metalele blocului s

8/13/2019 Metalele Blocului s

1/14

METALELE DIN BLOCUL s

Elementele cu caracter metalic sunt cele mai numeroase elemente, iar proprietile lorau o importan fundamental pentru industrie, agricultur, mediu, pentru activitatea decercetare. Multe din proprietile metalelor din bloculs variaz sistematic n interiorul blocului.n acest capitol se prezint, n general, variaia periodic a proprietilor chimice funcie destabilitatea strilor de oxidare a metalelor, funcie de formarea combinaiilor complexe, destul derare, datorit caracterului slab al legturilor formate de ionii metalelor din blocul s cu diveriliganzi, sau de compui binari simpli, cum ar fi oxizii metalici. Numerele de oxidarecaracteristice ale elementelor din blocul s sunt identice cu numerele grupei din care fac parte:+1 pentru metalele alcaline i +2 pentru metalele alcalino-pmntoase. Metalele mai ieftine(litiul, sodiul, potasiul i calciul) sunt folosite ca ageni reductori puternici pentru reaciichimice conduse n solveni neapoi. Cationii metalelor alcaline i cei ai metalelor alcalino-pmntoase se gsesc n mod obinuit n minerale i ape naturale, iar unii dintre acetia suntconstitueni importani ai fluidelor biologice, cum este sngele.

Metalele alcaline

Elementele din grupa I A, principal, numite i metale alcaline, sunt: litiu (Li), sodiu(Na), potasiu (K), rubidiu (Rb), cesiu (Cs) i franciu (Fr). Structura electronic a atomilor lor esteredatn tabelul 11.1:

Tabelul 11.1. Structura electronic a metalelor alcalineK L M N O P Q Caracte

ristica3Li 1s

2 2s1 He 2s111Na 1s

2 2s22p6 3s1 Ne 3s119K 1s

2 2s22p6 3s23p6 4s1 Ar 4s137Rb 1s

2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p6 5s1 Kr 5s1

55Cs 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

3d

10

4s

2

4p

6

4d

10

5s

2

5p

6

6s

1

Xe 6s

1

97Fr 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d104f1

45s25p65d10 6s26p6 7s

1Rn 7s1

ns1

n ultimul strat al atomilor lor, n orbitalul ns, se aflun singur electron.Elementele grupei I A au primit denumirea de metale alcalinede la cuvntul arab al kalyum

care nseamn cenu de plante deoarece, la fel ca i cenua, aceste elemente reacioneaz cu apaformnd medii bazice.

Grupa metalelor alcaline este una din cele mai omogene grupe din sistemul periodic, nsensul c proprietile fizice (tabel 10.2) i chimice ale acestor elemente i ale unor combinaiivariaz regulat cu creterea numrului atomic Z.


2/14

Tabel 10.2.Proprietile atomice i fizice ale metalelor alcaline

Element

Proprietate

Li Na K Rb Cs Fr

Proprieti atomice

Numr atomic

Masa atomicConfiguraieelectronicStri de oxidareRaza metalic dupPauling, pmRaza ionic dupPauling , pmElectronegativitateadup PaulingEnergie de ionizare,eVM M+M+ M2+

Proprieti fiziceCuloare n blocmetalicDensitate la 200C,kg/m3Temperatura la topire0CTemperatura defierbere, 0CConductivitateatermica la 00Ccal. cm. S . grdConductivitateaelectrica (Hg=1)Duritatea (scaraMohs)Potenial normal,la 250C [V]M/M+

Abundena n natura%

36,94

[He]2s1

+1

155

601

alb argintiu

530

186

1.336

0,16

11

0,6

3,05

5 10-3

1122,98

[Ne]3s1

+1

120

950,9

5,3975,62

alb argintiu

966

97,8

886

0,33

21,6

0,4

2,71

2,64

1939,10

[Ar]4s1

+1

235

1330,8

5,1347,29

alb argintiu

860

63,5

760

0,23

15,6

0,5

2,92

2,40

3785,46

[Kr]5s1

+1

248

1480,8

4,3331,81

alb argintiu

1530

38,5

700

8,1

0,3

2,99

3,4 10-3

35132,90[Xe]6s1

+1

267

1690,7

4,1727,36

alb argintiu

1870

28,5

670

4,9

0,2

3,02

7 10-5

87223

[Rn]7s1

+1

-

-0,7

3,8923,4

alb argintiu

Potenialele de ionizareau valori mici la aceste elemente (n jur de 4 eV) descresctoarede la litiu la cesiu. Aceste valori mici se explic prin faptul c electronul din ns1poate fi cedat cumai mare uurin dect la toate celelalte elemente i din aceast cauz metalele alcaline sunt celemai electropozitive i mai reactive elemente cunoscute.

