Periodičnost svojstava elemenata; vodik i alkalijski metali - Auxilia
Periodičnost svojstava elemenata; vodik i alkalijski metali - Auxilia
Periodičnost svojstava elemenata; vodik i alkalijski metali - Auxilia
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
3. RMRED - 12. predavanje -<br />
PERIODICNOST KEMIJSKIH SVOJSTAVA<br />
- po najstarijoj podjeli elementi se, na temelju njihovih fizikalnih <strong>svojstava</strong>, dijele na<br />
metale inemetale<br />
- na lijevoj strani PSE su <strong>metali</strong>, dok su na desnoj ne<strong>metali</strong>:> to znadi da su s<br />
porastom broja valentnih elektrona duZ periode sve manje izraaena metalna svojstva a<br />
sve vi5e nemetalna<br />
- naiizrazitiji <strong>metali</strong> (1. | 2. skupina) i najzrazitrji ne<strong>metali</strong> (17. skupina) su i<br />
najreaktivniji elementi pa ih u prirodi ne nalazimo u elementarnom stanju<br />
- izraziti se <strong>metali</strong> zbog male energije ionizacije tako oksidiraju i zato su najjaci<br />
reducensi, dok se ne<strong>metali</strong> zbog vetikog elektronskog afiniteta lako reduciraju pa su jaki<br />
oksidansi !!!<br />
- buducida <strong>metali</strong> i ne<strong>metali</strong> reagiraju s <strong>vodik</strong>om, kisikom i klorom, na primjeru nekih<br />
od tih spojeva mozemo objasniti periodicnost kemijskih <strong>svojstava</strong>:<br />
1) spojevi s- i p-bloka s <strong>vodik</strong>om<br />
- <strong>alkalijski</strong> izemno<strong>alkalijski</strong> <strong>metali</strong> (osim Li, Be i Mg) tvore s <strong>vodik</strong>om ionske spojeve<br />
HIDRIDE u kojima <strong>vodik</strong> ima oksidacijski broj _ I<br />
- za niih je znakovit hidridni ion H- (ili tocnije ['u] I kojije u vodenoj otopini proton<br />
akceptor (baza):<br />
Na*Hi.1 + HrOn, -> Hz(s) + OHi"qt * Nrlor :> tvore lu1natu otopinu<br />
- neki <strong>metali</strong>, kao Be, Mg iAl daju s <strong>vodik</strong>om KOVALENTNE polimerne molekule<br />
- bor, kao ielementi 14., 1s., 16.i 17. skupine, s <strong>vodik</strong>om stvaraju kovalentne<br />
molekule<br />
- najpoznatiji i industrijski najvaZniji su spojevi nemetala s <strong>vodik</strong>om<br />
- s obzirom na proton-donorsko, odnosno proton-akceptorsko pona5anje, takvi<br />
spojevi mogu biti kiseli, bazidni, amfoterni ili neutralni, npr.:<br />
J<br />
ul<br />
U)<br />
Y<br />
HCI(g) + Hzo -"--+<br />
,3 /----\<br />
}it..<br />
@ ,'l\<br />
HHH<br />
/<br />
--------1<br />
a.<br />
+<br />
t..<br />
H-C|i + 'o. ?-<br />
" r/\<br />
HH<br />
proton-donor<br />
NHr(g) + HzO<br />
proton-akceptor<br />
H..<br />
o: --*<br />
H/<br />
-F--+<br />
A<br />
H:O+(aq) + Ct-(aq)<br />
i+<br />
ol<br />
,/t\ |<br />
HH Hl<br />
NHi(aq)<br />
H<br />
I<br />
N<br />
n-l-H<br />
H<br />
+<br />
+<br />
I .. I -<br />
liCttl<br />
( .. I<br />
+ OH-(aa)<br />
a i-<br />
+ lio-Hl<br />
1.. t
2<br />
CI<br />
LU<br />
F<br />
o<br />
LL<br />
z<br />
JH<br />
q.<br />
(Yl<br />
HzO Hzo<br />
HH<br />
.'i.<br />
u+<br />
/'---\<br />
proton-donor<br />
i<br />
proton-akceptor<br />
H\<br />
H/<br />
(<br />
--;--> u.nt<br />
<br />
rrr ./t\ ,/ \<br />
2 H I'H<br />
HHH<br />
2) spojevi <strong>elemenata</strong> s- i p-bloka s kisikom<br />
- svielementi, osim plemenitih plinova, grade okside razliditih struktura i <strong>svojstava</strong> :><br />
u oksidima je oksidacijski broj kisika - ll<br />
- prema vrsti kemUske veze okside dijelimo na ionske i kovalentne, a prema<br />
