Litowce Nazwa Symbol konfiguracja Elektroujemność Potencjał E

Litowce Nazwa Symbol konfiguracja Elektroujemność Potencjał E

Litowce
Nazwa Symbol konfiguracja Elektroujemność Potencjał E
Lit
Li
(He)2s1
0,97
-3.04
Sód
Na
(Ne)3s1
1.01
-2,71
Potas
K
(Ar)4s1
0,91
-2,93
Rubid Rb
(Kr)5s1
0,89
-2,98
Cez
Cs
(Xe)6s1
0,86
-3,03
Frans Fr
(Rn)7s1
0,86
-2,90
Wszystkie litowce posiadają jeden elektron walencyjny na orbitalu s. W miarę przechodzenia w dół
grupy, od litu do fransu, elektron ten znajduje się coraz dalej od jądra i oderwanie go jest coraz
łatwiejsze. Tłumaczy to obserwowany wzrost reaktywności litowców wraz ze wzrostem masy
atomowej pierwiastka.
Niskie wartości elektroujemności oraz potencjałów standardowych świadczą o tendencji do
oddawania elektronów i silnych właściwościach redukujących.
Nazwa Promień jonowy (nm) Potencjał jonizacji I (eV) Potencjał jonizacji II (eV)
Lit
0,076
5,39
75,6
Sód
0,102
5,14
47,3
Potas
0,138
4,34
31,8
Rubid 0,152
4,18
27,5
Cez
3,89
25,1
-
-
0,167
Frans 0,175
Wzrost promieni jonowych zwiększa się w związku ze wzrostem liczby powłok elektronowych.
Spadek wartości potencjałów jonizacji jest wynikiem coraz słabszego przyciągania elektronu
walencyjnego. Duża różnica pomiędzy pierwszym i drugim stopniem jonizacji jest przyczyną
występowania wszystkich litowców w postaci jonów M+1 (M oznacza atom metalu).
Spis treści
1 Właściwości fizykochemiczne
2 Związki litowców z tlenem
3 Zasadowy charakter litowców i ich związków
4 Związki litowców z siarką
5 Ważniejsze sole kwasów tlenowych
6 Efekty hydratacyjne
7 Litowce w rozpuszczalnikach organicznych
8 Analiza jonów litowców w roztworach
Właściwości fizykochemiczne
Metale alkaliczne są najbardziej czynne chemicznie ze wszystkich metali, gwałtownie reagują z
wodą oraz tlenem atmosferycznym.
W podwyższonych temperaturach zachodzą reakcje litowców z wodorem (powstają wodorki
MH) oraz z fluorowcami (powstają halogenki MX). Lit reaguje bezpośrednio również z azotem
(Li3N) i węglem tworząc węglik litu Li2C2.
Litowce wykazują dużą przewodność elektryczną i cieplną, ale te cechy metali są rzadko
wykorzystywane w praktyce ze względu na konieczność specyficznego obchodzenia się z nimi
(przechowywanie w ciekłych, węglowodorach w celu zabezpieczenia przed utlenianiem).
Związki litowców z tlenem
Lit reaguje z tlenem w temperaturze powyżej 100°C, dając Li2O, sód tworzy nadtlenek Na2O2,
pozostałe metale — odpowiednie ponadtlenki KO2, RbO2, CsO2.
Normalne tlenki można uzyskać redukując nadtlenki lub ponadtlenki w reakcji:
M2O2 + 2M → 2 M2O
Na2O2 wykazuje silne działanie utleniające. Reakcja z ditlenkiem węgla
Na2O2 + CO2 → Na2CO3 + ½ O
generująca tlen jest wykorzystywana do oczyszczania powietrza w łodziach podwodnych i
aparatach tlenowych.
Zasadowy charakter litowców i ich związków
Reakcje metali alkalicznych z wodą zachodzi według równania:
M + H2O → M+ + OH¯ + ½ H2
i przebiega najmniej gwałtownie w przypadku litu. W trakcie reakcji sodu z wodą wydzielające
się ciepło powoduje topienie metalu, a potas zapala się w zetknięciu z wodą.
