1. CSOPORT(IA CSOPORT)

Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola

CSÓKA

Készítette: Varga István

1

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

EN Ei Top Tfp

cs ö

k k

e n

cs ö

k k

e n

cs ö

k k

e n

cs ö

k k

e n

A f

ém

es

jelle

m

erő

söd

ik

A vegyértékelektro

nok általános elektronszerkezet

e

ns1

2

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

nemfém

alkálifémek

3

Fontosabb adatok Li Na K Rb Cs Fr  Elektronegativitás Pauling szerint

0,98 0,96 0,82 0,82 0,79 0,77

 

Ei (I.) [kJ/mol] 520 502 420 400 380 380  Olvadásponti hőmérséklet [°C]

180,5

97,8 63,5 38,9 28,7 27 

Forrásponti hőmérséklet [°C]

1330 892 760 688 670 677 

Sűrűség [g/cm3] 0,534

1,0066

0,863

1,532

1,886

1,87

 

Lángfestés piros sárga lila vörös

kék - 

A bázisok erőssége a nyíl irányában növekszik

AZ ALKÁLIFÉMEK FONTOSABB ADATAI

4

5

A NÁTRIUM(natrium, sodium, natrijum, натрий)

Na0,9 Elektronegativitás

11Rendszám

22,9897

502 kJ/mol Első ionizációs energia

Relatív atomtömeg

Az atom felépítése p+ = 11

e- = 11

n0 = 12

Elektronkonfiguráció: 1s22s22p63s1

vegyértékszint

A 6. leggyakrabban előforduló elem, de az alkálifémek közül a nátrium a legelterjedtebb a

természetben.

6

Sir Humphry Davy(1778 – 1829)

A nátriumot Davy angol kémikus fedezte fel 1807-ben

miközben NaOH-ot elektrolizált.

halit (kősó) NaCl chilei salétrom NaNO3 szóda Na2CO3 glaubersó Na2SO4 kriolit Na3[AlF6] nátriumföldpát

Na[AlSi3O6]

Fontosabb ásványai:

7

A nátrium ezüstfehér színű, erős fémfényű, puha (késsel vágható)

paramágneses fém. Elektromos és hővezető képessége a rézének kb. 40%-a. Levegőn gyorsan

oxidálódik, ezért levegőtől elzárva tárolják.

Kisebb mennyiségű nátriumot általában petróleumban célszerű tárolni.

A paramágnesesség párosítatlan elektronokat tartalmazó atomokban és molekulákban fordul elő, amelyek betöltetlen elektronhéjakkal rendelkező ionokat tartalmaznak.

 

8

A nátrium izotópjai

13 izotópja ismert. Ezek közül csak a 23-as tömegszámú stabil (a többi izotóp radioaktív). A két legjelentősebb radioaktív izotópja:

 22Na, felezési ideje 2,602 év, és a24Na, felezési ideje 15 óra.

9

Emissziós színképe a látható tartományban

10

Ipari előállításaNaCl vagy 40%-NaCl és 60% CaCl2

összetételű keverék megolvasztásával nyert olvadék

elektrolízisével állítják elő. A tiszta NaCl 1100°C-on, míg az említett keverék

600°C-on olvad, ezért a keverékből való előállítás gazdaságosabb.

11

1100( ) ( ) ( )

oolvasztás Cs l lNaCl Na Cl

katód (-) ( ) ( )2 2 2l lNa e Na

anód (+) ( ) 2( )2 2l gCl Cl e

12

Az elektrolízist tűzálló téglával bélelt medencében végzik. Az olvadékba két elektród merül úgy, hogy a grafitból készült anódot (+) gyűrű alakú vaskatód (-) veszi körül. A katódon leváló olvadt nátrium fölfelé áramlik és elvezetődik a medencéből. A klórgáz az anód fölött

elhelyezett kürtőben gyűlik össze, és onnan vezetődik el.

Élettani jelentősége

13

Az élő szervezetek számára nélkülözhetetlen. A felnőtt ember szervezetében mintegy 83-97

g nátrium található. Ennek 60-65%-a test víztereiben, 35-40%-a kötött formában, a

csontokban, a kötőszövetekben. A káliummal szorosan összefüggve, fontos

szerepe van a nátrium pumpának: a sejt negatív töltésű ionjai vonzzák a sejten kívül található pozitív nátrium ionokat, amelyek a sejtfalon

áthaladnak, így semlegesíteni tudják a távozott kálium ionok hatását.

Felhasználása

14

Redukálószerként más fémek előállításakor. Például:

 

TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl  Repülőgépmotorok és nagy teljesítményű

atomreaktorok hűtőközege (cseppfolyós állapotban).