svojstvima mogu biti: bazidni, kiseli, amfoterni ineutralni<br />
- na lijevoj strani PSE elementi s kisikom tvore bazi6ne okside, na desnoj kisele, a u<br />
sredini amfoterne; primjeri:<br />
oH-<br />
t#<br />
| | .. I<br />
_o.-l+l!o-Hj<br />
/l\ t"<br />
i<br />
HHHI J<br />
CHq HzO =- nema reakcije<br />
Oksid Na2O Mgo Al2o3 si02 PoO,o Sor cl2o/<br />
Vrsta veze aonska koval /ionska kovalentna<br />
Vrsta<br />
oksida<br />
Reakcija<br />
s HCI<br />
Reakcila<br />
s NaOll<br />
baziian amfoteran kiseli<br />
NaCl MgC12 Atct.l<br />
Na[Al(OH).] Na.SiO3 Na3PO. NarSO. NaClO,<br />
raste bazienost raste kiselost<br />
- unutar pojedine skupine <strong>elemenata</strong> s- i p-bloka bazidna priroda oksida iiji elementi<br />
imaju isti oksidacijski broj, raste s povecanjem njihovog atomskog broja, npr.:<br />
BeO (amfoteran) MgO (slabije bazidan) CaO (baziian) SrO (viSe bazi6an) BaO<br />
(ako bazican)<br />
- neutralni oksidi su oni oksidi koji ne reagiraju ni s vodom, ni s kiselinama, ni s<br />
luZinama (npr. NO, CO, N2O)<br />
3) spojevi s- i p-bloka s klorom<br />
- spojevi metala inemetala s halogenim elementom klorom su KLORIDI :><br />
oksidacijski broj klora je u tim spojevima uvijek - |<br />
- kloridi <strong>elemenata</strong> s-bloka su ionski spojevi (osim Be),a kloridi <strong>elemenata</strong> p-bloka su<br />
kovalentni spojevi<br />
- na primjeru klorida <strong>elemenata</strong> 3. periode razmatramo kako vrsta veze utjede na<br />
njihova svojstva:
Vrsta veze<br />
Reakcija s<br />
vooom<br />
Disociraju u vodi<br />
Otopina je neutralna<br />
Na.(aq)<br />
Mg'.(aq)<br />
Cl-(aq)<br />
Al(oH)l<br />
H'(aq)<br />
PCl3<br />
ionska/koval. kovalentna<br />
Reagiraju s vodom idaju kisele otopine<br />
I cr-(aq)<br />
|<br />
- izprikazanih podataka se mole oditati da ionski kloridi u vodi disociraju, a<br />
kovalentni hidroliziraju (HIDROLIZA:> reakcija iona ili molekula neke tvari s<br />
molekulama vode)<br />
VODIK<br />
- on nema odreden poloZaj u PSE, on je sam za sebe :> z?to se svojim svojstvima<br />
razlikuje od ostalih <strong>elemenata</strong> (pa ne pripada ni prvoj ni sedamnaestoj skupini)<br />
- iako ima 1 valentni elektron kao i <strong>alkalijski</strong> <strong>metali</strong>, od njih se razlikuje mnogo ve6om<br />
energijom ionizacije i elektronegativnosti<br />
- time Sto mu nedostaje 1 elektron do stabilne elektronske konfiguracije, mogao bi se<br />
smatrati halogenim elementom ali ima od njih manju elektronegativnost iafinitet prema<br />
elektronu<br />
- zato ga proudavamo zasebno<br />
- otkri6e <strong>vodik</strong>a - Cavendish (dokazao da se reakcijom <strong>vodik</strong>a i kisika dobiva voda,<br />
pa ga zato Lavoisier zove "hidrogen" : "onaj koji stvara vodu")<br />
Ras prostranjenost vod i ka<br />
- on je najrasprostranjeniji element u Svemiru (Eini75% mase Svemira)<br />
- na Zemlji ima malo slobodnog <strong>vodik</strong>a (Hr) alije najzastupljeniji element u mnogim<br />
spojevima (gotovo 2/3 povr5ine Zemlje je pokriveno vodom, takoder je i sastavni dio svih<br />
organskih spojeva u prirodi)<br />
- brojevni udio atoma <strong>vodik</strong>a u ljudskom tijelu je najveci i iznosioko 63%<br />
lzotopi <strong>vodik</strong>a<br />
- poznata su 3 izotopa <strong>vodik</strong>a:<br />
procij<br />
]H teSki<strong>vodik</strong> ili deuterij f H tricij f H<br />
- atomi procija su jedina vrsta atoma koja u jezgri nema neutrone, ve6 samo 1 proton<br />
- jezgra deuterija se sastoji od 1 protona i 1 neutrona<br />
