Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

AZ S-MEZŐ ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK Elektronszerkezetükns 1 ns 2 Elektronegativitás 1,0-0,7 1,5-0,9 Ionizációs energia 520-376 899-509 (kJ/mol) 1757-979 Sűrűség.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "AZ S-MEZŐ ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK Elektronszerkezetükns 1 ns 2 Elektronegativitás 1,0-0,7 1,5-0,9 Ionizációs energia 520-376 899-509 (kJ/mol) 1757-979 Sűrűség."— Előadás másolata:

1 AZ S-MEZŐ ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK Elektronszerkezetükns 1 ns 2 Elektronegativitás 1,0-0,7 1,5-0,9 Ionizációs energia (kJ/mol) Sűrűség 0,54-1,90 1,85-5,5 Jellemző oxidációs áll.+1+2 Olvadáspont Forráspont Standard el. potenciál -3,03,-2,71-1,85,-2,92

2 AZ S-MEZŐ ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK Ion r + (pm) r + (pm) n(H 2 O) ΔH hidr. Ion r 2+ (pm) ΔH hidr. hidrat. kJ/mol kJ/mol Li Be Na Mg K Ca Rb ? 293 Sr Cs Ba A Li, illetve a Be és a Mg sajátságai kissé eltérnek a csoport többi tagjáétól: -kicsiny méret → nagy felületi töltéssűrűség → erős polarizálóképesség → kovalens kötési hajlam (pl. rendkívül erősen kötött hidrátburok). A Li és a Mg; illetve a Be és az Al hasonlósága: átlós rokonság (hasonló méret, illetve még hasonlóbb felületi töltés-sűrűség.

3 AZ ALKÁLIFÉMEK JELLEMZÉSE Elemr(atom) I1 I2 Op,°C Fp,°C ε, (V) EN (pm) (kJ/mol) Li ,02 1,0 Na ,71 0,9 K ,92 0,8 Rb ,99 0,8 Cs ,02 0,7 Fr 375 0,7 H > ,0 2,1 Cl ,36 3,0 A fizikai és a kémiai tulajdonságok a csoportban lefelé túlnyomórészt monoton változnak.

4 AZ ALKÁLIFÉMEK JELLEMZÉSE Fizikai tulajdonságok: -Kis sűrűségűek, puhák, vághatóak, alacsony op. és fp., jó hő –és elektromos vezetőképesség, nagy atom-és ionsugár; -Gőzeik egyatomosak; -Külső héjon levő elektronjuk könnyen gerjeszthető → jellemző színűre festik a lángot: Li – vörösRb – sötétvörös Na – sárgaCs – kék K – fakóibolya(nem ugyanazon átmenetre vonatkoznak) -Más fémekkel ötvözhetők, higanynyal amalgámot képeznek; -Cseppfolyós ammóniában (amminokban) jól oldódnak

5 AZ ALKÁLIFÉMEK OLDÓDÁSA CSEPPF. NH 3 -BAN Oldható fémek: alkáli fémek és Ca, Sr, Ba, Eu, Yb Híg oldat M + (x+y)NH 3 = [M(NH 3 ) y ] + + e(NH 3 ) x - Kék színű, vezeti az elektromos áramot, paramágneses ↔ szolvatált elektron Töményebb oldat 2 e(NH 3 ) x - = e 2 (NH 3 ) z 2- + (2x-z)NH 3 Narancssárga oldat, a szolvatált elektron párosodása → a paramágnesség csökken Tömény oldat 2 M(s) = [M(NH 3 ) y ] + + [Me 2 (NH 3 ) z ] - A szolvatált kation stabilizálása alkidok:(M solv + )(M solv - ) elektridek:(M solv + )(e solv - ) Amid-képződés:2Na + 2NH 3 = 2NaNH 2 + H 2 Fény vagy átmenetifém-ionok (pl. Fe 3+ ) katalizálják.