Nátriumlámpákban (nagyon jó fényhasznosulás, de a színe miatt csak korlátozottan használható: pl. az erős narancssárga fényű utcai lámpákban).

Szerves vegyületek víztelenítésére. Festék-, lakk- és műkaucsuk-gyártás során.

Kémiai tulajdonságai

15

Alacsony a standardpotenciálja, ezért jó redukálószer.

Levegőben elégetve dinátrium-peroxid keletkezik.

2Na + O2 → Na2O2

Vízzel heves, exoterm reakció közben nátrium-hidroxid és H2-gáz fejlődik:

 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

16

Híg savakkal reagálva H2-gázt fejleszt a következő reakció szerint:

 2Na + 2HCl → H2 + 2NaCl

A halogén elemekkel szintén hevesen reagál, miközben megfelelő nátrium-halogenid keletkezik. Klórral a reakcióban fehér NaCl keletkezik a következő reakció szerint:

 2Na + Cl2 → 2NaCl

A nátrium és vegyületei a lángot sárgára festik.

17

Fontosabb vegyületei

18

Vegyületeiben a nátrium oxidációs száma +1.

Nátrium-klorid (konyhasó, kősó) – NaCl: Színtelen, szagtalan, kristályos (ionrácsos), magas

olvadáspontú, nem nedvszívó vegyület. Szilárd állapotban lapközepes kockarácsot alkot. Az

ionrácsot pozitív nátrium (Na+) és negatív klorid (Cl−) ionok alkotják. Az ionokat erős elektrosztatikus vonzóerő - az ionkötés - tartja össze. Minden

pozitíviont, hat negatívion, és minden negatíviont hat pozitívion vesz körül .

19

Na+-ionok

Cl--ionok

Kősókristály

Olvadáspont: 801°CForráspont: 1465 °CSűrűség: 2,16 g/cm3Konyhasó

Nátrium-karbonát (szóda, kalcinált szóda, sziksó) – Na2CO3:

A természetben is előforduló nátriumvegyület. Vízmentes állapotban fehér porszerű vegyület

(kalcinált szóda), amely vízben hőfejlódés közben oldódik. Vizes oldata bázisos kémhatású

a karbonátion hidrolízise miatt.

20

21

Olvadáspont: 854°CForráspont: 1600 °CSűrűség: 2,53 g/cm3

Ipari előállítása

Solvay-féle (ammóniás) eljárással történik konyhasóból, ammóniából és szén-dioxidból úgy, hogy a telített NaCl-oldatba először ammóniát, majd CO2-gázt vezetnek. NH4HCO3 kelet-kezik, ami a konyhasóval reagálva NaHCO3-ot és NH4Cl-ot ad.

A NaHCO3 az oldat hűtésekor kikristályosodik, míg az NH4Cl oldatban marad.

22

23

A kristályos NaHCO3-ot szűréssel elválasztják az oldattól, majd 180°C-on hevítve (kalcinálás) szódává alakítják. A hevítés során felszabaduló szén-dioxidot visszavezetik a folyamatba.

Az NH4Cl-ot tartalmazó oldatból Ca(OH)2-oldat segítségével felszabadítják, regenerálják az ammóniát és visszavezetik a folyamatba.

24

25

NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3(s) + NH4Cl(aq)

 2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2 + 2H2O 2NH4Cl(aq) + Ca(OH)2 → CaCl2 +2NH3 + 2H2OFelhasználása:

üveg-, szappan-, mosószer-, papír- és festékgyártásnál, a textiliparban, bőrcserzésre, vízlágyításra, stb.

Nátrium-hidroxid (marónátron, zsírszóda, kőszóda) – NaOH: Fehér színű, kristályos, higroszkópos

vegyület. Levegőn tartva először elfolyósodik, majd a levegő szén-dioxidjával egyesülve nátrium-karbonáttá alakul.

26

Vízben hőfejlődés közben feloldódik. A kapott oldat erős bázis, maró és

mérgező hatású.

27

2 ( )

( ) ( ) ( )lH O

s aq aqNaOH Na OH

Ipari előállítása

NaCl-oldat elektrolízisével történik.

2 2 22 2 2elektrolízisNaCl H O NaOH H Cl

A katód- és az anódteret el kell választani egymástól, hogy a katódon képződött hidroxidionok ne reagálhassanak az anódon képződött klórral valamint, hogy a hidrogén és a klór ne képezzenek klórdurranógáz-keveréket.

A katód- és anódtér elkülönítésének módja alapján kétféle eljárást különböztetünk meg: - a diafragmás- és

- higanykatódos eljárást.

