Vodík a alkalické kovy

Prírodné vedy » Chémia

Autor: babuska (24)
Typ práce: Maturita
Dátum: 16.09.2015
Jazyk: Čeština
Rozsah: 1 292 slov
Počet zobrazení: 2 458
Tlačení: 194
Uložení: 195
Praktické!

Vodík a alkalické kovy

Charakteristika
-  vodík a alkalické kovy (sodík, draslík, rubidium, cesium a francium) tvoří I. A skupinu periodické soustavy prvků
-  jedná se o nepřechodné prvky
-  elektronová konfigurace valenční vrstvy je ns1, nachází se v ní tedy pouze jeden elektron, který je umístěn v orbitalu s
-  vodík nabývá ve sloučeninách oxidačního čísla –I  (v hybridech) a +I
-  alkalické kovy nabývají ve sloučeninách pouze oxidační čísla +I, které odpovídá číslu skupiny
 

Vodík H (Hydrogenium)

Výskyt
-  nejrozšířenější prvek ve Vesmíru - na stálicích a ve sluneční atmosféře
-  třetí nejrozšířenější prvek na Zemi. Volný se vyskytuje vzácně, např. v sopečných plynech, zemním plynu. Největší množství vodíku je vázáno ve vodě, která pokrývá dvě třetiny zemského povrchu, téměř ve všech organických sloučeninách, ve všech kyselinách a hydroxidech.
- je biogenní prvek
-  v přírodě jsou známy tři izotopy, lišící se počtem neutronů v jádře: lehký vodík (protium) 1H, těžký vodík (deuterium) 2H a tritium 3H
 
Vlastnosti
-  za normálních podmínek je bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu
-  skládá se z dvouatomových molekul H2 , ve kterých jsou atomy vázány jednoduchou kovalentní vazbou
-  molekuly vodíku jsou malé, že snadno pronikají pevnými materiály
-  slučuje se téměř se všemi prvky s výjimkou vzácných plynů a některých nepřechodných kovů
-  molekulový vodík není příliš reaktivní. Jeho reaktivitu zvyšuje přítomnost některých kovů (Pt, Ni), které katalyzují štěpení vodíku na atomy, a tím zvyšují jeho reaktivitu.
-  ve vodě se rozpouští nepatrně
-  s kyslíkem se vodík prudce slučuje na vodní páru:
  2 H2  +  O2  →  2 H2O  (třaskavá směs)
- zapálená směs vodíku s kyslíkem nebo vzduchem je výbušná, a to tím více, čím je složení plynů bližší poměru 2 : 1
-  čistý vodík hoří nesvítivým plamenem. Jestliže se do plamene vhání kyslík, dosahuje teplota plamene téměř 3000 0C, takže tímto plamenem lze svářet a řezat kovy
 
Laboratorní příprava
1.  reakce neušlechtilých kovů s neoxidujícími kyselinami, popř. hydroxidy:
Zn  +  2 HCl  →  ZnCl2  +  H2
Zn  +  2 NaOH  +  2 H2O  →  Na2[Zn(OH)4]  +  H2
2.  reakcí prvků I. A a II. A skupiny s vodou:
2 Na  +  2 H2O  →  2 NaOH  +  H2
 
Průmyslová výroba
1.  termickým rozkladem methanu (tepelným rozkladem nasycených uhlovodíků získaných z ropy a zemního plynu):
   CH4 (g)   C (s)  +  2 H2 (g)
2.  konverzí vodního plynu (získá se velmi čistý vodík, který se používá např. ke ztužování tuků):
V první fázi přeháněním vodní páry přes rozžhavený koks získáme vodní plyn:
  C (s)  +  H2O (g)   CO (g)  +  H2 (g)
  Ve druhé fázi reaguje CO s dalším podílem vodní páry:
  CO (g) +  H2O (g)   CO2 (g)  +  H2 (g)
  CO2 se ze směsi plynů odstraní vypíráním ve vodě a dále v roztoku KOH.
3. vedlejší produkt při elektrolýze vodného roztoku NaCl (výroba NaOH)
 
