Leelismetallid, I A Li liitium, Na naatrium, K kaalium, Rb, Cs, Fr

Transcript

1 Leelismetallid, I A Li liitium, Na naatrium, K kaalium, Rb, Cs, Fr Li Na K Z A r El.neg st, C kt, C ρ, g/cm o-a +I El. konfig. [He]2s 1 [Ne]3s 1 [Ar]4s 1 Välisel elektronkihil vaid üks elektron, selle loovutamisel tekib ioon Me +, mille elektronkonfiguratsioon vastab väärisgaasile ns 2 np 6, mistõttu on leelismet. oa. ühendites alati +I. Leelismet. loovutavad väliskihi elektroni kergelt, olles keemiliselt väga aktiivsed, eriti K, Rb ja Cs. Ühendites on iseloomulik iooniline side. Binaarsed ühendid on aluseliste omadustega. Leelismetallid on lihtainena hõbevalged (Cs kollane), pehmed, väga kerged metallid (tihedus väiksem kui veel!). Head elektri- ja soojusjuhid. Looduses ainult ühenditena, neist peamised: AlLi[Si 2 O 6 ] spodumeen AlLiF(PO 4 ) ambligoniit NaCl kivisool Na 2 SO 4 10H 2 O mirabiliit KCl sülviin KCl MgCl 2 6H 2 O karnalliit KCl MgSO 4 3H 2 O kainiit paljud looduslikud silikaadid Organismis esinevad peamiselt kloriididena, karbonaatidena ja fosfaatidena. Näit. NaCl stabiliseerib vere osmootset rõhku, kaaliumil on oluline osa südame töös. Li ja Na saadakse sulatatud soolade elektrolüüsil, ülejäänuid nende suure aktiivsuse tõttu eritingimustes keemiliste meetoditega, näiteks: KOH (sulat.) + Na K + NaOH Kasutamine: redutseerijatena org. sünteesis metallorgaaniliste ühendite saamisel, lisanditena sulamites (Li, Na tõstavad tugevust ja korrosioonikindlust); Na kasut. metallotermias Ti ja Zr tootmisel; Li, Na soojuskandjatena tuumaenergeetikas; K, Rb, Cs fotoelementide valmistamisel

2 Lihtainete omadused Reageerivad mittemetallidega energiliselt, enamasti juba toatemperatuuril. Säilitatakse petrooleumis. Hapnikuga annab oksiidi vaid Li. Na annab peroksiidi; K, Rb, Cs hüperoksiidi. 2Na + O 2 Na 2 O 2 K + O 2 KO 2 naatriumperoksiid kaaliumhüperoksiid Oksiidide saamiseks tuleb neid veel redutseerida vastava metalliga. Leelismet. põlevad fluoris, klooris ja CO 2 -s; Rb ja Cs süttivad õhus. K reaktsioonis veega eralduv vesinik süttib, Rb ja Cs reageerivad veega plahvatusega 2K + 2H 2 O 2KOH + H 2 Leelismet. ühendid annavad gaasipõleti leegile iseloomuliku värvuse (leekreaktsioon): Li punane, Na kollane, K violetne. Nendel iseloomulikel spektrivärvustel põhineb ka leelismet. määramine leekfotomeetriga. Erinevalt teistest leelismet. on mõned liitiumisoolad vähelahustuvad (LiF, Li 2 CO 3, Li 3 PO 4 ). LiOH on vähemlahustuv ja teiste leelistega võrreldes nõrgem alus, kuumutamisel laguneb Li 2 O ning H 2 O tekkega. Leelismetallide ühendid Leelismetallide ühendid on vees hästilahustuvad, valdavalt värvusetud kristalsed ained. Leelismet. hüdroksiidid (leelised) on hügroskoopsed, nende vesilahused on tugevad alused. Saadakse kloriidide vesilahuste elektrolüüsil. NaOH (triv. seebikivi) võib saada ka keemiliselt soodast (sellest nimetus kaustiline sooda) Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 2NaOH + CaCO 3 Kasut. seebi-, värvi, paberi ja naftatööstuses. LiOH ja KOH on elektrolüüdiks leelisakumulaatorites. Na 2 CO 3 naatriumkarbonaat (triv. sooda). Saadakse NaCl lahusest ammoniaagi ja CO 2 toimel. Ammoniaak regenereeritakse kustutatud lubjaga. Kasut. klaasi-, tekstiili-, paberi- ja seebitööstuses. CO 2 (g) + NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + HCO 3 (aq) Na + (aq) + HCO 3 (aq) NaHCO 3 (s) sadeneb jahutamisel 2NaHCO 3 (s) t Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(g) ammoniaagi regenereerimine: 2NH 4 + (aq) + Ca(OH) 2 (s) 2NH 3 (g) + Ca 2+ (aq) + 2H 2 O(l) A.Trikkel, 2001