- prisustvo joS jednog neutrona u jezgri atoma tricija uzrok je nestabilnosti njegove<br />
jezgre i podloZnosti radioaktivnom raspadanju :> on je osnovni materijal zaizradu<br />
hidrogenske bombe<br />
- voda sastavljena od deuterija i kisika je feSXn VODA:> najvi5e se koristi kao<br />
usporivad neutrona u nuklearnim reaktorima, kao iza hladenje samih reaktora<br />
Neka fizikalna i kemijska svojstva <strong>vodik</strong>a<br />
- <strong>vodik</strong> se kao elementarna tvar pri sobnoj temperaturi nalazi u obliku dvoatomnih<br />
molekula, H,<br />
- to je neotrovan plin, bez boje, okusa i mirisa<br />
- slabo je topljiv u vodi, a dobro topiv u nekim <strong>metali</strong>ma<br />
sio,<br />
H'(aq)<br />
Cl-(aq)<br />
H3PO3<br />
H'(aq)<br />
H2SO3<br />
H'(aq)<br />
Cl-(aq)<br />
s(s)
- <strong>vodik</strong> je najlak5i plin :> zato se baloni puni <strong>vodik</strong>a diZu u zrak,a moguce ga je<br />
sakupljati i u epruveti okrenutoj otvorom prema dolje<br />
- hladenjem pri -253oC se kondenzira u bezbojnu tekucinu, a pri -259oC prelazi u<br />
cvrsto stanje u kojem ima heksagonsku kristalnu strukturu<br />
:> laboratorijsko dobivanje <strong>vodik</strong>a ijo5 neka njegova svojstva:<br />
1) REDUKCIJOM lZ VODE ili iz KISELINE<br />
- za razvlanje plinova najpogodnijije Kippov aparat (pomocu njega se lako reakcija<br />
moZe prekinuti itime se mogu proizvesti samo potrebne kolicine <strong>vodik</strong>a):<br />
Zn + 2HCl -> ZnCl, + H,<br />
- opienito se nastajanje <strong>vodik</strong>a redukcijom <strong>vodik</strong>ovih iona iz kiseline pomodu cinka<br />
pojed nostavljeno ovako prikazuje:<br />
i-oksidacija-i<br />
r-"or_\.'f1-l<br />
2n,,, + 2d[0, -, zn?Jq)+ Azrsr<br />
- i drugi <strong>metali</strong> negativnog redukcijskog potencijala istiskuju <strong>vodik</strong> iz razrijedene<br />
sumporne i klorovodi1ne kiseline<br />
2) ELEKTROLIZOM NATRIJEVE LUZINE (nastaju <strong>vodik</strong> ikisik u omjeru 2:1)<br />
K(-): 2HrO +2e- ->Hr+2OH- l*2<br />
A(+): 2HrO -> 02 + 4H* + 4e-<br />
4H2O + 4e- -> 2H, + 4OH'<br />
2H2O -> 02 + 4H* + 4e'<br />
2H2O -><br />
0 2{z u svitTt spojevima s <strong>metali</strong>ma <strong>vodik</strong> ima oksidacijski broj<br />
-l a u spojevima s ne<strong>metali</strong>ma +l<br />
- pri sobnoj temperaturi i bez katalizatora <strong>vodik</strong> je slabo reaktivan :> razlog je jaka<br />
jednostruka kovalentna veza kojom se veZu atomi <strong>vodik</strong>a (H - H) :> ta je veza najjada<br />
od svih jednostrukih kovalentnih veza izmedu 2 istovrsna atoma (za njeno kidanje<br />
potrebno je utroSiti energiju od 436 kJmol-1)<br />
tt
- pri sobnoj temperaturi atomni <strong>vodik</strong> (H) je mnogo reaktivniji od molekulskog <strong>vodik</strong>a<br />
(Hz)<br />
3) lz RAZRIJEDENTH KISEL|NA (HCt i H2SO4) | VODENIH OTOPTNA NEKIH SOL!<br />
(NaCl i K2SO4)<br />
:> industrijsko dobivanje <strong>vodik</strong>a<br />
- danas se kao izvori<strong>vodik</strong>a koriste voda i ugljikovodici iz zemnih ili rafinerijskih<br />
plinova<br />
1) lZ VODE se dobiva naj6e56e REDUKCIJOM POMOCU KOKSA ili<br />
ELEKTROLIZOM - to je postupak od nekoliko koraka:<br />
a) u reakciji uZarena koksa ivodene pare pri 1500 do 1600oC nastaje sm7'esa <strong>vodik</strong>a<br />
i CO, poznata kao "vodeni plin":<br />
HzOrsl + C1r1 -> Hzts) + CO,n,<br />
b) CO se iz vodenog plina uklanja reakcijom s vodenom parom u prisustvu<br />
katalizatora (FerO, + CrrOr) pri 450oC:<br />
