1. csoport (ia csoport)
Post on 10-Jan-2016
58 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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
top related