Prvky – s

 

• prvky s valenčními elektrony v orbitalu s î ten se zaplňuje 1 nebo 2 valenčními elektrony î prvky ležící v I. & II. A skupině PSP (1. a 2. skupině) Õ patří mezi nepřechodné prvky

• I. A Õ v poslední zaplňované vrstvě 1 elektron î s¹–prvky
  • vodík … H Õ viz Maturitní otázka č. 8

• od zbytku skupiny (alkalických kovů) se výrazně liší svými vlastnostmi î neřadí se k nim

• alkalické kovy … Li, Na, K, Rb, Cs, Fr ^‚
• II. A Õ v poslední zaplňované vrstvě 2 elektrony î s²–prvky
  • helium … He

• od zbytku skupiny (kovy alkalických zemin) se více či méně liší svými vlastnostmi î neřadí se k nim

  zařazuje se do VIII. A skupiny = vzácné plyny

• berylium … Be
• hořčík … Mg
• kovy alkalických zemin … Ca, Sr, Ba, Ra

• svými chemickými i fyzikálními vlastnostmi – typické kovy (kromě H & He, částečně Be)
• mají největší atomové poloměry, které rostou se Z î relativně malá přitažlivost mezi jádrem a elektronem zapříčiňuje nejnižší hodnoty ionizační energie (energie potřebná k vytržení elektronu z elektroneutrálního atomu) î snadno uvolňují své valenční elektrony î nejreaktivnější mezi kovy
• aby získaly stabilnější konfiguraci, oxidují se na kationty s konfigurací předcházejícího vzácného plynu
• např. Na: [₁₀Ne] 3s¹ – e^– î He = Na⁺                     Ca: [₁₈Ar] 4s² – 2e^– î Ar = Ca²⁺
• uvolněné elektrony přijímají atomy/ionty jiných prvků Õ redukují se (zatímco s-prvky se oxidují) î s-prvky jsou silná redukční činidla

s¹–prvky î Alkalické kovy .

 

• OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

 

Název		Chemická značka	Protonové číslo	Elektronová konfigurace	Elektro-negativita	Relativní atomová hmotnost	Teplota (°C)		Oxidační číslo
český	Latinský						tání	varu	kladné	záporné
Vodík	Hydrogenium	H	1	1s1	2,20	1,008	-259,2	-252,6	I	–I
Lithium	Lithium	Li	3	[2He] 2s1	0,97	6,94	180,5	1347,0	I	L
Sodík	Natrium	Na	11	[10Ne] 3s1	1,00	22,99	97,8	882,9	I	L
Draslík	Kalium	K	19	[18Ar] 4s1	0,91	39,10	63,6	760,0	I	L
Rubidium	Rubidium	Rb	37	[36Kr] 5s1	0,89	85,47	38,9	688,0	I	L
Cesium	Cesium	Cs	55	[54Xe] 6s1	0,86	132,91	28,4	700,0	I	L
Francium	Francium	Fr ‚	87	[86Rn] 7s1	0,86	(223)	(27)	(677)	I	L

 

Mnemotechnická pomůcka: Helenu Líbal Na Kolena Robustní Císař Francouzský

 

• VÝSKYT

 

• v přírodě pouze ve sloučeninách – horniny & minerály, soli … (díky své vysoké reaktivitě), a to jako kationty (důvod: viz v úvodu)
• např.:

• Li Õ spodumen LiAlSi₂O₆ … hlinitokřemičitan litný

• Na  Õ halit = sůl kamenná NaCl … chlorid sodný                                  Õ Glauberova sůl Na₂SO₄ . 10H₂O … dekahydrát síranu sodného                                  Õ chilský ledek NaNO₃ … dusičnan sodný

 

•                                   Õ glauberit Na₂SO₄ . CaSO₄ … síran sodno-vápenatý
•                                   Õ kryolit Na₃AlF₆ … fluorid hlinitosodný

• K   Õ sylvín KCl … chlorid draselný

• Cs  Õ pollucit

• Fr  Õ uranové rudy

 

•  

• v podobě volných kationtů – mořská voda

• VLASTNOSTI

 

• stříbrolesklé barvy
• měkké Õ dají se krájet nožem

• příčina: každý atom přispívá ke kovové vazbě jen jedním elektronem î slabá soudržnost

 

• nízká teplota tání v porovnání s většinou nepřechodných prvků (klesá se stoupajícím Z)
• nízká hustota Õ Li, Na & K plavou na vodě; Li – nejlehčí ze všech kovů
• dobře vedou elektřinu & teplo
• nízká elektronegativita (souvisí s nízkou ionizační energií …)
• nejzápornější elektronový potenciál î silné redukční účinky
• ze všech kovů nejreaktivnější
• reagují např.