COtnl + HrO,n, -> Hz(s) + COr,n,<br />
c) nastali ugljikov (lV) oksid se uklanja iz smjese apsorpcijom u luZini ili ispiranjem<br />
vodom pod tlakom<br />
2) NEPOTPUNIM SPALJIVANJEM UGLJIKOVODIKA, npr. butana ili metana:<br />
CoH,o + 20, -> 4CO + 5H,<br />
CH+tsl + HrO,n, -> 3Hz
3. Jedan od nadina dobivanja <strong>vodik</strong>a je reakcija vodene pare s uZarenim ugljikom.<br />
Produkt reakcije je vodeni plin:<br />
HtOtsl + C(r) -> Hz(s) + CO,n,<br />
Kolikije volumen vodene pare, pritemperaturi od 184oC itlaku od 1,53 bar, potrebno<br />
za proizvodnju 100 dm3 vodenog plina pri temperaturi od 820oC i flaku od j.02 bar?<br />
4. Reakciju joda i <strong>vodik</strong>a prikazuje jednadZba:<br />
Hrtsi + lr(s) -t 2Hl(s)<br />
a) napi5i izrazza konstantu ravnoteZe, Ko;<br />
b) pri nekoj temperaturi ravnoteZni parcijalnitlakovi plinova u plinskoj smjesi su: 0,25<br />
bara <strong>vodik</strong>a; 0,16 bara joda; 0,40 bara jodo<strong>vodik</strong>a. lz navedenih podataka izradunaj Ko;<br />
c) u drugom pokusu pri istoj temperaturi pomije5ani su jod ijodo<strong>vodik</strong>,a njihovi<br />
parcijalni tlakovi su 0,3 bara. Kolikije parcijalni tlak <strong>vodik</strong>a, joda ijodo<strong>vodik</strong>a u ravnoteZi?<br />
ELEMENTI<br />
S-BLOKA<br />
t) ALKALTJSKT METALI<br />
- tu spadaju elementi l. skupine: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr<br />
- elektronska konfiguraciia valentne ljuske izoliranih atoma je ns1 (gdje n ima<br />
vrijednost od 2 do 7)<br />
- metalna veza medu atomima <strong>alkalijski</strong>h metala slaba je jer u vezi sudjeluje samo<br />
po jedan elektron od svakog atoma<br />
:> iakost metalne veze smaniuie se u skupinipovecanjem atomskog broja jer je<br />
valentni elektron sve dalje od jezgre<br />
- obzirom na fizikalna i kemijska svojstva <strong>alkalijski</strong> <strong>metali</strong>6ine skupinu medusobno<br />
najslidnijih <strong>elemenata</strong>, pa je dovoljno upoznati svojstva jednog elementa u skupini da se<br />
zakljude svojstva ostalih <strong>elemenata</strong> (prouciti cemo natrij)<br />
Natrij - svojstva<br />
- on je jedan od najrasprostranjenijih <strong>elemenata</strong> u prirodi<br />
- elektronska konfiguracija mu je: 1s2 2s2 2p6 3s1<br />
- elementarni natrij ne izgleda kao <strong>metali</strong> na koje smo navikli (kao Fe, A1...)<br />
- zbog male tvrdoce, lako se re2e noZem :> n? svjeZem prerezu srebrnasti sjaj brzo<br />
nestaje jer reakcijom s kisikom, ugljikovim (lV) oksidom i vodenom parom nastaje<br />
natrijev hidrogenkarbonat (NaHCO.):<br />
4Na1sy * Or(nl + 4COr,n, + 2HrO,n, -> 4NaHCO.,r,<br />
- zbog nepostojanosti na zarku duva se u petroleju, a zbog velike reaktivnosti u<br />
prirodi ga nema u elementarnom stanju vec samo u spojevima (najvise ga ima u:<br />
alumosifikatima, kamenoi soli - NaCl, iitskoj salitri- NaNO., kriolitu - NarAlFu, boraksu -<br />
NarBoO, * 10HrO idrugdje)<br />
- gorenje natrija - taliSte mu je nisko pa se brzo rastali i poprimi oblik kuglice (na<br />
povr5ini te kuglice se formira sloj natrijeva oksida, NarO, a unutar te opne se nalazi<br />
rastaljeni natrij kojeg dalje zagrijavamo jer se tek oko 8O0oC zapali). lzgaranjem natrija<br />
nastaje uglavnom natrijev peroksid, NarO, kojije svijetloZute boje a po obliku slidan<br />
koraljima. 2Na1sy * or(sr -> Naror,sy :> frdstdjanje peroksida, a ne oksida objasnjava se<br />
e
time Sto se procesom ne razvija dovoljno topline kojom bi se mogla raskinuti veza u<br />