28

29

A higanykatódos eljárás során a katódot és az anódot két külön cellában helyezik el. Az egyik cellában képződött nátrium, amalgám formájában a másik cellába is átkerül. Itt a higany anódként működik és az amalgám: Hg, NaOH és H2-termékekre bomlik.

A diafragmás eljárásnál a katód- és anódteret azbesztszövetes diafragmával különítik el. Az anódon klórgáz fejlődik, a katódon pedig az azbeszten átszivárgó elektrolitból hidrogéngáz keletkezik. Itt az oldatban levő nátriumionok a szaporodó hidroxidionokkal NaOH-ot adnak, melyet folyamatosan elvezetnek.

Felhasználása: timföldgyártás, szappangyártás, cellulóz-, műselyem- és

papírgyártás, tisztítószerek gyártása,

kőolajtermékek tisztítása. Híg vizes oldatát fertőtlenítésre

is fel lehet használni.

30

Nátrium-szulfát (glaubersó) – Na2SO4:

A természetben is előforduló színtelen, kristályos vegyület. +32°C alatt dekahidrát formájában, míg +32°C fölött vízmentes állapotban kristályosodik.

31

Iparilag kősóból állítják elő magnézium-szulfát segítségével.

2NaCl + MgSO4 → Na2SO4 + MgCl2

Felhasználása:

Nagy mennyiségben használja az üveg-, papír- és textilipar.

32

Nátrium-nitrát (chilei salétrom) – NaNO3:

Színtelen, vízben jól oldódó kristályos vegyület, amely a természetben is megtalálható.

33

Ipari előállítása szódából és salétromsavból történik a következő reakció szerint:

 

Na2CO3 + 2HNO3 → 2NaNO3 + H2O + CO2

Elsősorban nitrogéntartalmú műtrágya gyártására használják, de egyes robbanóanyagok gyártásánál

is fontos nyersanyag.

34

35

A KÁLIUM(kallium, potassium, kalijum,

калий)

36

K 0,82 Elektronegativitás

19Rendszám

39,0983

420 kJ/mol Első ionizációs energia

Relatív atomtömeg

Az atom felépítése p+ = 19

e- = 19

n0 = 20

Elektronkonfiguráció: 1s22s22p63s23p64s1

vegyértékszint

A 7. leggyakrabban előforduló elem.

Humphry Davy állított elő 1807-ben, KOH- olvadék elektrolízisével.

Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai) alakjában fordul elő, mint amilyenek a: káliumföldpát K[AlSi3O8]

muszkovit KAl2[AlSi3O10](OH,F)2

szilvin KCl karnalit KMgCl3·6H2O

glaserit K3Na(SO4)2

37

A kálium ezüstfehér színű (a nátriumnál kissé sötétebb), erős fémfényű, puha (késsel vágható) paramágneses, jó elektromos- és

hővezető fém. Levegőn gyorsan oxidálódik, ezért

levegőtől elzárva tárolják. Kisebb mennyiségű káliumot

általában petróleumban célszerű tárolni.

  38

A kálium izotópjai

A káliumnak 24 ismert izotópja van. Ebből három fordul elő a természetben:

 39K - 93,3%-ban,40K - 0,0117%-ban (radioaktív felezési ideje 1,25·109 év) és 41K - 6,7%-ban.

39

Emissziós színképe a látható tartományban

40

Ipari előállításaKOH-olvadék elektrolízisével.KCl redukálásával magas hőmérsékleten kb. 870°C-on elemi nátrium segítségével a következő reakció szerint:

KCl + Na → K + NaCl

KF-ból kalcium-karbiddal 1000-1100°C-on:

2KF + CaC2 → CaF2 + 2K + 2C

41

Élettani jelentősége

42

Az élő szervezetek számára nélkülözhetetlen. A szervezetben az ingerület-átvitelben van elengedhetetlen szerepe a nátriummal együtt. Ezen kívül fontos még az izomműködéshez, a

sejtek energiaellátásában és a sav-bázis egyensúly fenntartásában.

Az emberi szervezetben körülbelül 150 gramm kálium található. Hiánya ritkán alakul ki (például

hányás, hasmenés esetén), akkor izomgyengeség, szívműködési problémák léphetnek fel és a vesék is károsodhatnak.

Felhasználása

43

A 42-es tömegszámú K-izotópot az orvosi diagnosztikában

Egyes szerves vegyületek szintézisénél

KO2 előállítására Más káliumvegyületek előállítására.

