06_1.(IA)_csoportx - Vegyészeti

Download Report

Transcript 06_1.(IA)_csoportx - Vegyészeti

Slide 1

1. CSOPORT
(IA CSOPORT)

Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola
CSÓKA

Készítette: Varga István

1


Slide 2

EN

Ei

Top

Tfp

A fémes jellem erősödik

Rb

cs ö k k e n

K

cs ö k k e n

Na

cs ö k k e n

Li

cs ö k k e n

H

A
vegyértékelektronok
általános
elektronszerkezete

1
ns

Cs

Fr
2


Slide 3

H

nemfém

Li

Na
K

Rb

alkálifémek

Cs

Fr
3


Slide 4

AZ ALKÁLIFÉMEK FONTOSABB ADATAI
Fontosabb adatok
Elektronegativitás
Pauling szerint
Ei (I.) [kJ/mol]
Olvadásponti
hőmérséklet [°C]
Forrásponti
hőmérséklet [°C]
Sűrűség [g/cm3]
Lángfestés
A bázisok erőssége
a nyíl irányában
növekszik

Li
0,98

Na
0,96

K
0,82

Rb
0,82

Cs
0,79

Fr
0,77

520
180,5

502
97,8

420
63,5

400
38,9

380
28,7

380
27

1330

892

760

688

670

677

0,534 1,0066 0,863 1,532 1,886 1,87
piros

sárga

lila

vörös

kék

-

4


Slide 5

5


Slide 6

Relatív atomtömeg

22,9897

Rendszám

Na

11

502 kJ/mol

Az atom felépítése

Elektronkonfiguráció:

Elektronegativitás

0,9

Első ionizációs energia

p+ = 11
e- = 11
n0 = 12

1s22s22p63s1
vegyértékszint

A 6. leggyakrabban előforduló elem, de az
alkálifémek közül a nátrium a legelterjedtebb a
természetben.
6


Slide 7

A nátriumot Davy angol kémikus
fedezte fel 1807-ben miközben
NaOH-ot elektrolizált.

Fontosabb ásványai:

Sir Humphry Davy
(1778 – 1829)








halit (kősó) NaCl
chilei salétrom NaNO3
szóda Na2CO3
glaubersó Na2SO4
kriolit Na3[AlF6]
nátriumföldpát Na[AlSi3O6]

7


Slide 8

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


Slide 9

 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 a
24Na, felezési ideje 15 óra.

9


Slide 10

Emissziós színképe a látható tartományban

10


Slide 11

NaCl 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.
o

N aC l ( s )      
 Na
olvasztás 1100 C

katód (-)
anód (+)




(l )

 Cl


(l )



2 N a(l )  2 e  2 N a(l )


2 C l( l )  C l2 ( g )  2 e



11


Slide 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.
12


Slide 13

Az élő szervezetek számára nélkülözhetetlen.
 A felnőtt ember szervezetében mintegy 83-97 g
nátrium található. Ennek 60-65%-a test víztereiben, 3540%-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.


13


Slide 14

Felhasználása


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.


14


Slide 15

Kémiai tulajdonságai
Alacsony a standardpotenciálja, ezért jó
redukálószer.

Levegőben elégetve dinátrium-peroxid
keletkezik.
2Na + O2 → Na2O2
Vízzel heves, exoterm reakció közben nátriumhidroxid és H2-gáz fejlődik:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
15


Slide 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.
16


Slide 17

17


Slide 18

Fontosabb vegyületei
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 .
18


Slide 19

Olvadáspont: 801°C
Forráspont: 1465 °C
Sűrűség: 2,16 g/cm3

Kősókristály

Konyhasó

Cl--ionok

Na+-ionok
19


Slide 20

 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


Slide 21

Olvadáspont: 854°C
Forráspont: 1600 °C
Sűrűség: 2,53 g/cm3

21


Slide 22

 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


Slide 23

23


Slide 24

 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)2oldat segítségével felszabadítják,
regenerálják az ammóniát és visszavezetik a
folyamatba.