• přímo se vzdušným kyslíkem î uchovávají se v petroleji (chemicky interní prostředí); vznik oxidů, případně peroxidů či hyperoxidů4Na + O₂ → 2Na₂O  peroxid sodný2Na + 2O₂ → Na₂O₄ (NaO₂)
•      hyperoxid sodný
• 2Na + 2O₂ → Na₂O₂
• oxid sodný
• s vodou Õ bouřlivě î vznik hydroxidů & vodíku2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂
• velmi ochotně s prvky VII. skupiny = halogeny î vznik solí

• halogenům chybí do nejstabilnější elektronové konfigurace 1 elektron Õ s¹-prvky ho ochotně poskytnou
• halogeny mají jedny z nejvyšších elektronegativit, kdežto s¹-prvky jedny z nejnižších î vzniká mezi nimi iontová vazba2Na + Cl₂ → 2NaCl
•  

• s vodíkem î vznik hydridů

• vodík v nich má oxidační číslo –I, protože má vyšší elektronegativitu (schopnost přitáhnout si valenční elektrony)
• 2Na ₊ H₂ → 2NaH

• se sírou î vznik sulfidů2Na + S → Na₂S

• PŘÍPRAVA & VÝROBA
• Sodík & Lithium

  • např.       2Na+ + 2e– ® 2Na   2 Cl– – 2e– ® Cl2

    elektrolýza tavenin svých chloridů

 

• železná katoda: redukce kationtů na příslušný kov
• grafitová anoda: oxidace chloridových aniontů na plynný chlor

• Draslík & Rubidium
• metalotermická redukce

 

• např. redukce chloridu draselného sodíkem: KCl + Na → NaCl + K 
•                                        redukce chloridu rubidného vápníkem: 2 RbCl + Ca → CaCl₂ + 2Rb

• SLOUČENINY ALKALICKÝCH KOVŮ

 

• oxidační číslo alkalických kovů ve všech sloučeninách: I
• vlastnosti sloučenin (např. barva) určuje doplňující aniont ve sloučenině
• vesměs silně iontový charakter î pokud jsou jejich molekuly polární Õ rozpustné ve vodě (voda – polární rozpouštědlo) î disociují se na hydratované ionty
• pozn. nerozpustné jsou např. LiF, Li₂CO₃, Li₃PO₄, KClO₄ …
• charakteristicky zabarvují bezbarvý plamen (např. plamen vodíku)

• Li Õ karmínové červeně
• Na Õ žlutě
• K Õ modrofialově
• Rb Õ červenofialově
• Cs Õ modře

 

Hydroxidy alkalických kovů

• průmyslově významné bezbarvé chemické látky
• na vzduchu vlhnou î jsou hygroskopické
• jsou to nejsilnější hydroxidy; leptavé účinky
• dobře rozpustné ve vodě Õ plně se disociují na X⁺ & OH^–

• – na železné katodě se vyloučí plynný vodík – na grafitové anodě se vyloučí plynný chlór

  výroba: elektrolýza vodných roztoků svých solí

• H2O

  např.  

  v nádobě zůstane jen Na+ + OH– ® NaOH

  2Cl^– – 2e^– ® Cl₂ … anodická oxidace  

• 2H⁺ + 2e^– → H₂ … katodická redukce
• H₂O → H⁺ + OH^–
• NaCl                  Na⁺ + Cl^–
• který z prvků se na katodě vyloučí, záleží na hodnotě jejich elektronových potenciálů

• ten s vyšší hodnotou má větší schopnost se vyredukovat î proto se vyredukuje vodík a sodík zůstane v roztoku (hodnoty elektronových potenciálů Õ viz Becketova řada napětí kovů)

• využití: výroba mýdel, celulosy a papíru, umělého hedvábí, oxidu hlinitého …

Hydroxid sodný … NaOH

• výroba: elektrolýza vodného roztoku chloridu sodného (solanka)
• 2 způsoby:

• diafragmová elektrolýza (viz výše) Õ elektrody jsou od sebe odděleny ionexovou nebo polopropustnou přepážkou (diafragmou), aby se zabránilo míšení produktů reakce
• amalgámová elektrolýza

• na grafitové anodě se vylučuje chlor
• na rtuťové katodě se kationty Na⁺ redukují na Na, které reagují se rtutí za vzniku amalgámu (NaHg_x) Õ ten v odděleném prostoru reaguje s vodou a vzniká NaOH a plynná rtuť (škodí životnímu prostředí) & vodík

Hydroxid draselný … KOH

• používaný v menší míře
• výroba: elektrolýza vodného roztoku chloridu draselného  
• K₂CO₃ + Ca(OH)₂ ® CaCO₃ + 2KOH
•                                        var uhličitanu draselného s hydroxidem vápenatým

Soli alkalických kovů

• Uhličitany

 

1.  