Kémiai tulajdonságai

44

Reakcióképesebb a nátriumnál. Oxigénnel közvetlenül KO2 (kálium-szuperoxidot) képez a következő reakció szerint:

K + O2 → KO2

Vízzel heves, exoterm reakció közben kálium-hidroxid és H2-gáz fejlődik:

 2K + 2H2O → 2KOH + H2

45

Peroxid és oxid a következő reakciók szerint keletkezik:

 2K + 2O2 → K2O4

 

K2O4 + 6K → 4K2O 

A halogén elemekkel szintén hevesen reagál, miközben megfelelő kálium-halogenid keletkezik. Klórral a reakcióban fehér KCl keletkezik a következő reakció szerint:

 2K + Cl2 → 2KCl

A hidrogénnel, mint más alacsony standardpotenciálú fémek, kálium-hidridet (KH) képez.

2K + H2 → 2KH

Savakkal nagyon heves exoterm reakcióban megfelelő sók keletkeznek és hidrogéngáz szabadul fel. Például, sósavval:

2K + 2HCl → 2KCl + H2

46

A kálium és vegyületei a lángot fakóibolya színűre festik.

47

Fontosabb vegyületei

48

Vegyületeiben a kálium oxidációs száma +1.

Kálium-klorid (szilvin) – KCl: Fehér, kristályos vegyület. Gazdasági szempontból ez a legfontosabb

káliumsó. Nagy mennyiségű KCl-ot használnak káliumműtrágyaként, mert a kálium a növények

növekedési ütemét nagyban befolyásolja. Előállítása karnalitból történik (KCl·MgCl2·6H2O)

frakcionált kristályosítással.

49

K+      Cl− Olvadáspont: 776°CForráspont: 1500 °CSűrűség: 1,98 g/cm3

Kálium-karbonát (hamuzsír) – K2CO3: Fehér, porszerű, higroszkópos anyag. Vízben jól oldódik. Vizes oldata bázisos kémhatású. Ipari előállítása KOH-ból történik CO2 segítségével.

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

Kenőszappanok és káliumüveg előállításánál használják.

50

51

Olvadáspont: 891°CForráspont: elbomlikSűrűség: 2,29 g/cm3

Kálium-nitrát (salétrom) – KNO3: Fehér, kristályos vegyület, amely 350°C-ig hőálló. E hőmérséklet fölött kálium-nitritté alakul. Nem higroszkópos.

Előállítása chilei salétromból történik KCl segítségével, a következő reakció szerint:

 NaNO3 +KCl → KNO3 + NaCl

 Lőporgyártásra valamint

műtrágyaként használják.52

53

Olvadáspont: 334°CForráspont: 400°C-on elbomlikSűrűség: 2,11 g/cm3

Kálium-szulfát (arkanit) – K2SO4: Színtelen, rombos kristályosszerkezetű anyag, amely nem higroszkópos. Vízben csak kis mértékben oldódik.

Szinte kizárólag műtrágyaként használják.

54

Kálium-hidroxid (marókáli, kálilúg) – KOH: Fehér, higroszkópos vegyület. Vízben hőfejlődés közben jól oldódik. Vizes oldata erősebb bázis, mint a nátrium-hidroxid. Előállítása KCl vizes oldatának elektrolízisével történik.

Mosószerek, vízlágyítók és kenőszappanok készítésére, valamint CO2 abszorbeálására használják.

55

56

Olvadáspont: 406°CForráspont: 1379°CSűrűség: 2,04 g/cm3

Kálium-szuperoxid (KO2): Narancssárga kristályos anyag. Szén-dioxid hatására nagy mennyiségű oxigén szabadul fel belőle, ezért tengeralattjárókban, űrhajókban oxigénforrásként szolgál:

4KO2 + 2CO2 → 2K2CO3 + 3O2

57

A CSOPORT TÖBBI ELEME

58

LÍTIUMAz elemek gyakorisági sorában a 27. helyen áll. A természetben csak vegyületei formájában fordul elő. Előállítása LiCl-olvadék elektrolízisével történik.

Fontosabb vegyületei LiCl: Szárítószerként használják, mivel

nagyon higroszkópos vegyület. LiH: Rakéta-üzemanyagok

alkotórésze. LiAlH4: Erős redukálószerként

használatos egyes szerves vegyületek szintézisénél.

59

RUBÍDIUM Az elemek gyakorisági sorában a 21. helyen áll. A természetben csak vegyületei formájában fordul elő. Fontosabb vegyületei: RbCl, Rb2CO3 és a RbOH.

60

CÉZIUM

FRANCIUM

Az elemek gyakorisági sorában a 21. helyen áll. A természetben csak vegyületei formájában fordul elő. Fontosabb vegyületei a: RbCl, Rb2CO3 és a RbOH.

Egyike a legritkábban előforduló elemeknek. Az egész földkéregben kb. 50 g-nyi francium van. Uránásványokban fordul elő, mint az urán bomlási terméke.

61

Li Cs