Charakteristika s prvků (I. a II.A skupina)

1. charakteristika I. a II.A skupiny – elektronová konfigurace, srovnání fyzikálních a chemických vlastností s-prvků

• I.A skupina – alkalické kovy – Li, Na, K, Rb, Cs a radioaktivní Fr
• II.A skupina – Be, Mg, dále kovy alkalických zemin – Ca, Sr, Ba a radioaktivní Ra
• jsou to s-prvky – jejich valenční elektrony jsou pouze na hladině s

s1 prvky (I.A)

• elektronová konfigurace : ns1
• jsou to typické kovy, kovová vazba se vyskytuje i v kapalném stavu
• velká elektrická vodivost, která klesá s rostoucí teplotou
• dobrá tepelná vodivost
• silný kovový lesk, tažnost, kujnost a další mechanické vlastnosti
• jsou měkké – dají se krájet nožem
• nízká teplota tání (klesá od Li k Cs)
• malá hustota
• velké atomové poloměry (vždy největší z prvků v periodě)
• chemické vlastnosti – vyplývají z konfigurace – nejsnáze tvoří kationty odštěpením jednoho valenčního elektronu – vyskytují se tedy takřka výhradně jako kationty M+
• reaktivnost vyplývá také z nízkých hodnot ionizační energie a z Beketovovy řady kovů (kde stojí zcela vlevo)
• v základním stavu jsou velmi reaktivní – reagují s kyslíkem – na peroxidy a superoxidy (vyjma Li) – (uchovávají se pod petrolejem, neboť na vzduchu oxidují), halogeny, sírou
• s vodou reagují bouřlivě – za vzniku hydroxidů a vodíku (kromě Li jde až o explozivní reakce)
• výjimkou mezi alkalickými kovy je lithium, které se některými vlastnostmi blíží spíše hořčíku (tzv. diagonální podobnost)
• výskyt – jako součást iontových solí – v přírodě – ve vodě rozpustné soli (NaCl, … – ve slaných vodách moří, jezer, minerální vody, atd.)
• jedná se o biogenní prvky – jako ionty hrají důležitou roli v živých organismech
• nejrozšířenější jsou Na, K, ostatní jsou vzácnější
• průmyslově se vyrábí hlavně sodík – elektrolýzou taveniny chloridu sodného, využívá se např. v organické syntéze

s2 prvky (II.A)

• el. konfigurace : ns2
• podobné charakteristiky jako I.A, jen:
• menší atomové poloměry
• vyšší teploty tání, hustoty
• jsou tvrdší a křehké
• chemické vlastnosti do značné míry podobné I.A – tvorba kationtů M2+ odštěpením dvou valenčních elektronů
• reaktivnost o něco nižší, ale stále reagují s vodou za studena na hydroxidy a vytěsňují vodík
• ionizační energie logicky větší
• reagují také s prvky (O – na oxidy, vyjma Ba – ten poskytuje peroxid, dále S, X) i když méně ochotně
• vyskytují se rovněž v různých minerálech, ty jsou ale nejčastěji nerozpustné (uhličitany – CaCO3 – vápenec, MgCO3, atd., sírany, fosforečnany, křemičitany)
• zvláště vápník a hořčík patří mezi velmi hojné prvky na Zemi
• Ca a Mg jsou také biogenní prvky (Mg – chlorofyl)
• průmyslově se vyrábí hlavně hořčík – elektrolýzou chloridu, používá se v org. syntéze, jako součást lehkých slitin

2. významné sloučeniny alkalických kovů – výroba NaOH, sody

• sloučeniny alkalických kovů jsou iontové sloučeniny, kde se kovy vyskytují jako kationty M+ (bezbarvé)
• vlastnosti sloučenin jsou potom nejvíce ovlivněny aniontem
• z charakteru iontových sloučenin vyplývá, že jsou rozpustné ve vodě, kde plně disociují
• průmyslově nejdůležitější suroviny alk. kovů jsou hydroxid sodný, soda, dusičnany

hydroxidy alk. kovů – bezbarvé hygroskopické látky, rozpustné ve vodě (exotermicky), leptavých účinků, pohlcují vzdušný CO2 (za vzniku uhličitanu a vody – vlhnutí) a jiné plyny kyselé povahy

• silné zásady – úplná disociace ve vodě
• nejdůležitější jsou hydroxid sodný NaOH a draselný KOH, které mají široké uplatnění v chemické praxi, NaOH se užívá jako čisticí prostředek (louh), oba hydroxidy slouží k výrobě mýdla, dále např. celulózy a umělého hedvábí
• výroba NaOH (nebo KOH) : elektrolýza solanky (vodného roztoku NaCl), dva způsoby – diafragmový a amalgámový, vedlejší produkty – chlor, vodík (viz.ot.č. 22)

uhličitany alk. kovů – M2CO3, hlavně Na2CO3 – soda, K2CO3 – potaš

• bezbarvé krystalické látky
• ve vodných roztocích reagují zásaditě vlivem hydrolýzy (kromě Li2CO3)
• soda se používá k výrobě skla, mýdla, podobné využití má i potaš
• výroba sody – Solvayův proces – (viz. ot.č. 25, 28)

halogenidy alk. kovů – iontové, krystalické látky

• ve vodě vesměs dobře rozpustné
• NaCl – nejdůležitější – těží se nebo se získává z mořské vody

dusičnany (MNO3), sírany (M2SO4), hydrogensírany (MHSO4) – bezbarvé krystalické, dobře ve vodě rozpustné