Potenialele redox au valori negative i mari, caracteriznd prin aceasta cei mai puternicireductori. Caracterul reductor al acestor metale n soluie apoas depinde de dimensiuneaionilor formai i de cldura de hidratare a acestora. Din aceast cauz, dei litiul are potenialulredox aproape egal cu al cesiului, totui n contact cu apa, litiul este cel mai puternic reductor. nstare uscat sau n topituri, litiul este mai slab reductor dect cesiul.

Razele atomice i ioniceale acestor metale cresc n grup de sus n jos i sunt mai mari dectla celelalte elemente, determinnd prin aceasta caracteristicile principale ale grupei. ndeprtareacelui de-al doilea electron, adic pentru procesul (M++ e M2+), este necesar o energie foarte


3/14

mare care nu poate fi obinut n procesele chimice i n consecin nu se pot realiza ioni cusarcina mai mare ca unitatea.

Ionii M+au o configuraiede gaz rar, sunt foarte stabili i prezinto polarizabilitate foartemic i cea mai mare tendinade a se angaja n legturi ionice.

Chimia metalelor alcaline este, cu unele excepii, chimia compuilor ionici. Litiul caprim element al grupei I A, diferntr-o oarecare msur, prin proprieti, de congenerii si. El se

aseamn n unele privine cu magneziul aa cum beriliul seamn cu aluminiul i borul cusiliciul, n acord cu aa-zisa relaien diagonal:

Li Be B C

Mg Al SiAsemnarea elementelor care se aflpe aceste diagonale este determinat de faptul c raza ionicn grup crete cu mrirea numrului atomic, iar n perioadscade cu mrirea numruluiatomic idin aceast cauzrazele ionilor elementelor de pe diagonalsunt foarte apropiate ca mrimei, naceeai msur, aciunealor polarizant este apropiat

Metalele alcaline sunt solide care cristalizeaz n reeametalic, cu legturislabe ntreatomi, realizate prin participarea unui singur electron de la fiecare atom, ceea ce determin n

mare msurproprietileacestor metale; sunt moi i se pot tia cu cuitul, sunt cele mai uoare metale i au temperaturile de topire i de fierbere mai coborte dect la toate celelalte metale, cuexcepia Hg i Ga, i scad cu creterea numrului atomic. n afar de Li toate se topesc sub1000C.

In stare de vapori, metalele alcaline sunt monoatomice n proporiede 99% i numai 15 suntsub form de molecule diatomice: Li2, Na2, K2, Rb2, Cs2. n stare topit au conductibilitateelectric foarte mare i sunt buni agenide transfer i cldur. Metalele alcaline prezintun luciualb-argintiu, iar cesiu un luciu galben-auriu, proprieti care dispar prin oxidare n aer. Formeazuor amalgame.

n amoniac lichid i unele amine, metalele alcaline se dizolv, formnd soluii colorate nalbastru nchis, surprinztorde stabile, bune conductoare de electricitate.

Stare natural. Obinere

Metalele alcaline se gsesc n natur numai sub form de combinaii. Mineralele litiului,ca de exemplupetalit (Li, Na)AlSi4O10sauspodumenLiAl(SiO3) se gsesc rar, ele nsoesc deobicei mineralele sodiului sau ale potasiului. n cantiti foarte mici litiul apare n diferite apeminerale, apa mrilor i unele plante (tutun, sfecla de zahr).

Cel mai important compus natural al sodiului este sarea gem sau halitul (NaCl) careconstituie una din bogiile rii noastre. Puritatea srii din zcmintele care se gsesc la OcnaMureului, Ocna Dejului, Ocna Sibiului, Ocnele Mari, Slnic Prahova, este de 97-99%. Alteminerale ale sodiului sunt: Na2CO310H2O, Na2SO47H2O, Na2B4O710H20, silicaii etc. n multeri se gsesc cantiti nsemnate desalpetru de Chilecare conine 25-30% NaNO3, 20-30% NaCli 0,2% NaIO3.

Cele mai importante minerale de potasiu sunt: silvina (KCl), silvinitul (KCl, NaCl),carnalitul (KCl MgCl2 6H2O), cainitul (KCl MgSO4 3H2O), schonitul (K2SO4 MgSO4 6H2O) etc.

Rubidiul i cesiul nsoesc celelalte metale alcaline n multe din mineralele lor printre care:feldspai, mice, lepidolit. Franciul este un element radioactiv care rezult n natur din mi neralelede uraniu prin dezintegrare.