6 AZ ALKÁLIFÉMEK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI Igen reakcióképes elemek, a reakcióképesség a csoportban lefelé nő. Erős redukálószerek Reakció Megjegyzés M + H 2 O → MOH + H 2 Hidroxidjaik a legerősebb ismert bázisok Li + O 2 → Li 2 O Monoxid képződik Li esetében (és kismértékben Na-nál) Na + O 2 → Na 2 O 2 Peroxid képződik Na esetében (és kismértékben Li-nál) K + O 2 → KO 2 Szuperoxid képződik K, Rb, Cs esetében M + H 2 → MH Sószerű hidridek Li + N 2 → Li 3 N Nitridet csak a Li képez M + NH 3 → MNH 2 Mindegyikük képez amidokat M + X → M 3 XMindegyikük képez foszfidokat/arzenideket/antimonidokat M + X → M 2 XMindegyikük képez szulfidokat/szelenideket/telluridokat M + X → MXMindegyikük képez halogenideket M + C → M 2 C 2 csak a Li és Na, a többi intersticiális karbidokat képez

7 AZ ALKÁLIFÉMEK ELŐFORDULÁSA, ELŐÁLLÍTÁSA Előfordulás: csak vegyületeikben, +1 oxidációs állapotban NaCl-kősó, NaNO 3 -chilei salétrom, Na 2 SO 4 ∙10H 2 O-glaubersó, Na2CO3∙10H2O-szóda, NaHCO 3, Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ]∙8H 2 O-bórax KCl-szilvin, KCl∙MgCl 2 ∙6H 2 O-karnallit K 2 CO 3 -hamuzsír, Szilikátok (tengervíz) Li, Rb, Cs,: ritka elemek Na,K: élővilágbeli előfordulásuk (a K szélesebb körben) Előállítás: Halogenidjeik olvadék-elektrolízise (grafit anód, acél katód) K,Rb,Cs: olvadék halogenidek redukciója Na-mal

8 AZ ALKÁLIFÉMEK FELHASZNÁLÁSA Redukálószer, víztelenítőszer, hűtőfolyadék (nukleáris reaktorokban), galvánelemek (Li-anód, polivinil-piridin-I 2 -katód, LiI elektrolit), ötvözőanyag (14%Li,1%Al,85%Mg; repülőgépipar) Na 2 CO 3 : üveggyártás alapanyaga, Li 2 CO 3, K 2 CO 3 : porcelán- és üveggyártás adalékanyaga, NaCl: NaOH gyártás alapanyaga, utak sózása (környezetvédelem!) NaOCl, Na 2 O 2 : fehérítés: textil- és papíripar KMnO 4 : fertőtlenítőszer, oxidálószer KO 2 : kisegítő oxigénforrás Li-sztearát: kenőcsök adalékanyaga

9 ALKÁLIFÉMHIDRIDEK, HALOGENIDEK Ionrácsos vegyületek: a rácsenergia a Li→Cs és F→I irányben csökken Hidridek: fehér színű, bomlékony, magas olvadáspontú, kemény, vízoldható, vegyületek. Redukálószerek: LiAlH 4, NaBH 4 (szelektívek) Halogenidek: fehér színű, termikusan stabil, vízoldható vegyületek. LiF 2 dimerek, a Li kis mérete miatt a H-kötéshez hasonló Li-kötés alakul ki. Olvadáspont Forráspont Rácsenergia

10 IONRÁCS TÍPUSOK I. AX típusú ZnS rács r + /r - < 0,414 N=4 hexagonális rács NaCl rács r + /r - = 0,414 – 0,733 N=6 a kocka csúcsain fel- váltva vannak az ionok CsCl rács r + /r - > 0,733 N=8 tércentrált köbös rács

11 IONRÁCS TÍPUSOK II. AX 2 típusú CaF 2 rács TiO 2 rács SiO 2 rács CdI 2 rács rétegrács r + /r - > 0,732 N k =8 N a =4 kétszer annyi anion, mint kation r + /r - > 0,732 -0,414 N k =6 N a =3 oktaéderes elrendeződés r + /r - < 0,414 N k =4 N a =2 kevésbé ionos, így nem fluorit rácsot képez

12 ALKÁLIFÉM VEGYÜLETEK Oxidok, hidroxidok M 2 O, M 2 O 2, MO 2 és MO 3 összetételűek, oxigénnel reagálva: Li 2 O, Na 2 O 2, KO 2, szuboxidok (Cs, Rb) a fém oxidációs állapota 1 alatt van (fém-fém kötés: pl. Cs 7 O (bronz), Cs 4 O 2 (ibolyásvörös), Cs 11 O 3 (ibolya) Vízzel bázisokat képeznek: Li 2 O + H 2 O = 2LiOH Na 2 O 2 + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 O 2 2KO 2 + 2H 2 O = 2KOH +H 2 O 2 + O 2 NaOH előállítása: NaCl oldat elektrolízise: (1) Pt (vagy grafit) elektródos, (2) Hg katódos (környezetszennyezés), (3) membráncellás eljárások