molekuli kisika, pa je kristalna re5etka dobivenog produkta izgradena od natrijevih i<br />
peroksidnih iona (O!-)<br />
- dodatkom vode nastaje burna, egzotermna reakcija pri kojoj nastaje kisik:<br />
2NarOr,., +2HrO,., -> 4Naiuo, * Or(nt + 4OHirql :> reakcUu dokazuiemo tiniaiu1om<br />
trijeicicom (kisik podrZava gorenje!). Ako stavimo par kapi fenolftaleina, boja mu se<br />
promijeni u crvenoljubicastu Sto dokazuje da smo dobili luZnatu otopinu.<br />
- natrij burno reagira s vodom i reakcijom nastaju natrijeva luZina i <strong>vodik</strong>, koji se zbog<br />
egzotermnosti reakcije zapali i gori Zutim plamenom zbog prisutnosti natrija:<br />
2Nao, + 2HrO,., -> 2Nairo, + Hr(n) + 2OHi"qy :> n? temelju standardnih redukcijskih<br />
potencijala proizlazi da je natrij jaie redukcijsko sredsfyo pa istiskuje <strong>vodik</strong> iz vode<br />
Dobivanje natrija:<br />
- elektrolizom taljevine NaCl:> provodi se u Downsovom uredaju za elektrolizu (ta<br />
se celija sastoji od kotla nadinjenog od vatrostalnih opeka u koji s donje strane ulazi<br />
grafitna anoda. Katoda u obliku Zelleznog valjka prstenasto okruZuje anodu, koja je<br />
odozgo pokrivena zvonom od Zeljeznog lima kroz koji se odvodi nastali plinoviti klor.<br />
Anodni i katodni prostor odvojeni su dijafragmom. Dobiveni tekuci natrij odovodi se u<br />
poseban spremnik.):<br />
2NaCl1,y -> 2Na[, + 2C1,,,<br />
K(-): 2Na* + 2e- -> 2Na<br />
A(+): 2Cl- -> Cl, + 2e'<br />
2Nafi, + 2C11,, -1 2Na1ry + Clr,n,<br />
Najva2niji spojevi natrija<br />
1) natrijev klorid (kuhinjska sol, NaCl)<br />
- najvaZniji izvor je morska voda, a nalazi se otopljen i u slanim jezerima i izvorima<br />
- u zemljinoj kori nalazi su u naslagama kao kamena sol ilihalit<br />
- industrijski se dobiva isparavanjem morske vode u plitkim bazenima ili kopanjem iz<br />
rudnika kamene soli<br />
- u laboratoriju se dobiva sintezom iz <strong>elemenata</strong><br />
- cisti natrijev klorid je bezbojna dvrsta tvar koja kristalizira u kubidnom sustavu,<br />
slanog je okusa<br />
- gradevne jedinice kristalne strukture su natrijevi i kloridni ioni :> kristalje sastavljen<br />
od ploSno centriranih struktura natrijevih i kloridnih iona medusobno pomaknutih za<br />
polovicu duljine brida elementarne celije. Koordinacijski broj natrijevih i kloridnih iona je<br />
6, znadi da je oktaedarski prostorni raspored iona. (pogledaj predavanje 3., lekciju<br />
KRISTALI, 1. razred)<br />
- privladne sile medu ionima u kristalnoj re5etki su jake pa je taliSte natrijeva klorida<br />
relativno visoko<br />
- dobro se otapa u polarnim otapalima (npr. u vodi, metanolu, tekudem amonijaku...)<br />
- vodena otopina NaClje neutralna li zbog aktivirajuceg djelovanja kloridnih iona<br />
djeluje korozivno<br />
- upotrebljavamo ga kao kuhinjsku sol koja je desto vlaZna zbog prisustva<br />
magnezijeva klorida ili sulfata koji su higroskopni, dok 6isti NaCl nije higroskopan<br />
2) natrijev hidroksid (kaustidna soda, NaOH)
- bijela, neprozirna kristalna tvar i najde5ce se proizvodi u obliku granula ili listica<br />
- vrlo je higroskopar :> oSiril vlage, izzraka upija i ugljikov (lV) oksid pri cemu<br />
nastaje natrijev karbonat:<br />
2NaOHlry + COr,n, -> NarCOs(sl + HzO(r)<br />
- zbog navedenih <strong>svojstava</strong> se cuva u dobro zatvorenim posudama<br />
- dobro se otapa u vodi uz oslobadanje topline pri 6emu nastaje jaka natrijeva luZina:<br />
NaOHl,y -t Nalot + OHi,ol<br />
- natrijeva luZina se ne iuva u staklenim bocama s ubru1enim cepom jer reagira sa<br />
