LITOWCE (metale alkaiczne)
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr ns1
-jeden elektron walencyjny
-niska wartość pierwszej energii jonizacji
-pierwiastki o wysokiej elektrododatniości
-niskie potencjały normalne w szeregu napięciowym
-związki litowców – wyłącznie jonowe
-sole litowców – najczęściej bezbarwne i łatwo rozpuszczalne w wodzie
-jony litowców – ulegają silnej hydratacji
Występowanie
Skorupa ziemska
Na – 2,6%, K – 2,4%, Li – 6,5 * 10^-3%, Rb – 2,8 *10^-20%, Cs-3,2*10^-4%
Li: glinokrzemiany LiAl(Si2O6) – spodumen, fosforany
Na: skalenie Na[AlSi3O8]albit
Sól kamienna NaCl, pokłady + woda morska, saletra chilijska NaNO3
K:sylwin KCl
Karnalit: KCl*MgCl2*6H2O
Kainit:KCl*MgSO4*3H2O
Rb,Cs – towarzyszą innym litowcom
Fr: śladowy
Najtrwalszy izotop Fr(Z=87, A=223) T1/2 = 21 minut
Izotopy promieniotwórcze naturalne:
K(Z=19, A=40) T1/2 = 1,3 * 10^9 lat
Rb(Z=97, A=87) T1/2 = 6 * 10^10 lat
Otrzymywanie litowców
1)Metoda redukcji elektrycznej – elektroliza stopionych wodorotlenków lub soli
2)Redukcja chlorków za pomocą metalicznego wapnia (dla Rb, Cs)
3) Rozkład termiczny azydków (np. sodowego NaNH2)
Własności fizyczne i chemiczne
1)Metale o barwie srebrzystobiałej, można je kroić nożem
2)Temperatura topnienia maleje od 180C (Li)
3)Niska temperatura wrzenia (oprócz Li, twrz. <1000C)
4)Niski ciężar właściwy
Li –najlżejszy z pośród wszystkich metali
K,Na – lżejsze od wody
5)W stanie gazowym – w postaci jednoatomowej
6)Aktywne chemicznie (Li,Cs) w powietrzu reaguje
Li->Li2O tlenek
Na->Na2O2 nadtlenek
K,Rb,Cs -> MO2 ponadtlenek
Zastosowanie litowców jako metali
Li
-dodatek do stopów Al, Zn, Mg (zwiększa twardość i wytrzymałość)
-środek odtleniający w metalurgii miedzi
Na
-do wyrobu nadtlenku sodu (środki bielące) w produkcji amoniaku, w produkcji cyjanku sodu
-do redukcji związków organicznych
-w skład stopu ołowiu
- w lampach sodowych
-ciekły-jako ciecz chłodząca w reaktorach jądrowych
K- brak szerszych zastosowań praktycznych – droższy od sodu
CS – fotokomórki cezowe (stop CsAl + Ba)
Surowce i produkty przemysłu sodowego:
-NaCl, sól kamienna, woda morska
-NaOH (elektroliza)
-NaNO2
-mydło
-szkło
-NaCN
-Na2CO3 (metoda Solvaya)
-Na2S2O3
Związki litowcóe
1.WODORKI, MH
-otrzymywanie-w reakcji H2 z metalami w podwyższonej temeparturze
-związki typu soli, budowa jonowa (M+ H-)
-ciała stałe bezbarwne, sieć przestrzenna typu NaCl
-najbardziej trwały – LiH, rozkład w próżni przy około 450C
-reaguje z wodą, wydzielając wodór
2LiH + 2H2O = 2LiH + 2H2
2.HALOGENKI
LiCl, NaCl, KCl, CsCl, RbCl, NaBr, inne
NaCl
-najważniejsza sól sodu
-materiał wyjściowy w produkcji przemysłowej związków sodu
-otrzymywany ze złóż górniczych i wody morskiej (metoda wyparowywania lub wymrażania)
Czysty NaCl poprzez wprowadzenie do nasyconego roztworu soli gazowego HCl -> wzrost stężenia Cl- -> przekroczenie iloczynu rozpuszczalności -> wytrącenie krystalicznego osadu
-NaCl oczyszczony –niehigroskopijny (nie pochłania wody)
- wilgotnienie handlowej sieci NaCl – w wyniku zanieczyszczenia MgCl2
KCl
-otrzymywany z karnalitu, kainitu oraz sylwinu
-sól bezbarwna
-dobrze rozpuszczalna w wodzie
-krystalizuje w postaci sześcianów
3)TLENKI
Li2O
-bezbarwny
-powstający w trakcie spalania metalicznego glinu w powietrzu
Na2O, K2O
-otrzymywanie poprzez redukcję nadtlenku lub ponadtlenku
Na2O2 + 2Na = 2Na2O
4)NADTLENKI
-zawierają anion diamagnetyczny
Na2O2
-jasnożółty, otrzymywany w wyniku spalania metalicznego Na
-silny utleniacz
-z węglem, watą, proszkiem aluminiowym reaguje wybuchowo
-do oczyszczania powietrza (usuwanie CO2 w łodziach podwodnych)
Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + ½ O2
-hydrolizuje
Na2O2 + 2H2O -> 2NaOH + H2O2
5)PONADTLENKI
KO2 żółty
RbO2 ciemnobrunatny
CsO2 pomarańczowy
-produkty spalania metali
-zawierają jon (O2)- (jeden elektron niesparowany, jon paramagnetyczny)