Chemické reakce vodíku
1. reaguje se všemi halogeny
  H2  +  X2  →  2 HX kde X = F, Cl, Br, I
2. redukcí plynným vodíkem lze připravit řadu kovů z jejich oxidů
  CuO  +  H2  →  Cu  +  H2O
  WO3  +  3 H2  →  W  +  3 H2O
3. hydrogenace  
  -  probíhají za účasti katalyzátoru
  CO  +  2 H2  →  CH3OH  (methylalkohol)
 
Sloučeniny
anorganické – např. voda, kyseliny, hydroxidy, hydridy
organické – uhlovodíky, jejich deriváty, přírodní látky
 
Použití
-  redukční činidlo
-  k syntéze amoniaku určeného převážně k výrobě hnojiv
-  v organické syntéze (výroba methanolu, hydrogenace v chemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu)
-  v metalurgii k získávání těžko vyredukovatelných kovů z jejich oxidů, např. wolfram, měď
-  kyslíkovodíkový plamen se používá ke svařování kovů
-  raketové palivo
-  odstraňování síry z ropy
 

Alkalické kovy

Výskyt
-  vysoce reaktivní, proto se vyskytují výlučně ve sloučeninách
Na, K – patří mezi nejrozšířenější prvky zemské kůry (křemičitany, živce, slídy)
NaCl – sůl kamenná (halit), NaNO3 – chilský ledek, KCl sylvín, KNO3 – ledek draselný
Na, K – důležité biogenní prvky (metabolismus buněk) vyskytují se v rostlinách, obsaženy v mořské vodě a minerálních vodách
Li – vyskytuje se v železnato-hořečnatých minerálech
 
 Vlastnosti
-  všechny alkalické kovy jsou silně elektropozitivní, jejich reaktivnost stoupá s rostoucím protonovým číslem Z
-  elektronová konfigurace ns1, odtržením valenčního elektronu vzniknou bezbarvé MI
-  sloučeniny mají převážně iontový charakter
-  mají silně redukční vlastnosti, které stoupají od Li k Cs
na vzduchu se oxidují, jsou samovznítitelné (uchovávají se pod petrolejem)
Li, Na, K mají menší hustotu než voda
měkké, dají se krájet nožem (nejtvrdší Li), na řezu stříbrolesklé
barví plamen: Li+ – karmínově červeně, Na+ – žlutě, K+ – fialově
Fr – radioaktivní, malý poločas rozpadu, nejelektropozitivnější prvek
 
Chemické reakce alkalických kovů
mimořádně reaktivní, nejreaktivnější Cs (neuvažujeme-li Fr)
s prvky alkalické kovy reagují přímo, téměř všechny reakce lze označit jako redukce

- s vodíkem reagují za mírného zahřátí za vzniku hydridů

2 Na  +  H2  →  2 NaH
2.  s kyslíkem tvoří různé binární sloučeniny, jejichž typ závisí na velikosti kationu alkalického kovu
4 Li  +  O2  →  2 Li2O  oxid
2 Na  +  O2  →  Na2O2 peroxid
K  +  O2  →  KO2 hyperoxid
3.  s molekulovým dusíkem reaguje za vyšších teplot pouze Li
6 Li  +  N2  →  2 Li3N  nitrid
4.  reakce s halogeny probíhají bouřlivě
  2 Na  +  Cl2  →  2 NaCl
5. halogenidů ostatních kovů vyredukují alkalické kovy příslušný kov
  AlCl3  +  3 Na  →  Al  +  3 NaCl
6.  alkalické kovy z vody vyredukují vodík. Reakce probíhá nejpomaleji u Li. Na se v průběhu reakce taví. Další alkalické kovy při reakci hoří (hoří uvolňující se vodík a páry alkalických kovů)
7.  alkalické kovy redukují vodík i z řady dalších sloučenin: z alkoholů (vznik  alkoholátů), z amoniaku (vznik amidů), z acetylénu (vznik acetylidů)
 