silicijevim dioksidom iz stakla pri demu nastaje natrijev silikat, pa se depovi lako "zapeku"<br />
i ne mogu se izvaditi: SiO, + 2NaOH -> NarSiO. + HrO :> z?to se 6uva u staklenim<br />
bocama s gumenim depom ili u plastidnoj ambalaZi<br />
- laboratorijski se dobiva reakcijom natrija, natrijeva oksida i peroksida s vodom<br />
- industrijski se dobiva elektrolizom zasiiene otopine kuhinjske soli:> taj se<br />
postupak moZe izvesti i u laboratoriju:<br />
Na elektrodama se razvijaju plinovi. Na anodi , oksidacijom kloridnih iona, nastaje<br />
Zutozeleni plin klor, a na katodi, redukcijom vode, bezbojni plin <strong>vodik</strong>. Zbog jako<br />
negativnog redukcijskog potencijala natrija ne dolazi do redukcije natrijevih iona iz<br />
vodene otopine. Dodatkom fenolftaleina u katodnom prostoru otopina se oboji<br />
crvenoljubi6asto zbog prisutnih hidroksidnih iona. U anodnom prostoru izblijedi boja tinte<br />
zbog oksidacijskog djelovanja razvijenog klora:<br />
2NaCllsy -> 2Naio, + 2Cliuoy<br />
K(-): 2HrO + 2e- -> H, + 2OH<br />
A(+): 2Cl- -> Cl, + 2e'<br />
2H2O + 2Cli.oy -> Hz(s) + Clr,n, + 2OH..qy<br />
2Na* + 2Cl + 2HrO -> H2 + Cl, + 2Na* + 2OH' :> moZemo zakljuditi da su produkti<br />
elektrolize vodene otopine natrijeva klorida: natrijeva luZina, <strong>vodik</strong> i klor<br />
3) natrijev karbonat (soda, NarCO.)<br />
- neutralizacijom natrijeve luZine ugljikovim (lV) oksidom nastaje natrijev<br />
hidrogenkarbonat (NaHCOr) ili natrijev karbonat (NarCO.), ovisno o odnosu mnoZina<br />
reaktanata:<br />
N"[0, * OHi"ol + COr,n, -> NaHCOr,r,<br />
2Naio, + 2OHi"qy + COr,n, -> 2Naio, + COfi.o, + HrO<br />
- natrijev karbonat jevalna sirovina za kemijsku industriju - u prirodi se nalazi u<br />
malim kolidinama pa se proizvodi raznim industrijskim postupcima. Jedan od nadina je<br />
amonija6ni Solvayev postupak: oViln postupkom uvode se amonijak i ugljikov (lV)<br />
oksid u zasiienu otopinu natrijeva klorida:<br />
N"Lo, + Cli"ol + NH, + COr,n, + H2O1ry -> NaHCOsr.l + NHir"ql + Cli.ql<br />
- reakcijom u vodenoj otopini nastaju NHj, Na*, HCO; i Cl- ioni koji bi moglidati4<br />
razlicite soli: amonijev klorid (NH4Cl), amonijev hidrogenkarbonat (NH4HCO.), natrijev<br />
klorid (NaCl) i natrijev hidrogenkarbonat (NaHCO.) - hladenjem otopine istaloZise<br />
najslabije topljiva sol NaHCO.,a u otopini ostaju amonijevi ikloridni ionijer je amonijev<br />
klorid najbolje topljiv
- istaloZeni natrijev hidrogenkarbonat odvaja se od otopine amonijeva klorida<br />
filtracijom,azatim se zagrijavanjem u rotacijskoj peci dobije natrijev karbonat:<br />
2NaHCO.lsy -> N?rCOa1.y + COztsi + HrO,n,<br />
4) natrijev hidrogenkarbonat (soda bikarbona, NaHCO.)<br />
- bijeli prah, slabo topljiv u vodi<br />
- otopina reagira slabo luZnato zbog hidrolize<br />
- osim po Solvayevom postupku, soda bikarbona se dobiva uvodenjem ugljikova (lV)<br />
oksida u vodenu otopinu sode:<br />
NarCO. + CO, + HrO -> 2NaHCO,<br />
- soda bikarbona s kiselinom daje ugljikov (lV) oksid - pjenu5ava pica:<br />
NaHCOr,r, + HgO[ql -t Nr[., + COr,n, + 2HrO<br />
5) natrijev hidrid (NaH)<br />
- ionski spoj, kao iostali hidridi metala l. skupine<br />
- hidridi <strong>alkalijski</strong>h metala kristaliziraju u kubidnom sustavu, a imaju strukturu<br />
natrijeva klorida (<strong>vodik</strong> ovdje ima oksidacijski broj -l !!)<br />
- dobivaju se sintezom iz <strong>elemenata</strong>, npr.:<br />
2Na1sy + Hrtsl -> 2NaHlsy<br />
