2O + 3H2O
Zaprawa gipsowa powstaje w wyniku zmieszania gipsu palonego z wodą, która dość szybko twardnieje, na skutek tworzenia się kryształu dwuhydratu (reakcja odwrotna do palenia gipsu)
Zjawiska krasowe
CaCO3 - bezbarwna krystaliczna substancja występująca jako kreda, marmur czy wapień, trudno rozpuszczalna w wodzie. Zjawiska krasowe, czyli rozpuszczanie się skał wapiennych i osadzanie się wapienia w innym miejscu spowodowane jest tym, że skały wapienne, składają się głównie z węglanu wapnia, który rozpuszcza się w wodzie zawierającej dwutlenek węgla:
CaCO3Â + H2O + CO2(aq)Â -> Ca(HCO3)2(aq)
Wodorowęglan wapnia rozpuszczony w wodzie przemieszcza się w inny rejon i przy obniżeniu ciśnienia, lub wzroście temperatury następuje proces odwrotny.
FLUOROWCE
Z metalami
Najłatwiej i często gwałtownie przebiegają reakcje fluorowców z metalami lekkimi i większością metali ciężkich. Produktami tych reakcji są halogenki, na przykład:
2 Fe(s)Â + 3 Cl2(s)Â = 2 FeCl3(s)
Reakcja ta pokazuje, jak silnym utleniaczem jest chlor. Żelazo w reakcjach z kwasami, siarka i wieloma innymi substancjami utlenia się do jonów Fe2+, jednak chlor potrafi utlenić żelazo od razu do jonów Fe3+.
Z tlenem
Z tlenem fluorowce łączą się stosunkowo trudno. Chociaż znanych jest wiele tlenków, większość z nich to substancje nietrwałe, otrzymywane w sposób pośredni.
Fluor nie tworzy kwasów tlenowych, chlor tworzy HClO, HClO2, HClO3, HClO4, brom tylko HBrO i HBrO3, a jod HIO, HIO3, HIO4, H5IO6. Większość kwasów tlenowych może istnieć tylko w postaci roztworów; często znane są wyłącznie ich sole. Moc kwasów tlenowych rośnie wraz ze wzrostem liczby atomów tlenu w cząsteczce, na przykład:
HClO < HClO2Â < HClO3Â < HClO4
i maleje w miarÄ™ wzrostu liczby atomowej fluorowca:
HClO > HBrO >HIO lub HClO3Â >HBrO3Â > HIO3
A więc odwrotnie niż w przypadku kwasów HX(aq).
Z wodorem
Wszystkie fluorowce reagujÄ… z wodorem, tworzÄ…c wodorki typu HX o ogólnej nazwie fluorowcowodory. Podczas gdy reakcja fluoru z wodorem jest gwaÅ‚towna i silnie egzotermiczna:Â
H2Â + F2Â = 2 HF DH0=-538 kJ
Synteza HCl zachodzi po zainicjowaniu, najlepiej kwantem świetlnym o odpowiedniej energii:
H2Â + Cl2Â 2 HCl DH0=-184 kJ
W miarę wzrostu liczby atomej efekt cieplny reakcji tworzenia fluorowcowodorów ulega zmniejszeniu. Brom łączy się z wodorem jeszcze trudniej niż chlor.
Z innymi niemetalami
Fluorowce tworzą liczne związki z niemetalami, ale tylko niektóre z nich powstają w bezpośredniej syntezie. Fluor, z uwagi na bardzo małe rozmiary atomu i anionu F-, wchodzi w skład wielu drobin, w których atom centralny jest otoczony stosunkowo dużą liczbą ligandów. Znane są również związki międzyfluorowcowe, np. BrCl, IBr i inne. Większość tych związków można otrzymać przez bezpośrednią syntezę.
Z wodÄ…
Chlor i brom rozpuszczają się w wodzie dość dobrze, dając bezbarwną wodę chlorową i brunatną wodę bromową. Niezależnie od fizycznego procesu rozpuszczania w wodzie fluorowce wchodzą z nią w reakcje chemiczną. Fluor gwałtownie rozkłada wodę z wytworzeniem HF i wydzieleniem wolnego tlenu:
2 F2Â + 2 H2O = 4 HF + O2.
Chlor i brom reagują z wodą powoli i w roztworze ustala się równowaga.
Pod wpływem światła następuje powolny rozkład kwasów chlorowego(I) i bromowego (I) (słabych elektrolitów ) z wytworzeniem tlenu atomowego:
HClO = HCl + O
HBrO = HBr + O
który łączy się w cząsteczki O2. Jeżeli jednak wprowadzi się do wody chlorowej substancję podatną na utlenianie, to tlen atomowy pełni funkcję utleniacza. Tym właśnie tłumaczy się wybielające i dezynfekujące właściwości wody chlorowej.
Z roztworem halogenku
Każdy chlorowiec wypiera chlorowce o większej liczbie atomowej z wodnych roztworów ich halogenków, na przykład:
Cl2Â + 2 NaBr = 2 NaCl + Br2
Br2Â + 2 NaI = 2 NaBr +I2
Niemożliwa jest natomiast reakcja odwrotna:
I2Â + KBr(aq) = nie reagujÄ…
W powyższym opisie został użyty termin „chlorowiec”, a nie „fluorowiec”, ponieważ fluor wprowadzony do wodnego roztworu halogenku reaguje z wodą, a nie z anionem X-.