13 ALKÁLIFÉM VEGYÜLETEK Szulfidok, poliszulfidok M 2 S, illetve M 2 S n (n=2,3,4,5,6) összetételűek, Li/S, Na/S akkumulátorok Oxosavak sói Karbonátok, hidrogénkarbonátok (karbonát dimer) Solvay féle szódagyártás: NaCl, + H 2 O + CO 2 + NH 3 = NaHCO 3 + NH 4 Cl NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 (hevítés) üvegipar, füstgázok kénmentesítése nitrátok, nitritek: robbanószeripar foszfátok: trisó (vízlágyítás) NaOCl (hipó) NaOH oldatba Cl 2 gázt vezetnek Na 2 S 2 O 3 (fixirsó) fényképezés

14 ALKÁLIFÉM KOMPLEXEK Makrociklusos poliéterek: koronaéterek és kriptándok (a komplex neve kriptát) Jelentőségük: -méretviszonytól függő nagy stabilitású és szelektivitású/specifitású alkálifém-, alkáliföldfém- és átmenetifém komplexek; -biológiai jelentőségük: ionpumpák, modellezése, szelektív fémeltávolítás; -ionrácsos vegyületek szerves fázisba vitele (KMnO 4 benzolban 18-C-6-tal, extrakció, fázistranszfer katalízis); Nobel díj: C.J. Pedersen, D. Cram, J.M. Lehn; dibenzo-18-korona-6 (18-C-6) kriptánd-222

15 SPECIÁLIS ALKÁLIFÉM VEGYÜLETEK Fémorganikus vegyületek Elsősorban a Li képez ilyen vegyületeket (kis ionméret, kovalens kötés képzési hajlam) R-X + 2Li →R-Li + LiCl (éterben) termikusan és hidrolitikusan instabilis vegyületek; szerves szintézisekben lehetnek fontosak, pl.: (A vitamin gyártásban) LiAr + CO 2 → ArCO 2 Li → ArCOOH + LiOH 4LiBu + CH 3 -C≡CH →Li 3 C-C≡CLi + 4BuH (→ A vitamin) Vízben rosszul oldódó alkálifém vegyületek Li: Li 3 PO 4, Li 2 CO 3, LiF; Na: Na[Sb(OH) 6 ], NaZn(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 9 ∙6,5H 2 O; K: KClO 4, KH-tartarát, K 2 [PtCl 6 ], K 3 [Co(NO 2 ) 6 ], K[B(C 6 H 5 ) 4 )]; Rb, Cs: M + [(CN)B(C 6 H 5 ) 3 ];

16 AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK JELLEMZÉSE Elemr(atom) r(ion) I1 I2 Op,°C Fp,°C ε, (V) EN (pm) (pm) (kJ/mol) Be ,5 Mg ,36 1,2 Ca ,84 1,0 Sr ,891,0 Ba ,92 0,9 Ra ,92 0,9 Kis ionizációs energiájuk és elektronegativitásuk révén a +2 oxidációs állapot elérésére törekednek →az ionméret kicsi→ nagy felületi töltéssűrűség; Be,Mg: kiugróan kicsiny ionméret, nagy polarizálóképesség → kovalens molekulák; Ca-Ra: inkább ionos vegyületeket képeznek.

17 AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK JELLEMZÉSE Fizikai tulajdonságok: -Az alkálifémekhez képest szorosabb illeszkedésű fémes rács és több delokalizált elektron → nagyobb sűrűségűek, keményebbek, magasabb op. és fp., jó hő –és elektromos vezetőképesség, -Gőzeik egyatomosak; -Külső héjon levő elektronjuk könnyen gerjeszthető → jellemző színűre festik a lángot: Be, Mg – Sr – bíborvörös Ca – téglavörösBa – fakózöld -Cseppfolyós ammóniában (amminokban) jól oldódnak; az NH 3 elpárolgásával hexammin komplex marad vissza, ezek lassan amiddá alakulnak: M(NH 3 ) 6 →M(NH 2 ) 2 + 4NH 3 + H 2 Vö. az alkálifémek esetén a fém marad vissza.