Deoarece metalele alcaline se gsesc n natur numai sub form de combinaii ionice, iarafinitatea lor pentru electron este mic, este necesar ca la obinerea lor n stare metalic s seutilizeze reductori foarte energici, de obicei curentul electric.


4/14

n prezent litiulse obine industrial prin electroliza unui amestec topit de LiCl i KCl ntr-ocelul de electroliz cu anod de grafit i catod de oel.

Sodiul, obinut mult vreme prin electroliza topiturii de NaOH, se obine din ce n ce maimult prin electroliza amestecului eutectic de compoziie 41-42% NaCl i 58-59% CaCl, latemperatura de 6000C.

Potasiulse obine n mod similar ca i sodiul, fie prin electroliza KOH topit, sau mai des, a

KF, pentru a cobor temperatura de topire. Aliajul Na-K se mai obine prin trecerea vaporilor desodiu peste topitura de KCl.

Rubidiuli cesiulse pot obine prin electroliz; mai avantajoas este ns reducerea chimic,astfel:

2RbCl + Ca CaCl2+ 2Rb2Cs2Al2O4+ Mg MgAl2O4+ 4Cs

Purificarea metalelor alcaline, indiferent de modul de obinere, se face prin distilare n vid saun atmosfer de gaz inert.

Proprieti atomice i fizice ale metalelor alcaline

Ionii M+au o configuraie de gaz rar, sunt foarte stabili i prezint o polarizabilitate foartemic i cea mai mare tendina de a se angaja n legturi ionice. Chimia metalelor alcaline este, cuunele excepii, chimia compuilor ionici. Litiul ca prim element al grupei I A, difer ntr-ooarecare msur, prin proprieti, de congenerii si.

Metalele alcaline sunt solide care cristalizeaz n reea metalic, cu legturi slabe ntre atomi,realizate prin participarea unui singur electron de la fiecare atom, ceea ce determin n maremsur proprietile acestor metale; sunt moi i se pot tia cu cuitul, sunt cele mai uoare metalei au temperaturile de topire i de fierbere mai coborte dect la toate celelalte metale, cu excepiaHg i Ga, i scad cu creterea numrului atomic. n afar de Li toate se topesc sub 1000C.

n stare de vapori, metalele alcaline sunt monoatomice n proporie de 99% i numai 15 suntsub form de molecule diatomice: Li2, Na2, K2, Rb2, Cs2. n stare topit au conductibilitateelectric foarte mare i sunt buni ageni de transfer i cldur. Metalele alcaline prezint un luciu

alb-argintiu, iar cesiu un luciu galben-auriu, proprieti care dispar prin oxidare n aer. Formeazuor amalgame.

Sodiulare luciu metalic alb-argintiu n tietur proaspt. Luciul dispare foarte repede naer. Se pstreaz n borcane sub petrol. Densitatea sodiului este de 0,9712, deci este mai uordect apa, iar temperatura de topire 97,50C. El este un metal moale, bun conductor de cldurielectricitate i poate fi tras n fire cu ajutorul preselor de mn. Potasiul este alb-argintiustrlucitor, cu nuanviolacee n tietur proaspt; are o consisten moale (ca ceara), este uorfuzibil, are conductibilitate electric mare.

n amoniac lichid i unele amine, metalele alcaline se dizolv, formnd soluii colorate nalbastru nchis, surprinztor de stabile, bune conductoare de electricitate.

Proprieti chimice ale metalelor alcaline

Litiul, asemnndu-se cu magneziul, este mai puin reactiv dect celelalte metale dingrup. n aer uscat, la temperatura obinuit, litiul este singurul metal alcalin care reacioneaz cuazotul formnd Li3N. Prin nclzirea n aer sau oxigen a Li, Na i K rezult Li2O i urme deLi2O2, din Na se obine direct Na2O2, iar K trece n KO2.

Dintre metalele alcaline numai Li i Na se combin direct cu carbonul formnd acetiluri:Li2C2i Na2C2, iar celelalte metale ale acestei grupe formeaz compui interstiiali cu grafitul detipul MC8 . . . . . MC16 n care atomul de metal se intercaleaz ntre planele hexagonale alegrafitului.


5/14

Deoarece metalele alcaline reacioneaz cu apa n condiii obinuite, ele se pstreaz npetrol sau eter, n care rmn neatacate. Reactivitatea chimic a potasiului este mai mare ca asodiului; astfel, descompune apa att de energic nct hidrogenul ce se degaj se aprinde de lasine cu flacr violent:

2K + 2H2O 2KOH + H2Aproape toate combinaiile metalelor alcaline sunt de tip ionic. Tendina de a forma

compui covaleni se ntlnete n specialla litiu, din cauza aciunii polarizante mult mai mari aionului de Li+comparativ cu ionii celorlalte metale.

n soluii apoase cationii sunt cu att mai hidratai cu ct raza ionic este mai mic.Srurile de litiu i sodiu conin apa de cristalizare,ns srurile celorlalte metale alcaline sunt, ngeneral, anhidre.