- natrijev hidrid je jako redukcijsko sredstvo pa reakcijom s vodom oslobaila <strong>vodik</strong>:<br />
Na*H1ry + HrO.,, -> Hzts) + OHirql * N.bol<br />
Neka fizikalna i kemijska svojstva <strong>alkalijski</strong>h metala<br />
- svi alkalisjki <strong>metali</strong> kristaliziraju u kubidnom sustavu, a elementarna celija je<br />
volumno centrirana kocka<br />
- taliSta su im niska, a gusto6a mala<br />
- Li, Na i K imaju gustocu manju od gusto6e vode<br />
- male su tvrdode imogu se rezati noZem<br />
- na prerezu imaju srebrnometalni sjaj koji se na zraku brzo gubi, jer su kemijski<br />
najreaktivniji <strong>metali</strong><br />
- duvaju se u petroleju, osim Cs koji se 6uva u vakuumu<br />
- grade iskljucivo pozitivne ione, bezbojne katione<br />
- imaju najniie vrijednosti koeficijenta elektronegativnostipa im je oksidacijski broi u<br />
spojevima uvijek pozitivan (+l)<br />
- atomi <strong>alkalijski</strong>h metala su uvijek veci od odgovarajucih iona, koji imaju 1<br />
elektronsku ljusku manje<br />
- posebnost:> litij se nekim svojstvima razlikuje od ostalih <strong>elemenata</strong> u skupini. Po<br />
nekim je svojstvima slicniji Mg nego Na. Mali polumjer atoma Li ijoS manji polumjer<br />
njegova iona uzrokuju vecu jakost metalne veze u kristalnoj re5etki u odnosu na ostale<br />
alkalijske metale. Zato je Li znatno tvrdi od ostalih <strong>elemenata</strong> svoje skupine, te ima viSe<br />
taliite i vreliite.<br />
:> Li ima najvecu energiju ionizacije, te je najjade redukcijsko sredstvo:> energij?<br />
ionizacije odnosi se na izolirani atom, a redukcijska sposobnost ovisi o redukcijskom<br />
elektrodnom potencijalu koji se odnosi na proces u vodenoj otopini, Sto zna6i prijelaz<br />
metala u hidratizirani ion<br />
:> litijev ion (Li-)je najmanji metalni kation i najjade hidratiziran (oko 1 iona Li se<br />
nalazi oko 17 molekula vode)<br />
:> osirn fizikalnim svojstvima, Li se od ostalih <strong>alkalijski</strong>h metala razlikuje i kemijskim<br />
I
svojstvima, posebno u reakciji s kisikom. Naime, gorenjem <strong>alkalijski</strong>h metala nastaju<br />
oksidi, peroksidi i superoksidi:<br />
Li -> Li2o<br />
Na -> NarO -> NarO,<br />
K -> K2O -, KrO, -t KO,<br />
Rb -> Rb2o -> Rb2o2 -> Rbo2<br />
Cs -> CsrO -> CsrO, -> CsO,<br />
- gorenjem Li nastaje iskljuiivo litijev oksid (Li2O), pri demu se oslobada dovoljno<br />
energije za kidanje veze u molekuli kisika i stvaranje oksdinog iona (O2 ) :><br />
oksidacijski broj kisika u oksidima je -ll<br />
- gorenjem natrija oslobada se manje energije, pa ona nije dovoljna za kidanje veze<br />
u molekuli kisika. Zato se u kristalnu re5etku ugraduje peroksidni ion (O3-) :><br />
oksidacijski broj kisika u peroksidima je -l<br />
- K, Rb i Cs gorenjem kao krajnji produkt daju superokside opde formule MO, (M :<br />
K, Rb, Cs):> oksidacijski broj kisika u superoksidima j. -<br />
+<br />
- afkalijski <strong>metali</strong> boje plamen karakteristidnim bojama jer se njihovi valentni elektroni<br />
lako pobuduju i prelaze na vi5e energetske razine u atomu. Pri povratku u osnovno<br />
stanje emitiraju primljenu energiju djelomicno kao svjetlosno zradenje u vidljivom dijelu<br />
spektra. Boje plamena koriste se za dokazivanje <strong>alkalijski</strong>h metala u spojevima.<br />
- na temelju vrijednosti redukcijskih elektrodnih potencijala moZe se zakljuditi da su<br />
to najreaktivniji <strong>metali</strong> i najjaia redukcijska sredstva, pa ih i najslabiji oksidans moZe<br />