24


Slide 25

NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3(s) + NH4Cl(aq)
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2 + 2H2O
2NH4Cl(aq) + Ca(OH)2 → CaCl2 +2NH3 + 2H2O

25


Slide 26

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


Slide 27

 Vízben hőfejlődés közben feloldódik.
 A kapott oldat erős bázis, maró és mérgező

hatású.
H 2 O( l )

N aOH ( s )    N a


( aq )

 OH


( aq )

NaCl-oldat elektrolízisével történik.
2 N aC l  2 H 2 O    
 2 N aO H  H 2  C l 2
elektrolízis

27


Slide 28

 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 klórdurranógázkeveréket.
 A katód- és anódtér elkülönítésének módja
alapján kétféle eljárást különböztetünk meg:
- a diafragmás- és
- higanykatódos eljárást.

28


Slide 29

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.

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.
29


Slide 30

Felhasználása:
 timföldgyártás,
 szappangyártás,
 cellulóz-, műselyem- és papírgyártás,

tisztítószerek gyártása,
 kőolajtermékek tisztítása.
 Híg vizes oldatát fertőtlenítésre is fel
lehet használni.

30


Slide 31

Nátrium-szulfát (glaubersó) – Na2SO4:
 A természetben is előforduló színtelen,

kristályos vegyület. +32°C alatt dekahidrát
formájában, míg +32°C fölött vízmentes
állapotban kristályosodik.

31


Slide 32

 Iparilag kősóból állítják elő magnéziumszulfát segítségével.

2NaCl + MgSO4 → Na2SO4 + MgCl2
 Felhasználása:

Nagy mennyiségben használja az üveg-,
papír- és textilipar.

32


Slide 33

Nátrium-nitrát (chilei salétrom) – NaNO3:
 Színtelen, vízben jól oldódó

kristályos vegyület, amely a
természetben is
megtalálható.

33


Slide 34

 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


Slide 35

35


Slide 36

Relatív atomtömeg

39,0983

Rendszám

19

K

0,82

420 kJ/mol

Az atom felépítése

Elektronkonfiguráció:

Elektronegativitás
Első ionizációs energia

p+ = 19
e- = 19
n0 = 20

1s22s22p63s23p64s1
vegyértékszint

A 7. leggyakrabban előforduló elem.
36


Slide 37

 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


Slide 38

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


Slide 39

 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


Slide 40

Emissziós színképe a látható tartományban

40


Slide 41

KOH-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


Slide 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.


42


Slide 43

 A 42-es tömegszámú K-izotópot az orvosi
diagnosztikában
 Egyes szerves vegyületek szintézisénél
 KO2 előállítására
 Más káliumvegyületek előállítására.

43


Slide 44

Reakcióképesebb a nátriumnál.
Oxigénnel közvetlenül KO2 (kálium-szuperoxidot)
képez a következő reakció szerint:
K + O2 → KO2
Vízzel heves, exoterm reakció közben káliumhidroxid és H2-gáz fejlődik:
2K + 2H2O → 2KOH + H2
44


Slide 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

45


Slide 46

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
A kálium és vegyületei a lángot fakóibolya színűre festik.
46


Slide 47

47


Slide 48

Fontosabb vegyületei
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.

48


Slide 49

K+

Cl−

Olvadáspont: 776°C
Forráspont: 1500 °C
Sűrűség: 1,98 g/cm3
49


Slide 50

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


Slide 51

Olvadáspont: 891°C
Forráspont: elbomlik
Sűrűség: 2,29 g/cm3
51


Slide 52

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


Slide 53

Olvadáspont: 334°C
Forráspont: 400°C-on elbomlik
Sűrűség: 2,11 g/cm3
53


Slide 54

Kálium-szulfát (arkanit) – K2SO4: Színtelen,
rombos kristályosszerkezetű anyag, amely
nem higroszkópos. Vízben csak kis
mértékben oldódik.
 Szinte kizárólag műtrágyaként használják.

54


Slide 55

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


Slide 56

Olvadáspont: 406°C
Forráspont: 1379°C
Sűrűség: 2,04 g/cm3
56


Slide 57

 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


Slide 58

58


Slide 59

Az 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


Slide 60

Az elemek gyakorisági sorában a 21. helyen áll. A
természetben csak vegyületei formájában fordul elő.
Fontosabb vegyületei: RbCl, Rb2CO3 és a RbOH.

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.
60


Slide 61

Li

Cs

61