H idrur il e metalelor alcalinese obin direct din elemente la temperatur ridicat conformreaciei:

2M + H2 2MH sau prin alte reacii de reducere cum ar fi :Li3N + 3H2 3LiH + NH3Rb2CO3+ Mg + H2 2RbH + MgCO3Se cunosc toate halogenur il e metalelor alcaline. Seprezint sub formde cristale cubice

albe, cu reea cubic de tip NaCl cu excepia CsCl, CsBr i CsI care au reeaua CsCl. n afar de

LiF i n mic msur NaF, toate halogenurile metalelor alcaline sunt foarte solubile n ap.Solubilitatea lor crete n funcie de natura halogenului n ordinea Cl > Br > I. ntr-o serieomoloag cu acelai metal alcalin, stabilitatea halogenurii scade cu creterea masei atomice ahalogenului. Halogenurile metalelor alcaline se pot obine prin: reacia direct ntre elemente,aciunea hidracizilor asupra bazelor sau srurilor, reacia de dublu schimb dintre sruri.

Proprietile halogenurilor metalelor alcaline sunt cele comune tuturor srurilor i n specialhalogenurile celorlalte metale. Bromurile i iodurile se oxideaz uor, LiCl topit atacmajoritatea metalelor fiind cea mai coroziv clorur a metalelor alcaline. Halogenurile me taleloralcaline au marea tendina de a forma compleci cu halogenurile altor metale.

Sodiul are o reactivitate foarte redus fa de azot. Cu NH3 gazos, la cald, sodiulformeaz amidura de sodiu NaNH2.

2Na + 2NH3 2NaNH2+ H2

Sodiul reacioneaz energic cu etanolul cu formare de etoxid de sodiu i elibereazhidrogen:

C2H5OH + Na C2H5ONa + H2

Compui oxigenai i hidroxocompuimetalelor alcaline

Metalele alcaline formeaz urmtoarele tipuri de compui cu oxigenul: oxizi normali(inferiori)M2O, peroxiziM2O2, superoxiziMO2i ozonide MO3, care se pot obine nreacia dintre elemente:

Li + O2 Li2O (urme de Li2O2)Na + O2 Na2O2

Peroxidul de litiuse obine uor prin precipitarea din soluie alcoolica de LiOH cuH2O2.2LiOH + 2H2O2+ H2O Li2O2

..H2O2.3H2O

Stabilitatea peroxizilor, superoxizilor i a ozonidelor crete cu mrirea razei ionice ametalului alcalin. Existena LiO2, LiO3i NaO3este nesigur.

Oxizii normali de sodiu se obin prin reducerea azotailor sau a azotiilor cu metalulnsui:

2NaNO3+ 10Na 6Na2O + N2


6/14

Oxidul de sodiu, Na2O, se poate obine prin reducerea azotatului de sodiu cu sodiumetalic. Se mai poate prepara prin nclzirea hidroxidului de sodiu cu sodiu metalic:

2NaOH + 2Na 2Na2O + H2Oxidul de sodiu este un praf alb, care reacioneaz uor cu apa i cu dioxidul de carbon,

formnd hidroxid, respectiv carbonat de sodiu:Na2O + H2O 2NaOH

Na2O + CO2 Na2CO3La temperatura obinuit sodiul se combin cu O2din aer, cu formare de oxid de sodiu,

conform reaciei: 2Na + O2 Na+:O: Na+

Prin nclzire ntr-un curent de oxigen, sodiul se aprinde spontan, formnd un amestec deoxid i de peroxid de sodiu.

Peroxidul de sodiu, Na2O2, se obine trecnd peste sodiu topit un curent de oxigen. Peroxidulde sodiu reacioneaz cu apa, formnd apa oxigenat:

Na2O2+ 2H2O H2O2+ 2NaOHNa2O2este un praf de culoare galben, solubiln ap cu degajare de oxigen:Na2O2+ H2O 2NaOH + 1/2O2La temperatura obinuit se combin cu oxigenul energic, formnd oxid inferior de

potasiu, conform reaciei:

4K + O2 2K2OPotasiul arde n aer sau oxigen, formnd peroxidul de potasiu:

