2017.04.04. ALKÁLIFÉMEK

Fizikai tulajdonságok Vegyérték elektron konfiguráció: ns1 Kis ionizációs energia Oxidációs szám: +1 köbös centrált kockarács Kicsi sűrűség Puha fémek (nagy méret, kis rácsenergia) op, fp alacsony jó elektromos és hővezetők Me2 gőzeik színesek: Na2 rózsaszínű K2 kékeszöld

Lángfestés Oldódás Lítium kárminvörös Nátrium élénk sárga Kálium fakó ibolya Rubídium vörös Cézium kék Oldódás egymásban cseppfolyós ammóniában Me + (x+y)NH3  Me(NH3)y + e(NH3)x- 2 e(NH3)x-  e2(NH3)x2-

Kémiai tulajdonságok NaH + H2O  NaOH + H2 Nagy reakciókészség (petróleum alatt tartható el). A reakciókészség a csoportban fentről lefelé nő. 1. A legtöbb elemmel közvetlenül reagálnak a. Hidrogénnel sószerű hidrideket alkotnak 2Na + H2  2 NaH NaH + H2O  NaOH + H2 NaH + BH3  Na[BH4] Rendkívül erélyes redukálószerek, protikus oldószerekben a hidridion a protonnal hidrogént képez. H+ + H-  H2

Na2O2 nátrium-peroxid b. Halogénekkel MeX sókat képeznek 2K + Cl2  2 KCl Lítium-fluorid (LiF)n dimer vagy polimer (óriás molekulák jönnek létre) Lítium kötéssel kapcsolódnak össze (másodrendű kötés) Oxigénnel Li2O lítium-oxid Na2O2 nátrium-peroxid KO2, kálium-szuperoxid (RbO2, CsO2) MeO3 ozonidok

Na2O2 + 2H2O  2NaOH + H2O2 erős bázis Önmentő készülék működése Li2O + H2O  2LiOH gyenge bázis Na2O2 + 2H2O  2NaOH + H2O2 erős bázis Önmentő készülék működése 2KO2 + 2CO2 + H2O  2KHCO3 + 3/2O2 4KO2 + 2H2O  4KOH + 3O2 d. Kénnel, nitrogénnel melegítés hatására szulfidokat, nitrideket képeznek. e. Szénnel karbidokat alkotnak. 2. Vegyületekkel a. Vízzel hevesen, hidrogén fejlődés közben reagálnak (exoterm) 2Na + 2H2O  2NaOH + H2 b. Alkoholokkal kevésbé hevesen, hidrogén fejlődés közben reagálnak. 2Na + 2CH3OH  2CH3ONa + H2 nátrium-metilát

Előállítás 1. Davy (hidroxid elektrolízise) (ma NaCl, KCl olvadék elektrolízis) Higany katódos eljárás - NaCl olvadék elektrolízis Katód folyamat (-): nátrium  nátrium amalgám Anód folyamat (+): klórgáz Termékek: klórgáz hidrogéngáz NaOH

2NH4Cl + Ca(OH)2  2NH3 + CaCl2 + 2H2O 2. Solvay-féle szódagyártás (zseniális) NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl hűtött  2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O 2NH4Cl + Ca(OH)2  2NH3 + CaCl2 + 2H2O

Előfordulás Ásványok: Meghatározott sztöchiometriai képlet Kőzet: Ásványi keverék Előfordulás Elemi állapotban nem NaCl kősó, halit KCl szilvin Na2SO4.10H2O glaubersó Na2CO3 szóda NaHCO3 szódabikarbóna NaNO3 chilei salétrom Na2B4O7.10H2O bórax

Felhasználás Lítium: Mg ötvözése (rakéta technika) Pb ötvözése (csapágyfémek) LiNH2 antihisztamin alapanyag Nátrium: nátriumgőz lámpa fotocella szárítószer NaCl A nátrium vegyületek általános forrása Tartósítószer LiOH/NaOH szappanok

NaOH Papírgyártás Alumíniumgyártás Na2CO3 Üveggyártás Vízlágyító Na2O2 Hypo alapanyag Fertőtlenítőszer KCl Kálium vegyületek forrása KOH Szappangyártás Üveggyártás KO2 Gázmaszk

Alkálifémek bioszervetlen kémiája Alkálifém komplexek mesterséges makrociklikus (koronaéterek, kriptandok) természetes makrociklikus, makrociklikus származékokkal (valinomicin, nonaktin, monaktin) Miért stabilak? Pearson elmélet szerint: sav: elektronpár akceptor (alkálifém) kemény sav bázis: elektronpár donor (oxigén) kemény bázis

Koronaéterekkel alkotott komplexek (6 oxigén donor, 12 etilén csoport) kiindulási vegyület: etilén glikol koronaéter+víz Gyűrűt alkotó atomok számától függ: ion megkötés erőssége, komplex stabilitás értéke A nagyobb tagszámú vegyületek zeg-zugosak (koronaszerű) minden atom sp3 hibr.

Kriptand 2 gyűrű - makrobiciklikus származék sp3 hibr. (mindhárom dimenzióban körbeveszi a fémiont) Kiindulási vegyületek: etilén glikol + trisz-(2-hidroxi-etil)-amin → kriptand + víz Kriptát kriptand alkálifémion komplexe Nagy stabilitású, szelektivitású komplexek

Természetes eredetű makrociklikus antibiotikumok Nonaktin (hatékonyabb mert szelektívebb a káliumionra) 4 tetrahidrofurán oxigénje + 4 CO csoport oxigénje Lewis bázis torzult köbös (hexaéder) geometria lipofil csoport -CH3 (ionofor) Monaktin Koord: 8, köbös geometria

Valinomicin Lakt: tejsav (-hidroxi-propionsav) H: 2-hidroxi-izovaleriánsav Val: (valin, esszenciális aminosav) Sorrend: D-Val, Lakt, L-Val, H (4 egység, körbe) valamennyi vegyület bifunkciós Koord.szám: 6, torzult oktaéderes geometria valinomicin - K+ komplex stabilitása 104-szer nagyobb, mint a Na+, Li+ komplexé. ionofor

Természetes membrán fehérjét is tartalmaz Mesterséges lipid kettős rétegen: Diffúzió a koncentráció gradiens irányában Sejtmembránon képes diffúzióval átjutni poláris kisméretű molekulák (H2O, alkoholok) apoláris kisméretű molekulák ( O2, CO2) Nem átjárható poláris nagyobb molekulák (cukrok, aminosavak) ionok (Na+, K+, Cl-) Természetes membrán fehérjét is tartalmaz Ionok és nagyméretű molekulák számára átjárhatóvá kell tenni!transzport fehérjék (carrier molekulák) energia felhasználásával (aktív transzport) energia felhasználás nélkül (passzív transzport)

Passzív transzport: Karrier molekulák nélkül (kisméretű molekulák) Karrier molekulák segítségével: Facilitált (könnyített) Kicserélődési diffúzió Aktív transzport (ATP-vel)

Nátrium-kálium pumpa Intracelluláris tér K : Na = 10 : 1 Extracelluláris tér K : Na = 1 : 30 Aktív transzport: Na+ ki/ K+ be Ehhez az energiát Na-K ATPáz hidrolízise fedezi 1ATP → 3 Na+ ki és 2 K+ be

Lítium biológiai hatása Mániás-depressziós betegek kezelése mániás fázisban Li2CO3-tal. Csökken a Na+ koncentráció az intracelluláris térben Ca2+ és Mg2+ koncentrációt befolyásolja Acetil-kolin és gamma-aminovajsav metabolizmusát befolyásolja