Uhličitan sodný … Na₂CO₃ = kalcinová soda

• výroba: Solvayův způsob                                             j   NaCl + H₂O + NH₃ + CO₂ ® NaHCO₃ + NH₄Clroztok chloridu sodného za chladu                  hydrogenuhličitan
  

  150°C

  k   NaHCO₃             Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

•            nasycený amoniakem                                  sodný
• z vodných roztoků krystalizuje jako dekahydrát uhlyčitanu vápenatého (Na₂CO₃.10 H₂O) = krystalová soda Õ na vzduchu krystalovou vodu ztrácí (větrá)
• ve vodě málo rozpustný

Uhličitan draselný … K₂CO₃ = potaš

Hydrogenuhličitan sodný … NaHCO₃ = jedlá soda

• použití: při zvýšené kyselosti žaludečních šťáv, součást kypřících prášků, šumák …

• Halogenidy

 

• např. NaCl Õ minerál sůl kamenná
•                                           KCl Õ minerál sylvín

• Dusičnany

 

Dusičnan sodný … NaNO₃ = chilský ledek

• využití: hnojivo, výroba kyseliny dusičné

Dusičnan draselný … KNO₃

• příprava: NaNO₃ + KCl ® KNO₃ + NaCl
• využití: výroba výbušnin a střelného prachu
•  

• Sírany

 

• např. K₂SO₄ Õ hnojivo
•                                           Na₂SO₄ . 10 H₂O Õ Glauberova sůl

• VYUŽITÍ

 

• významné jsou především sodík & draslík
• hlavní zdroj: mořská voda (protože většina jejich solí je rozpustná ve vodě)
• nezbytná součást těl organismů
• součást mnoha průmyslových surovin Õ viz Sloučeniny alkalických kovů

s²-prvky .

 

• OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

 

Název		Chemická značka	Protonové číslo … Z	Elektronová konfigurace	Elektro-negativita	Relativní atomová hmotnost	Teplota (°C)		Oxidační číslo
český	latinský						tání	varu	kladné	záporné
Helium	Helium	He	2	2s2	L	4,00	-271,0	-269	L	L
Berylium	Beryllium	Be	4	[2He] 2s2	1,50	9,01	1278,0	2970	II	L
Hořčík	Magnesium	Mg	12	[10Ne] 3s2	1,20	24,31	648,8	1090	II	L
Vápník	Calcium	Ca	20	[18Ar] 4s2	1,00	40,08	839,0	1484	II	L
Stroncium	Strontium	Sr	38	[36Kr] 5s2	0,97	87,62	769,0	1384	II	L
Baryum	Baryum	Ba	56	[54Xe] 6s2	0,97	137,33	725,0	1640	II	L
Radium	Radium	Ra ‚	88	[86Rn] 7s1	0,86	(226)	(700)	(1140)	II	L

 

Mnemotechnická pomůcka: Běžela Magda K(C)aňonem Srazila Babičku Radiem

 

• VÝSKYT

 

• v přírodě pouze ve sloučeninách – horniny & minerály, soli … (díky své poměrně vysoké reaktivitě), a to jako kationty (důvod: viz v úvodu)
• např.

• Be Õ beryl

• Mg  Õ magnezit MgCO₃ … uhličitan hořečnatý

 

•                                   Õ dolomit CaCO₃ . MgCO₃ … uhličitan hořečnato-vápenatý

• Ca Õ dolomit CaCO₃ . MgCO₃ … uhličitan hořečnato-vápenatý                                 Õ fluorit CaF₂ … fluorid vápenatý

 

•                                  Õ sádrovec CaSO₄ . 2H₂O … dihydrát síranu vápenatého
•                                  Õ vápenec, kalcit CaCO₃ … uhličitan vápenatý

• Ba  Õ baryt BaSO₄ … síran barnatý

• Ra Õ produkt radioaktivní přeměny uranu v uranových rudách (smolinec = uraninit)

 

•  

• v podobě volných kationtů – mořská voda

• VLASTNOSTI

• dvojnásobný počet valenčních elektronů oproti s¹-prvkům způsobuje:

• vyšší teploty tání i hustoty

• pevnější; křehčí

• nižší reaktivita; větší ionizační energie

• Be Õ amfoterní (reaguje jak s kyselinami, tak s hydroxidy)