3 NaHCO 3 naatriumvesinikkarbonaat (triv. söögisooda). Kasut. meditsiinis ja toiduainetetööstuses. K 2 CO 3 kaaliumkarbonaat (triv. potas), kasut. klaasitööstuses. Nitraadid (salpeetrid) NaNO 3 ja KNO 3 leiavad kasutamist lämmastikväetisena, KNO 3 ka lõhkeainetetööstuses. Berüllium, magneesium ja leelismuldmetallid: kaltsium, strontsium, baarium ning raadium; II A Väliskihil kaks elektroni, mille loovutavad kergesti. Tekkival Me 2+ ioonil on väärisgaasile vastav konfiguratsioon ns 2 np 6, mistõttu oa. ühendites +II. Tugevalt metalliliste omadustega s-elemendid. Keemiliselt aktiivsed, kuigi vähemaktiivsed võrreldes leelismetallidega. Oksiidikihi tõttu mati välimusega, värske lõikepind on hõbevalge või hallikasvalge (Be). Suhteliselt kerged, kõvemad kui leelismetallid, head soojus- ja elektrijuhid. Leelismuldmetalle säilit. hermeetiliselt või petrooleumis, Be ja Mg on tekkiva oksiidikihi tõttu õhus püsivad. Be Mg Ca Sr Ba Z A r El.neg st, C kt, C ρ, g/cm o-a +II El. konfig. [He]2s 2 [Ne]3s 2 [Ar]4s 2 [Kr]5s 2 [Xe]6s 2 Leidumine: Ca, Mg levinud ühendid, Be hajutatud element. Peamised mineraalid: MgCO 3 magnesiit CaCO 3 MgCO 3 dolomiit KCl MgCl 2 6H 2 O karnalliit KCl MgSO 4 3H 2 O kainiit 3MgO 2SiO 2 2H 2 O asbest CaCO 3 kaltsiit (lubjakivi, kriit) CaSO 4 2H 2 O kips SrCO 3 strontsianiit BaSO 4 raskpagu Al 2 Be 3 (Si 3 ) 6 berüll Saamine: peamiselt sulatatud kloriidide elektrolüüsil, Ba ka aluminotermiliselt 4BaO + 2Al BaO Al 2 O 3 + 3Ba

4 Kasutamine: Be kasut. mitmetes sulamites (Be-Cu, berülliumpronks), tuumaenergeetikas neutronite aeglustajana. Mg kasut. samuti sulamites (kergsulamid Al ja Zn-ga lennukiehituses), süüte- ja valgustussegudes, rasksulavate metallide metallotermiliseks saamiseks. Sr, Ba ilutulestikusegudes (Sr soolad värvivad leegi punaseks, Ba soolad roheliseks). II A rühma elementide ühendid Be ja Mg ühendid on kristalsed valged ained. Be ühendid on mürgised! Soolad hüdrolüüsuvad kergesti, nõrkade hapete soolad praktiliselt lõpuni BeS + 2H 2 O Be(OH) 2 + H 2 S BeO on sarnaselt alumiiniumoksiidiga amfoteerne. MgO on aluseline oksiid, saadakse MgCO 3 kuumutamisel. Püsivad oksiidid, ei lahustu vees, hapetega reageerib MgO vaid tugevalt peenestatuna. Kasut. tulekindlate materjalide koostises. Be(OH) 2 ja Mg(OH) 2 on rasklahustuvad. Be(OH) 2 on amfoteerne, lahustub leelistes hüdroksokompleksi [Be(OH) 4 ] 2 tekkega. Vesilahustes moodustavad nii Mg kui Be akvakomplekse [Be(H 2 O) 4 ] 2+ ja [Mg(H 2 O) 4 ] 2+. Mg 2+ ioon moodustab veel ammiinkomplekse, Be ka näit. [BeF 4 ] 2, [Be(CO 3 ) 2 ] 2 tüüpi anioonseid komplekse koordinatsiooniarvuga neli. Mg halogeniididest on olulisem MgCl 2, mida kasut. magnesiaaltsemendi saamiseks: MgO + MgCl 2 + H 2 O 2MgCl(OH) Viimane polümeriseerub Mg O Mg O Mg ahelate tekkega kõvaks valgeks massiks. MgSO 4 7H 2 O magneesiumsulfaat-heptahüdraat (triv. mõrusool). Kasut. meditsiinis. 3MgO 4SiO 2 H 2 O (talk) ja CaO 3MgO 4SiO 2 (asbest) on Mg silikaatsed ühendid, mida kasut. ehitus- ja tulekindlate materjalide tootmisel. Asbest põhjustab kopsuhaigusi. Erinevalt Be ja Mg osalevad leelismuldmetallide Ca, Sr, Ba ühendite moodustamisel ka d-orbitaalid, mistõttu koordinatsiooniarvud võivad olla kuni 6 ja 8, samas pole kompleksid neile iseloomulikud. Soolad on ioonilised, kristalsed, rasksulavad ühendid, vees üldiselt hästilahustuvad va. fosfaadid, karbonaadid, fluoriidid ja sulfaadid. CaO kaltsiumoksiid (triv. kustutamata lubi). Saadakse lubjakivi CaCO 3 lagundamisel C juures CaCO 3 CaO + CO 2 Värske CaO reageerib intensiivselt veega (eraldub palju soojust!), andes nn. kustutatud lubja Ca(OH) 2. CaO + H 2 O Ca(OH) 2 A.Trikkel, 2001

5 Lubi, lubjakivi ja kaltsiumsilikaadid on tähtsamaid ehitusmaterjalide komponente (vt. ka räniühendid). Kustutatud lubja karbonaatne kivistumine: Ca(OH) 2 + CO 2(õhust) + nh 2 O CaCO 3 + (n+1) H 2 O mahumuutusest tingitud pragunemise vältimiseks lisatakse liiva, silikaatne kivistumine: nca(oh) 2 + msio 2 ncao msio 2 + nh 2 O Lubja ja SiO 2 termilisel töötlemisel autoklaavis moodustuvad tugevad keraamilised materjalid (telliste tootmine, keraamilised plaadid jm.) Loodusliku kipsi CaSO 4 2H 2 O kuumutamisel ~180 C juures saadakse nn. põletatud või ehituskips (alabaster) 2CaSO 4 H 2 O. Viimase segamisel veega tekib kiiresti tarduv mass, mida kasut. aluspindade viimistlemisel ja kipsplaatide valmistamiseks. 2CaSO 4 2H 2 O t C 2CaSO 4 H 2 O + 3H 2 O ehituskips