2K + O2 K2O2Oxidul de potasiu, K2O, se obine prin reducerea azotatului de potasiu topit cu potasiu

metalic :KNO3+ 5K 3K2O + N2

Oxidul de potasiu reacioneaz uor cu apa i cu dioxidul de carbon , formnd hidroxidul,respectiv carbonatul de potasiu :

K2O + H2O 2KOHK2O + CO2 K2CO3Toi compuii oxigenai ai metalelor alcaline reacioneaz cu apa:

M2O + H2O 2MOH

MO2 + 2H2O MOH + H2O2+ O2M2O2 + H2O 2MOH + H2O22MO3 + 2H2O 2MOH + H2O + 5/2O22Na + 2H2O 2NaOH + H2

Sodiul descompune apa att de energic nct cldura dezvoltat topete metalul care seaprinde spontan mpreun cu hidrogenul (care arde n culoarea galben a vaporilor de sodiu).

Se numesc hidroxizi combinaiile care conin grupa OH legat de atomul unui element.Aceast legtur poate fi de natur ionic pn la covalent, ea este determinat de naturaelementului. Hidroxizii bazici sunt hidroxizii ionici formai de metalele alcaline i alcalino-pamantoase (cu excepia BeOH). Cei ai metalelor alcaline sunt substane foarte solubile n ap,dnd baze tari, ca de exemplu CsOH, care prezint cea mai mare bazicitate. La nclzirehidroxizii alcalini se topesc. Hidroxizii metalelor alcaline se pot obine prin urmtoarele

metode: reacia dintre un metal alcalin i ap:

M + 2H2O MOH + H2 reacia dintre oxizii metalelor alcaline i ap:

Na2O + H2O 2NaOH reacia de dublu schimb ntre o sare a unui metal alcalin i hidroxidul unui metal alcalin i

hidroxidul unui metal alcalino-teros capabil s formeze o sare insolubil:M2SO4+ Ba(OH)2 2MOH + BaSO4M2CO3+ Ca(OH)2 2MOH + CaCO3


7/14

procedeu de fabricare a hidroxizilor de sodiu i de potasiu prin caustificarea sodei,respective a potasei, adic tratarea carbonatului de sodiu sau potasiu cu hidroxidul de calciu

Na2CO3+ Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3K2CO3+ Ca(OH)2 2KOH + CaCO3

electroliza soluiilor apoase de cloruri de metale alcaline . Cel mai utilizat procedeu pentruobinerea NaOH i KOH l reprezint electroliza soluiilor apoase concentrate de NaCl,

respectiv KCl.Cl2 + 2NaOH

C0

35 NaCl + NaClO + H2O

3Cl2 + 6NaOH C

035 5NaCl + NaClO3+ 3H2

H idroxidul de sodiueste o substansolid de culoare alb, higroscopic, solubil n api n alcool; se topete la +3280C. n soluie apoas are proprietile unei baze tari. Atac puternicpielea producnd rni grave, de unde i se trage denumirea de sod caustic.

H idroxidul de potasiueste o substan solid alb, cristalin, opac higroscopic. Esteuor solubil n ap, cu degajare de cldur. Ca i hidroxidul de sodiu, n soluie apoas este obaz puternic datorit ionizrii complete. Neutralizeaz toi acizii, intr n reacie cu srurilemetalelor grele formnd hidroxizii acestora, absoarbe dioxidul de carbon din atmosfertrecnd ncarbonat de potasiu:

2KOH + CO2 K2CO3+ H2O

Srurile de sodiu i de potasiu

Carbonatul de sodiu , Na2CO310H2O, se fabric prin procedeul Leblanc, amoniacal iprin procedeul electrolitic. n procedeul Leblanc, carbonatul de sodiu se obine din NaCl, H 2SO4,C i CaCO3. Reacia decurge n trei faze principale, conform ecuaiilor:

2NaCl + H2SO4Na2SO4+ 2HClNa2SO4+ 2C Na2S + 2CO2

Na2S + CaCO3 Na2CO3 + CaSn procedeul amoniacal materia prim folosit este clorura de sodiu dizolvat n ap; n

soluie se introduce amoniac sub presiune i apoi un curent de dioxid de carbon. Reacia are loc ntrepte:NH3+ CO2+ H2O NH4HCO3NH4HCO3+ NaCl NaHCO3+ NH4ClPrin calcinarea carbonatului de sodiu se obine soda:2NaHCO3 Na2CO3+ H20 + CO2Carbonatul de potasiu,K2CO3,se obine trecnd un curent de dioxid de carbon printr-o

soluie de hidroxid de potasiu:2KOH + CO2 K2CO3+ H2OCarbonatul de potasiu se extrage din cenua plantelor. Se prezint sub form de sare alb,

cristalin, uor solubil n ap.Azotatul de potasiu,KNO3, cunoscut sub numele de silitr sau salpetrude India.