• Mg & Ca

• biogenní prvky

• lehké stříbrolesklé kovy

• reagují s vodou za vzniku vodíku & silného hydroxidu

• Mg Õ hořká chuť

 

• PŘÍPRAVA & VÝROBA

 

• elektrolýza tavenin příslušných chloridů
•  

• SLOUČENINY s²-prvků

 

• oxidační číslo s²-prvků ve všech sloučeninách: II

sloučeniny vápníku

 

Uhličitan vápenatý … CaCO₃

• krystalizuje ve třech modifikacích:

• kalcit

• aragonit

• vápenec Õ mramor (druh vápence, který lze leštit)

• křída = uhličitan vápenatý vzniklý ze schránek mořských živočichů

 

• ve vodě málo rozpustný
• důležitá chemická surovina:

• 900 °C – 1000 °C

  výroba páleného vápna = tepelný rozklad uhličitanu vápenatého v pecích (vápenky)CaCO₃                    CaO + CO₂   … + DH   oxid vápenatý

• pálené vápno                             endotermická reakce Õ teplo se musí dodat
•  

• pálené vápno Õ stavebnictví, hutnictví, hnojivo …

• hašení páleného vápna CaO + H₂O ® Ca(OH)₂   … – DH   hydroxid vápenatý

 

• hašené vápno            exotermická reakce Õ teplo se uvolňuje
•  

• hašené vápno Õ stavebnictví (příprava malty = hašené vápno + voda + písek), hutnictví, hnojivo …

• tvrdnutí maltyCa(OH)₂ + CO₂ ® CaCO₃ + H₂O

 

•  

• hašené vápno Õ stavebnictví (příprava malty = hašené vápno + voda + písek), hutnictví, hnojivo …
• příčina KRASOVÝCH JEVŮCaCO₃ + H₂O + CO₂ D Ca(HCO₃)₂                             (dešťová voda + vzdušný oxid uhličitý)
•                                          slabá kyselina uhličitá
•    vápencové pohoří                                                    rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý
• slabá kyselina uhličitá, tím jak prosakuje vápencem, vápenec přeměňuje na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý î ve vápenci „vyžírá“ dutiny (jeskyně)
• pokud se hydrogenuhličitan vápenatý dostane na strop už nějaké vytvořené dutiny, začne se díky změně tlaku zpátky přeměňovat na oxid uhličitý, vodu a uhličitan vápenatý
• uhličitan vápenatý zůstane na stropě jeskyně î vznik krápníků
• voda odkape na zem
• oxid uhličitý vyletí do ovzduší & usadí se na dně dutiny (protože je těžší než vzduch)
•  

Hydrogenuhličitan vápenatý … Ca(HCO₃)₂

• var

  jeho vápenaté kationty způsobují přechodnou tvrdost vody (protože je ve vodě rozpuštěný)Ca(HCO₃)₂                 CaCO₃ + H₂O   + CO₂ 

• kotelní (vodní) kámen
•  

• odstraňuje se povařením

• odstranění vodního kamene:CaCO₃ + CH₃COOH ® (CH₃COO)₂Ca + H₂O + CO₂                                               (rozpustný ve vodě)

 

• kyselina octová                            octan vápenatý
•  

Síran vápenatý … CaSO₄

• jeho vápenaté kationty způsobují trvalou tvrdost vody (protože je ve vodě rozpuštěný)

 

•  

• nelze odstranit povařením

• odstranění vápenatých kationtůCa²⁺ + SO₄^2–  + Na₂CO₃ ® ↓CaCO₃ + Na₂SO₄

 

• soda
•  
• v přírodě Õ sádrovec CaSO₄ . 2H₂O

• zahřátím nad 100 °C ztrácí část krystalové vody î vzniká CaSO₄ . ½H₂O (hemihydrát) = pálená sádra Õ smísením s vodou se opět hydratuje a vzniká opět sádrovec; zvětšuje přitom svůj objem asi o 1%

• využití: stavebnictví

 

•  

Dusičnan vápenatý … Ca(NO₃)₂ = ledek vápenatý Õ hnojivo

Kyanamid vápenatý … CaCN₂ Õ dusíkaté vápno

 

• VYUŽITÍ

• Mg & Ca Õ biogenní prvky

 

• hlavní zdroj: mořská voda (protože většina jejich solí je rozpustná ve vodě) î proto je mořská voda mírně nahořklá
• nezbytná součást těl organismů
• součást mnoha průmyslových surovin Õ viz Sloučeniny s²-prvků