Tlenki i wodorki litowców mają charakter zasadowy:
M2O + H2O → 2M+ + OH¯
MH + H2O → M+ + OH¯ + H2
Związki litowców z siarką
Litowce tworzą z siarką wodorosiarczki (MHS), siarczki (M2S) oraz liczne wielosiarczki o
ogólnym wzorze MSn, gdzie n przyjmuje wartości 2 – 6.
Wodorosiarczki MHS powstają w wyniku nasycenia gazowym siarkowodorem roztworów
wodorotlenków:
MOH + H2S → MHS + H2O.
Siarczki M2S otrzymuje się dodając do roztworów wodorosiarczków wodorotlenku
MHS + MOH → M2S + H2O
lub redukując siarczany za pomocą węgla w wysokich temperaturach
M2SO4 + 4 C → M2S + 4CO.
Pod działaniem tlenu atmosferycznego siarczki utleniają się do tiosiarczanów
2M2S + 2O2 + H2O → M2S2O3 + 2KOH.
Ważniejsze sole kwasów tlenowych
Azotany
NaNO3 przez długie lata stosowany był jako najważniejszy nieorganiczny nawóz azotowy KNO3
stosowano do wyrobu czarnego prochu (75% KNO3, 10% siarki, 15% węgla drzewnego)
Węglany
Na2CO3 należy do najważniejszych surowców nieorganicznego przemysłu chemicznego. Duże
jego ilości są używane do produkcji szkła oraz mydła. NaHCO3 znajduje zastosowanie w
medycynie i przemyśle spożywczym.
Siarczany
Na2SO4 i K2SO4 są surowcami w przemyśle szklarskim. Siarczan potasu jest również stosowany
jako sztuczny nawóz.
Efekty hydratacyjne
W przypadku Li+ pierwotna powłoka hydratacyjna (określana liczbą cząsteczek bezpośrednio
skoordynowanych przez kation) złożona z czterech rozmieszczonych tetraedrycznie cząsteczek
wody, występuje w różnych solach i prawdopodobnie w roztworze. Podobnie wygląda
pierwotna powłoka hydratacyjna Na+ i K+.
Jony rubidu i cezu maja pierwotną powłokę hydratacyjną złożoną z 6 cząsteczek wody.
Siły elektrostatyczne działają również poza obrębem pierwotnej sfery koordynacyjnej i wiązane
są dodatkowe warstwy cząsteczek wody. Zasięg wtórnej hydratacji jest odwrotnie
proporcjonalny do rozmiarów kationu.
Efekty hydratacyjne wpływają na zachowanie się jonów litowców w procesach wymiany
jonowej oraz transportu przez błony komórkowe.
Litowce w rozpuszczalnikach organicznych
W reakcji z alkoholami alifatycznymi litowce tworzą alkoholany.
Rozpuszczają się w amoniaku tworząc roztwory przewodzące prąd, w których nośnikami
ładunków są solwatowane jony metali i solwatowane elektrony.
Rozpuszczają się w eterach: tetrahydrofuranie i eterze dimetylowym glikolu dietylenowego.
Roztwory Li i Na w amoniaku i aminach są wykorzystywane w syntezach organicznych jako
silne reduktory.
Analiza jonów litowców w roztworach
Jony litowców nie dają charakterystycznych reakcji chemicznych w roztworach wodnych,
umożliwiających ich identyfikację i rozdział.
Do wykrywania litowców wykorzystuje się tzw. reakcje płomieniowe, które są efektem
wzbudzenia atomów w wysokich temperaturach. Oddając nadmiar energii stają się źródłem
promieniowania z zakresu widzialnego, co obserwuje się w postaci barwy płomienia:
karminowej w przypadku litu, żółtej w przypadku sodu, różowej w przypadku rubidu i cezu.
Do ilościowej analizy jonów Na+ oraz K+ w roztworach wodnych wykorzystuje się pomiary
potencjometryczne z użyciem elektrod jonoselektywnych, których potencjał zależy od
aktywności jonów.