Industrial, azotatul de potasiu se obine din azotat de sodiu i clorur de potasiu printr-oreacie de dublu schimb:NaNO3+ KCl KNO3+ NaCl

Azotatul de potasiu este un oxidant puternic; un amestec de azotat de potasiu i decrbune, n contact cu flacra, explodeaz cu violen din cauza gazelor formate n timpul reaciei:

4KNO3+ 5C 2K2CO3+ 3CO2 + 2N2Azotatul de potasiu este o sare de culoare alb, solubil n ap cu numeroase

ntrebuinri.


8/14

Sul fatul de sodiuNa2SO410H2O sausarea lui Glauberse gsete n stare natural n apamrilor i n apele minerale. Industrial se fabric prin aciunea acidului sulfuric asupra clorurii desodiu. Reacia are loc n 2 trepte:

NaCl + H2SO4 NaHSO4+ HClNaHSO4 +NaCl Na2SO4 + HCl

Utilizri. Metalele alcaline i compuii lor au numeroase utilizri. Astfel:

-Litiuleste utilizat la obinereaaliajelor de litiu cu Al, Mg, Zn rezistente la coroziune, utilizate nindustria aeronautic, sau aliajul de Be-Li care servete ca dezoxidant la prepararea cuprului.Aliajul Pb-Li se utilizeaz pentru confecionarea lagrelor, iar cel de Na - Pb la preparareaPb(C2H5)4. Mari cantiti de litiu sunt folosite la prepararea alchililor de litiu. De asemenea, litiul,ca i sodiul i potasiul, este un bun reductor n unele sinteze organice sau se folosete lareducerea unor oxizi i halogenuri pentru obinerea metalelor din blocul d, Ti , Zr, Th, Nb, Ta etc.-Potasiul, dar mai frecvent cesiul, se utilizeaz pentru realizarea celulelor fotoelectrice folosite nfilmul sonor n televiziune. Potasiul este folosit la prepararea unor aliaje cu sodiu, mercur, plumb,calciu.- Potasiul este unul dintre elementele necesare creterii i dezvoltrii plantelor. Acesteaasimileaz potasiul din srurile solubile care l conin i care se gsesc n pmnt. Pentru acompensa eventuala lips a potasiului din pmnt se folosesc ngrmintele cu potasiu naturale

sau artificiale.- Sodiul este ntrebuinat la fabricarea lmpilor electrice cu vapori de sodiu, la fabricarea unoraliaje de plumb pentru turnarea lagrelor, la fabricarea peroxidului de sodiu, ca reductor n multesinteze organice. Cantiti mari de sodiu se utilizeaz la polimerizarea cauciucului sinteticbutandienic.- Clorura de sodiu, NaCl, este materie prim n obinerea aproape a tuturor celorlali compui aisodiului, ai clorului, ai acidului clorhidric. Clorura de sodiu se folosete n industria spunului, acoloranilor, n metalurgie, tbcrie, vopsitorie, industria alimentar.-Hipocloritul de sodiu, NaClO, este un oxidant puternic. Este folosit ca decolorant n industriatextil i a uleiurilor.- Tiosulfatul de sodiuNa2S2O310H2O Este utilizat ca fixator n fotografie i ca substan anticlor.- Sulfatul de sodiu, Na2SO4, este o substan solid cristalizat, fr culoare. Sarea anhidr este

higroscopic. Se ntrebuineaz la fabricarea sticlei, a unor colorani, n industria textil i nmedicin ca purgativ.- Clorura de potasiuKCl (silvin) se gsete sub form de zcminte, n apa oceanelor etc. Seobine din carnalit, prin dizolvare n ap i cristalizare. Clorura de potasiu este o substan solidcristalizat, incolor, solubil n ap.- Carbonatul acid de sodiu, NaHCO3, este ntrebuinat n medicin pentru neutralizareahiperaciditii stomacale. Se utilizeaz n cantiti mari la fabricarea spunului, la rafinareapetrolului i a uleiurilor vegetale.-Hidroxidul de potasiu, KOH, se utilizeaz la fabricarea spunurilor moi, la absorbia dioxiduluide carbon, la mercerizarea bumbacului i la uscarea gazelor (prin absorbia umezelii setransform ntr-un lichid siropos).- Azotatul de sodiu, NaNO3, este utilizat ca oxidant. De asemenea, e ntrebuinat la fabricarea

acidului azotic i n amestec cu alte substane ca ngrmnt mineral.- Azotatul de potasiu,KNO3, (silitr) se folosete n amestec cu alte ngrminte cu N 2, pentru aregla raportul N/K dup cerinele plantelor. Este un ngrmnt agricol pentru plantele care nusuport Cl2: sfecla de zahr, via de vie, tutunul, inul etc. Se folosete n industria alimentar laconservarea crnii, avnd aciune antiseptic.- Carbonatul de potasiu, K2CO3 se ntrebuineaz la fabricarea sticlei de potasiu, n industriatextil pentru splarea lnii i n vopsitorie, la prepararea unor spunuri moi, la preparareahidroxidului de potasiu, a unor sruri de potasiuetc.