• průmyslový význam mají např. NaNO3, KNO3 – hnojiva, suroviny pro výr. výbušnin,…
• hydrogensírany poskytují kyselé roztoky, v jejich taveninách se rozpouštějí některé oxidy kovů (TiO2)

3. významné sloučeniny kovů alkalických zemin a jejich praktické využití – pálené, hašené vápno, krasové jevy, tvrdost vody

• sloučeniny prvků II.A skup. jsou iontové sloučeniny s kationty M2+
• ve vodě ovšem většinou rozpustné nejsou

oxidy a hydroxidy – CaO – oxid vápenatý, pálené vápno

• vyrábí se tepelným rozkladem (pražením) mletého vápence :

CaCO3 ® CO2 + CaO (900 – 1000°C)

• využívá se ve sklářství, metalurgii, stavebnictví, hnojivo
• reaguje exotermicky s vodou (hašení vápna) :

CaO + H2O ® Ca(OH)2

• Ca(OH)2 – hydroxid vápenatý, hašené vápno, jeho nas. roztok – vápenná voda
• ve stavebnictví – příprava vápenné malty (směs s pískem a vodou)
• tvrdnutí malty : Ca(OH)2 + CO2 ® CaCO3 + H2O
• v laboratoři se užívá jako levná zásada a také k důkazu oxidu uhličitého – zaváděním CO2 do vápenné vody – zakalení (viz. rovnice tvrdnutí malty – vznik nerozpustného uhličitanu), při delším zavádění – odkalení (vznik rozpustného hydrogenuhličitanu)

uhličitany – bezbarvé, příp. bílé kryst. látky, nerozpustné

• CaCO3 – v přírodě nejrozšířenější – v několika podobách – jako usazená hornina vápenec (schránky pravěkých živočichů), jako kalcit nebo aragonit (nerosty – bezbarvé krystaly), jako mramor (krystalická metamorfovaná hornina)
• vápenec a některé křemičitany (hlíny) jsou surovinami pro výrobu cementu – pálením, podstata tvrdnutí cementu (beton) je v hydratování křemičitanů, které tak vytvoří pevnou strukturu – velký význam ve stavebnictví – beton je převládající materiál
• MgCO3 – magnezit, dohromady s uhl.vápenatým – dolomit
• krasové jevy – v oblastech s vápencovým podložím dochází k reakcím dle následující rovnice :

CaCO3 + H2O + CO2 « Ca(HCO3)2

na vápenec působí dešťová voda a vzdušný oxid uhličitý, vzniká rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý, který je rozpuštěný ve vodě zanesen do podzemních prostor, zde probíhá zpětný proces – vylučuje se nerozpustný uhličitan (krápníky atd.)

• hydrogenuhličitan vápenatý způsobuje také přechodnou tvrdost vody, lze ji odstranit zahřátím – převedení na nerozpustný uhličitan, který se usadí na dně…

sírany – CaSO4 – ve vodě málo rozpustný, bílá (bezb.) kryst. látka

• jako dihydrát – minerál sádrovec, jeho zahříváním vzniká sádra – hemihydrát CaSO4.1/2H2O
• smísením s vodou se sádra postupně opět hydratuje a vytvoří pevnou strukturu dihydrátu (tvrdnutí sádry)
• síran vápenatý také způsobuje trvalou tvrdost vody – tu lze odstranit např. přidáním sody Na2CO3 – vyloučí se opět uhličitan vápenatý

4. mýdla – výroba, vlastnosti

• mýdlo se vyrábí alkalickou hydrolýzou esterů vyšších mastných kyselin s glycerolem působením alkalického hydroxidu – tzv. zmýdelnění
• vznikají při tom alkalické soli vyšších mastných kyselin – mýdla (viz. ot.č. 10)

5. alkoholáty, fenoláty, jejich příprava a hydrolýza. Odstranění tvrdosti vody

• reakcí hydroxysloučenin se silnými zásadami vznikají soli alkoholů a fenolů (alkoholáty a fenoláty) – ve styku se silnou bází se hydroxysloučeniny chovají jako kyseliny a odštěpují proton
• alkoholáty snadno hydrolyzují – jelikož jsou solemi silné zásady a slabé kyseliny, reaguje s vodou alkoholátový anion a vzniká původní alkohol a zůstává hydroxidový anion – roztoky alkoholátů jsou zásadité
• fenoláty jsou o něco stabilnější – fenol je totiž kyselejší (vlivem +M-efektu)
• alkoholáty a fenoláty se používají jako zásady i jako nukleofilní činidla v organické chemii