-działają utleniająco
6)WODOROTLENKI
-bezbarwne ciała stałe
-silnie higroskopijne
-łatwo topliwe
- w stanie stopionym reagują ze szkłem i porcelaną, w obecności powietrza z Pt (topienie wodorotlenków w naczyniach srebrnych i żelaznych)
-łatwo rozpuszczalne w wodzie z wydzieleniem ciepła
-całkowita dysocjacja w roztworach wodnych (najsilniejsze zasady)
-rozpuszczalne w alkoholu
Ług sodowy
a)działanie pary wodnej na metaliczny sód
Na + H2O (g) = NaOH + ½ H2
b)w procesie kaustyfikacji
Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2NaOH
-po wypadnięciu CaCO3 w odstojniku NaOH wydzielany przez odpadanie roztworu
c)w procesie elektrolizy NaCl (wodny roztwór)
K:(redukcja) 2H2O -> H2 + 2OH- 2e
A:(utlenianie) 2Cl- 2e -> Cl2
Sumarycznie:
NaCl + H2O = ½ H2 + ½ Cl2 + NaOH
Aby zapobiec reakcji:
NaOH + Cl2 = NaOCl
Stosowane dwie metody
-przeponowa z tzw. przepony porowatej oddzielającej przestrzeń katodową od anodowej
-rtęciowa katoda Hg ->amalgamat (Hg, Na), który przenosi się do zbiornika i rozpuszcza w H2O
NaOH
-biały, krystaliczny, silnie higroskopijny
-stopiony – atakuje krzemionkę
- stosowany w przemyśle do wyrobów mydła, barwników organicznych, celulozy z drewna, w procesie fabrykacji jedwabiu sztucznego
KOH
-otrzymywany metodą elektrolizy KCl
-własności zbliżone do NaCl
-higroskopijny i dobrze rozpuszczalny w wodzie (stały, jak i w roztworze) pochłania CO2 z powietrza i innych gazów tzw. płuczka KOH + CO2 -> KHCO3
K2CO3
-do wyrobu miękkich mydeł
-w syntezach organicznych
-do otrzymywania K2Cr2O7, KMnO4
7)WODOROSIARCZKI (sole kwaśne)
NaHS, KHS, CsHS, LiHS
-powstają w wyniku nasycenia roztworów wodorotlenków gazowym H2S
NaOH + H2S = NaHS + H2O
8)SIARCZKI
-powstają w wyniku reakcji
NaHS + NaOH = Na2S + H2O
Na2SO4 + 4C = Na2S + 4CO
9)WIELOSIARCZKI
-powstają w czasie gotowania roztworów siarczków z siarką
10)SOLE KWASÓW TLENOWYCH
NaNO3 - saletra chilijska
- substancja bezbarwna, dobrze rozpuszczalna w wodzie
-mieszanina NaNO3 + KNO2 + LiNO3
-wypełniacz łaźni wysokotemperaturowych (150C-500C)
-nawóz sztuczny
-surowiec do wyrobu kwasu HNO3
KNO3- saletra indyjska
-otrzymywanie: w tzw. procesie konwersji saletry chilijskiej
NaNO3 + KCl = KNO3 + NaCl
-silne właściwości utleniające
-podczas ogrzewania przechodzi w azotan (III)
2KNO3(temp.) -> 2KNO2 + O2(temp.) -> K2O + N2 + O2
-stosowany do wyrobu czarnego prochu:
(75% KNO3 + 10% S + 15% węgiel drzewny)
WĘGLANY
Obojętne Na2CO3, K2CO3, Rb2CO3
Wodorowęglany NaHCO3, KHCO3, LiHCO3, RbHCO3
-w roztworach wodnych-hydroliza – odczyn alkaiczny
K2CO3 + H2O -><- KOH + KHCO3
KHCO3 + H2O -><- KOH + H2CO3
Na2CO3
-otrzymywany metodą amoniakalną Solvaya
2NH3 + 2CO2 + 2H2O = 2(NH4)HCO3 (1)
2(NH4)HCO3 + 2NaCl = 2NaHCO3 + 2NH4Cl (2)
2NaHCO3(temp.) = Na2CO3 + H2O + CO2 (3) kalcynacja
CO2 zawracamy do reaktora (reakcja 1)
Uzupełnienie strat CO2 z rozkładu wapieni
CaCO3 (temp.) = CaO + CO2 (4)
Wapno poddawane gaszeniu:
CaO + H2O = Ca(OH)2 (5)
Otrzymany Ca(OH)2 do odzysku amoniaku z chlorku amonu (NH4Cl) powstałego w reakcji (2)
2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3 + 2H2O
SIARCZANY (VI)
Na2SO4 - sól glauberska
-produkt uboczny w procesie otrzymywania kwasu solnego z soli kamiennej i kwasu siarkowego (VI)
-dobrze rozpuszczalna w wodzie
-z wody wydzielana w postaci dekahydratu Na2SO4*10H2O
K2SO4
-krystalizuje w postaci soli bezwodnej
-nawóz potasowy
Na2SO4, K2SO4
-przemysł szklarski
WODOROSIARCZANY (VI)
NaHSO4, KHSO4
-pod wpływem ogrzewania przechodzą w pirosiarczany
2 KHSO4 (temp.) -> K2S2O7 + H2O (temp.) -> K2SO4 + SO3
Uwaga!
Pirosiarczany sodu i potasu przeprowadzają w temperaturze kilkuset stopni Celsjusza trudno rozpuszczalne tlenki niektórych metali ciężkich np. Cr2O3, TiO2, tlenki lantanowców w łatwo rozpuszczalne siarczany.
3K2S2O7 + Cr2O3 = 3K2SO4 + Cr2(SO4)3