9/14


10/14

Tabel. 11.4. Constantele fizice ale metalelor alcalino-pmntoaseBe Mg Ca Sr Ba Ra

asa atomic 9,012 24,312 40,08 87,62 137,34 226,09lectronegativitate 1,5 1,2 1,0 1,0 0,9 0,9nergie de ionizare [eV] (1)

(2)9,3218,21

7,6415,03

6,1111,87

5,6910,98

5,219,65

5,2710,1

otenial normal [V]0 M/M

2+ -1,70 -2,34 -2,87 -298 -2,90 -2,92olum atomic 4.85 14,00 26,1 34,0 38,3 45,2

Greutate specific [g/cm3] 1,86 1,75 1,55 2,6 3,6 5,0unctul de topire [oC] 1280 651 851 800 850 960unctul de fierbere [oC] 2770 1107 1437 1366 1637 1140

Structura cristalin h. h. c.f.c. c.f.c. c.c.spndirea n % 510-4 1,93 3,39 0,02 0,04 (3,410-7)

Coloraia flcrii Alb str-lucitor

Galben-por oie Galben-verde

Raza excepional de mic a ionului de Be

2+

explic tendina beriliului de a forma legturicovalente i coordinative. Primul element al grupei se deosebete de cele urmtoare prinproprietile lor chimice, fapt observat la toate grupele principale ale sistemului periodic, dar maievident la grupele I i a II-a. De asemenea, fcnd abstracie de valen, primul element din grupse aseamn cu al doilea din grupa urmtoare din sistem. De exemplu, bazicitatea redus icaracterul amfoter al Be(OH)2 l apropie de Al(OH)3, ceea ce nu se mai constat la celelalteelemente din grup.

Elementele grupei II A cristalizeaz n reele deosebite. Beriliu n reea hexagonalcompact, deformat avnd 6 atomi vecini mai apropiai ca ceilali 6, ceea ce face ca raza atomica beriliului s fie mult mai mic dect a celorlalte elemente. Magneziul cristalizeaz ntr-o reeahexagonal compact regulat avnd 12 atomi vecini la distane egale.Calciul, stroniul i bariulcristalizeaz n reele cubice. Aceste deosebiri de cristalizare explicanomalia densitilor, care lanceput scad, iar apoi cresc n mod normal. Din cauza razei metalice mici, Be este mult mai durcomparativ cu omologii si.

Stare natural. Obinere

Aceste elemente apar n scoara pmntului mai ales sub form de silicai, din care, prindescompunerea sub aciunea agenilor atmosferici, au rezultat secundar zcmintele sedimentareactuale de carbonai, sulfai etc. Ionii metalelor alcalino-pmntoase nu se acumuleaz n apamrilor, din cauz c se depun ca sruri insolubile (carbonai, sulfai, fosfai etc.).

Beriliu (Be) numit i Gliciniu (Gl, n Frana), se ntlnete sub forma de berilBe3Al2(Si6O18). Varietile colorate de beril sunt pietrele preioase smarald(verde) i acvamarin(albastru). Crisoberiluleste un aluminat Be(AlO2)2iar o varietate a sa, alexandrituleste o piatrpreioas.

Magneziulse gsete sub form de carbonat, silicat, clorur i sulfat. Dolomitaeste uncarbonat dublu, CaCO3MgCO3, care se gsete n cantiti mari i n Romnia, iar magnezita,MgCO3, este un alt zcmnt din care se obine magneziul. Dintre silicai menionm azbestulcare are structur fibroas, nu arde i se ntrebuineaz ca izolator contra focului, fabricndu -sedin el diferite esturi, costume, cartoane .a.; serpentina(4SiO26MgO4H2O), de culoare verde-brun se prelucreaz pentru ornamente, plci, vase i alte obiecte; talcul (3MgO4SiO2H2O)folosindu-se ca mijloc de apretare, ca umplutur mineral pentru spun, n cosmetic i medicin;

spuma de mare,piatra unsuroaspentru confecionarea becurilor de ars acetilena .a. n depozite


11/14


12/14

Aceste metale au culoarea alb-argintie sau cenuie. Be i Mg pstreaz oarecare timpluciul lor metalic. Cu timpul se acoper cu un strat de oxid, subire i invizibil ca i aluminiu. Ca,Sr i Ba pierd repede luciul lor metalic , ca i metalele alcaline. Cu excepia Ra, aceste elementesunt socotite metale uoare, avnd densitatea mai mic dect 5. Ca, Sr i Ba sunt moi.