18 AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI A reakcióképesség a csoportban lefelé nő. A Be és a Mg felületét összefüggő oxidréteg védi. Oxidjaik képződéshője nagy; égésükkel nagy lánghőmérséklet érhető el (Mg égése levegőn és CO 2 -ban); Mg+KClO 3 : villanópor Reakció Megjegyzés M + 2HCl → MCl 2 + H 2 mindegyikük H 2 fejlődésével oldódik savakban M + 2H 2 O → M(OH) 2 + H 2 Be vízgőzzel, Mg forró vízzel, a többi hideg vízzel Be + NaOH → Na 2 [Be(OH) 4 ] + H 2 a Be amfoter 2M + O 2 → 2MOszabályos oxidoat képeznek Ba + O 2 → BaO 2 peroxid képződik Ba esetében O 2 feleslegben M + H 2 → MH 2 Sószerű hidrideket képeznek magas T-n (Ca, Sr, Ba) 3M + N 2 → M 3 N 2 Nitrideket képeznek magas hőmérsékleten 3M + 2NH 3 → 2 M(NH 2 ) 2 Mindegyikük képez amidokat 3M + 2P → M 3 P 2 Mindegyikük képez foszfidokat M + X → MXMindegyikük képez szulfidokat/szelenideket/telluridokat M + X 2 → MX 2 Mindegyikük képez halogenideket

19 AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK ELŐFORDULÁSA ÉS ELŐÁLLÍTÁSA Előfordulás: csak vegyületeikben, +2 oxidációs állapotban, a földkéreg leggyakoribb elemei közé tartoznak BeO∙Al 2 O 3 -krizoberill, Be 3 Al 2 Si 6 O 12 -berill, (Cr 2 O 3 szennyezés: smaragd) MgCO 3 -magnezit, CaCO 3 -mészkö, CaMg(CO 3 ) 2 -dolomit CaSO 4 ∙2H 2 O-gipsz, Ca 3 (PO4) 2 -foszforit, apatit; szilikátok; Sr a Ca kísérője, SrSO 4 – celesztit, BaCO 3 -witherit, BaSO 4 -barit Ra: csak radioaktív izotópjai vannak (226Ra(α), t ½ =1600 év Li, Rb, Cs,: ritka elemek Mg, Ca: élővilágbeli előfordulásuk (a Mg szélesebb körben) Előállítás: Halogenidjeik olvadék-elektrolízise (grafit anód, acél katód) BeO, BeF 2 redukciója Mg-mal

20 AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS FELHASZNÁLÁSA Előállítás Mg, Ca vegyületek redukciója Si.mal vagy Al-mal; szilikotermiás eljárás: 1. hevítés: CaCO 3, MgCO 3 → CaO, MgO 2. +FeSi: CaO, MgO + FeSi →Mg + Ca 2 SiO 4 + Fe Sr, Ba vegyületek redukciója Al-mal Felhasználás Be: szerkezeti anyag (könnyű, kemény, ellenálló); ötvözetei: Al, Ti, V, Cu (repülőgépipar, rakétatechnika, csapágygyártás, szerszámgépek); Mg-Al ötvözetek: reülőgépipar Ca-Al ötvözetek (keményíti a fémet) Ca, Mg: redukálószer Sr vegyületek: képcsövek üvege, pirotechnika

21 ALKÁLIFÖLDFÉM HIDRIDEK, HALOGENIDEK CaH 2, SrH 2, BaH 2 ionosak, (BeH 2 ) n és (MgH 2 ) n kovalensek és polimerek (háromcentrumos kötés stabilizálja a fémek elektronhiányát) (BeCl 2 ) n kovalens polimer (halogenidhíd révén pótlódik a fém elektronhiánya; a többi MX 2 vegyület ionos. BeF 2 monomer, vízben jól oldódik, [BeF 4 ] 2- képződéssel stabilizálódik a molekula, pótlódik a Be elektronhiánya; a többi fém fluoridja vízben általában nem oldódik CaF 2 (HF és F 2 forrás) A többi haligenid ionos vegyület, vízben jól oldódnak (MgCl 2, CaCl 2 jégmentesítés, CaCl 2 /H 2 O op: -55°C, NaCl/H 2 O op: -18°C