Výroba
-  elektrolýzou tavenin halogenidů nebo hydroxidů alkalických kovů (alkalické kovy se vylučují na záporné katodě)
 
Sloučeniny
-  většinou jsou bezbarvé (barevnost může způsobit anion př. KMnO4)
-  mají převážně iontový charakter
-  většinou rozpustné v polárních rozpouštědlech (s výjimkou LiF, Li2CO3, Li3PO4, KClO4)
-  jsou silné elektrolyty

- bezkyslíkaté – hydridy, halogenidy (NaCl – nejvýznamnější, využití: potravinářský průmysl, výroba NaOH, Na2CO3, Na), sulfidy
- kyslíkaté – oxidy, peroxidy,

hydroxidy – bezbarvé, hygroskopické, silně lepkavé, rozpustné ve vodě, silné zásady (výjimka LiOH – málo hygroskopický, ve vodě málo rozpustný), leptají sklo, porcelán
NaOH – výroba elektrolýzou roztoku NaCl nebo z uhličitanů tzv. kaustifikací:
Na2CO3  +  Ca(OH)2  →  CaCO3  +  2 NaOH
 nerozpustný CaCO3 se odfiltruje a získá se vodný roztok (obdobně KOH)
využití hydroxidů alkalických kovů je při výrobě mýdel, celulózy, papíru, umělého hedvábí
uhličitany: Na2CO3 (soda), krystaluje z  vodných roztoků  jako  Na2CO3 . 10 H2O
 „krystalová soda“, alkalická reakce v důsledku hydrolýzy, výroba ze solanky  Solvayovým způsobem, který je založen na malé rozpustnosti NaHCO3 ve vodě:
  NaCl + H2O+  NH3  +  CO2  →  NaHCO3  +  NH4Cl  
vylučuje se málo rozpustný NaHCO3, který se za vyšší teploty rozkládá na Na2CO3 tzv. „kalcinovaná soda“
  2 NaHCO3  Na2CO3  +  CO2  +  H2O
CO2 a H2O se vrací zpátky do výroby spolu s NH3, který se uvolňuje z NH4Cl účinkem hašeného vápna: 
2 NH4Cl  +  Ca(OH)2  →  2 NH3  +  CaCl2  +  2 H2O
  - využití uhličitanů je při výrobě skla, pracích prostředků, v chemické technologii
  -  NaHCO3: „užívací soda“ – ve vodě omezeně rozpustný, užívá se k neutralizaci žaludečních šťáv, kypřicí prášek do pečiva
  -  dusičnany: NaNO3, KNO3 – dobře rozpustné ve vodě, důležitá průmyslová hnojiva
  - sírany: M2SO4, MIHSO4 – dobře rozpustné ve vodě, největší význam Na2SO4 . 10 H2O tzv. Glauberova sůl – užívaná k výrobě papíru, v textilním průmyslu
  - dusitany: KNO2, NaNO2 – toxické látky, užívají se v organické chemii (diazotace, výroba barviv)  
 
Použití
Li – přísada do slitin ke zlepšení vlastností, výroba LiH
Na – výroba NaH, Na2O2, redukční činidlo, sodíkové elektrické lampy
slitina K, Na – chlazení atomových reaktorů
Rb, Cs – konstrukce fotočlánků
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Vyhľadaj ďalšie vhodné študentské práce pre tieto kľúčové slová:

#alkalicke kovy #chemia vodik #vodík vo vesmíre #vodík #sodík #prezentacie na chemiu alkalicke kovy

Maturitné otázky z chémie



Odporúčame

Prírodné vedy » Chémia

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.021