oksidirati<br />
- hidroksidi <strong>alkalijski</strong>h metala su kristalne higroskopne tvari koje jako nagrizaju<br />
koZu<br />
- svi osim L|OH su dobro topljivi u vodi, pri demu gotovo potpuno disociraju idaju<br />
najjace luZine :> jakost luZina povecava se od natrijeve prema cezijevoj luZini<br />
MOH1., -r MLor + OHi"ol<br />
- alkalijske luZine (LUZINE : vodene otopine hidroksida) dobivaju se i reakcijom<br />
alkalisjkih metala ili njihovih oksida s vodom:<br />
2M,,, + 2H2O1ry -t 2MLo, * Hr(nl + 2OHi"oy<br />
Li2O1,y + H2O1ry -> 2Li;q) + 20Hirql<br />
2NarOr,r, + 2HrOr, -> 4Nai"o, + 4OHi"qy * Or(nt<br />
4KO2(r) + 2HrO,', -r 4KLol + 4OH1"qy + 3Or,n,<br />
- reaktivnost <strong>alkalijski</strong>h metala raste od Li prema Cs:> tako je reakcija litija s vodom<br />
vrlo spora, reakcija natrija i kalija vrlo burne, a reakcije rubidija i cezija eksplozivne<br />
- s halogenim elementima (Xr) nastaju tipi\no ionski spojevi, halogenidi'. fluoridi,<br />
kloridi, bromidi i jodidi<br />
2M,r, + X2 -> 2MX1sy<br />
- svi halogenidi, kao idruge soli <strong>alkalijski</strong>h metala, dobro su topljive u vodi<br />
- s <strong>vodik</strong>om daju ionske hidride koji su jaka redukcijska sredstva:<br />
2M,r, + Hr(nt -r 2MH1.y<br />
- s du*ikom reagira samo litijkoji vec pri sobnoj temperaturi daje ionski spoj, litijev<br />
nitrid:<br />
(o
6Li,r, + Nr(n) -t 2Li3N(s)<br />
- <strong>alkalijski</strong> <strong>metali</strong> se dobivaju elektrolizom talina njihovih klorida<br />
DOMACA ZADACA (12)<br />
1. Odaberi todan odgovor; Jedan od nadina dobivanja <strong>vodik</strong>a je:<br />
a) reakcijom sumporne ijodovodidne kiseline<br />
b) grijanjem sumporne kiseline<br />
c) elektrolizom vodene otopine kuhinjske soli<br />
d) reakcijom ugljikova (lV) oksida i vode<br />
2. a) Koji se od niZe navedenih metala mogu upotrijebiti za dobivanje <strong>vodik</strong>a iz<br />
klorovodidne kiseline: Cu, Al, Fe, Hg, Mg, Ag? Napi5i odgovarajuce jednadZbe reakcije!<br />
Za5to neki od navedenih metala ne reagiraju s HCI?<br />
b) Od metala pod a) koji reagiraju s HCI odredionaj koji ce razviti najvi5e <strong>vodik</strong>a pri<br />
jednakim uvjetima ako su im mase jednake!<br />
3. Sto ce se dogoditi s reakcijskom smjesom:<br />
COrnt + 2{rrn, -> CH3OH(') ArH : -92 kJmol-1 u ravnoteZi, ako:<br />
a) se volumen smjese smanjiza polovinu<br />
b) poraste temperatura<br />
c) se parcijalnitlak <strong>vodik</strong>a udvostrudi<br />
d) dodamo katalizator<br />
e) smjesi dodamo neki inertni plin?<br />
4. Koji ce od niZe navedenih spojeva provoditi elektridnu struju u rastaljenom stanju i<br />
zaSto?<br />
a) fosforo<strong>vodik</strong><br />
b) barijev hidric<br />
c) amonijak<br />
d) kloro<strong>vodik</strong><br />
e) kalijev hidrid<br />
5. a) U kojim galvanskim dlancima je standardna <strong>vodik</strong>ova elektroda pozitivan, a u<br />
kojima negativan pol, ako je druga elektroda:<br />
1) Pb2./Pb<br />
2) Cuz*lCu<br />
3) Zn2nlzn<br />
4) Ag./Ag<br />
b) shematski prikaZi te dlanke<br />
c) jednadZbama prikaZi procese na elektrodama za clanke 1) i 4)!<br />
6. Kakav ce predznak imati promjena entropije za slijedece procese:<br />
a) Hzrsl -t 2Hrn,<br />
b) 3H2(s) + Nrrsl -> 2NH3(s)<br />
7. Kiselost neke otopine iskazujemo pH vrijedno5cu.<br />
a) Kako iemo iskazati kiselost otopine ako je otapalo teSka voda, D2o.?<br />
b) lonski produkt diste te5ke vode je 2 * 10'15 mol2dm-6 pri 25oC. lzradunaj kiselost<br />
diste te5ke vode!<br />
/t4