22 ALKÁLIFÖLDFÉM VEGYÜLETEK Oxidok, hidroxidok MO → M(OH) 2 bázisképző oxidok, báziserősség és oldhatóság a csoportban lefelé nő. Be(OH) 2 +2OH- = [Be(OH) 4 ] 2- hasonlóság az Al- és Zn-hez) MO oxidjaik ionosak, legfontosabb a CaO (égetett mész) CaCO 3 (900 °C) → CaO (H 2 O) → Ca(OH) 2 (oltott mész) habarcs: Ca(OH) 2 + SiO 2 (homok) kötése során CO 2 -ot vesz fel →CaCO 3 + CaSiO 3 MO2 peroxidok (stabilitásuk a kation méretével nő) (pl. BaO 2 ) 2BaO + O 2 ↔ 2BaO 2 (H 2 O 2 előállítása) Összetett sóik nitrátok: vízoldhatóak valamennyi fémnél karbonátok, szulfátok vízoldhatósága a csoportban lefelé csökken hidrogénkarbonátok (Ca, Mg): változó keménység, cseppkőképződés, vízkőlerakódás gipsz: 150 °C 200 °C 1100°C CaSO 4 ∙2H 2 O——→CaSO 4 ∙1/2H 2 O ——→ CaSO 4 ——→ CaO + SO 3 foszfátok: foszforit, apatitok (lásd foszfor kémiája)

23 ALKÁLIFÖLDFÉM KOMPLEXEK ÉS FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK Komplexek Kiemelkedő fontosságúak a koronaéterekkel, kriptándokkal (méretspecificitás), illetve a Be és a Mg tetrapirrol vázú vegyületekkel képezett komplexei Fémorganikus vegyületek A Be és a Mg sok ilyen vegyületet képez, de néhány Ca, Sr és Ba vegyület is ismert Grignard reagens (1901 Lyon, 1912 Nobel díj) Mg + RX ——→ R-Mg-X(R = alkil vagy aril) (X = Br -, I - esetleg Cl - ) apoláris oldószerben (pl éterben); poláris oldószerekben elhidrolizálnak: 2RMgX + 2H 2 O = RH + Mg(OH) 2 „ MgX 2 Felhasználása: szerves szintézisekben: oxo vegyületek, amidok, alkánok előállítása

24 A GRIGNARD REAGENS Összetett egyensúlyi rendszer a halogenidion hídligandum, illetve a Mg elektronhiányos volta miatt: Az egyensúlyok helyzete a koncentrációtól, a halogenidtől, az oldószertől, a hőmérséklettől függ. A részecskéket az oldószer (éter) molekulák szolvatálják. asszociáció disszociáció ionizáció disszociáció asszociáció ionizáció asszociáció ionizáció (Schlenk) diszproporció

25 BIOLÓGIAI JELENTŐSÉGÜK Biológiai fontosságuak: Na, K, Mg, Ca, LiCO 3 : mániás depresszióban gyógyszer Be- mérgező (Mg helyettesítés), 90 Sr- radioaktív, Ba- idegméreg (de BaSO 4 röntgen kontrasztanyag) Biológiai hatásuk egyenetlen eloszlássejten belül: K +, Mg 2+ sejten kívül: Na +, Ca 2+ ionpumpák révén valósul meg (szelektív kötőhelyű fehérjék) sav-bázis egyensúly, ozmótikus egyensúly fenntartása (K +, Na + ) fiziológiai folyamatok szabályzása (pl. Ca 2+ izomösszehúzódásban) enzimek aktiválása (Mg 2+ ), foszfatázok, ATPáz, klorofill alkotórésze (Mg 2+ ), fotoszintézis vázanyag (csont, fog) 3Ca 3 (PO 4 ) 2 ∙CaF 2 ; (tojáshéj) CaCO 3, kőképződés pl. Ca(COO) 2


Letölteni ppt "AZ S-MEZŐ ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK Elektronszerkezetükns 1 ns 2 Elektronegativitás 1,0-0,7 1,5-0,9 Ionizációs energia 520-376 899-509 (kJ/mol) 1757-979 Sűrűség."

Hasonló előadás


Google Hirdetések