Din cauza razei metalice mici, Be este mult mai dur comparativ cu omologii si. Latemperatura obinuit, Be este casant, dar devine ductil la rou. Mg e ductil, maleabil i rezistent.

Conductibilitatea Mg i Ca este relativ mare (1/3 din cea a Ag). Dup valoarea susceptibilitiimagnetice, Be i Sr sunt metale diamagnetice, iar Mg, Ca i Ba sunt paramagnetice.

Metalele alcalino-pmntoase propriu-zise, Ca, Sr, Ba, din punctul de vedere alcomportamentului chimic, se aseamn foarte mult cu metale alcaline i nu cu Be i Mg. Toatedescompun apa,

M + 2HOH M(OH)2+ H2dar, din cauza solubilitii mai mari a hidroxizilor respectivi, Ca, Sr, i Ba reacioneaz mult mairepede. Be i Mg din contr, reacioneaz foarte ncet cu apa, deoarece hidroxizii lor sunt maigreu solubili i acoper suprafaa metalelor, ncetinind atacul lor n profunzime. Beriliulreacioneaz cu vaporii de ap, la nclzire la rou. Magneziul reacioneaz la cald cu vapori, daramalgamul de magneziu reacioneaz uor cu apa la rece. Hidroxizii metalelor alcalino-pamantoase sunt mai puini solubili n apa i sunt baze mai slabe. Prin nclzire trec n oxizii

respectivi. Caracterul bazic al oxizilor i hidroxizilor se accentueaz odat cu creterea numruluide ordine de la Be la Ba. De exemplu, Be(OH)2este amfoter, iar Ba(OH)2este o baz tare. nacelai sens crete i solubilitatea hidroxizilor.

Magneziul arde cu flacr strlucitoare i fum (MgO). Este reductor combinndu-se lacald cu oxigenul multor oxizi i pune n libertate metalul respectiv. Calciul arde n aer formndun amestec de CaO i azotur Ca3N2. Celelalte elemente din grup se combin i ele la cald cuazotul formnd azoturile respective.

2M + O2 2MO3M + N2M3N2

Peroxidul de bariu, BaO2, care se formeaz la temperaturi moderate i se descompune latemperaturi mai nalte, a fost folosit n trecut, drept surs regenerabil de oxigen:

BaO(s)+ 1/2O2(g) C0

500 BaO2(s)

BaO2(s) C0

700 BaO(s)+ 1/2O2(g)De asemenea, metalele alcalino-teroase reacioneaz energic cu toi halogenii i cu sulful:

2M + S2 2MSM + X2MX2 (X = halogen)

Toate srurile acestor elemente sunt incolore cnd anionul srii nu este colorat. Uneledintre srurile metalelor alcalino-pmntoase se dizolv foarte puin n ap, cum sunt: sulfaii,carbonaii, hidroxizii, fosfaii. Solubilitatea lor variaz ns n grup o dat cu creterea numruluiatomic. De exemplu, solubilitatea sulfailor scade, iar a carbonailor crete de la Be la Ba. nafar de fluoruri, care sunt insolubile, cu excepia fluorurii de beriliu care este solubil, toatecelelalte halogenuri ale acestor metale sunt uor solubile n ap, iar parte din ele (MgCl 2,CaCl2) chiar delicvescente.

Ca, Sr, Ba se combin direct cu hidrogenul la presiune normal, formnd hidruri saline.Mg se combin cu hidrogenul numai la presiune de 200 atm.Radiul, Ra, este cel mai electropozitiv element din aceast grup, i are proprieti

asemntoare cu cele ale bariului: descompune apa, formeaz sulfai i carbonai greu solubili,are ns proprieti radioactive caracteristice.

Elementele din grupa II A principal formeaz carbonai normali, cu excepia Be i Mgcare formeaz mai ales carbonai bazici cu compoziie variabil. Carbonatul de sodiu precipit dinsoluiile respective, carbonaii anhidri de Ca, Sr sau Ba. Stabilitatea termic a acestor carbonaicrete de la Ca la Ba. Stabilitatea termic a MgCO3 este mai mic dect a CaCO3. De aceea


13/14

dolomita calcinat la 750oC, d un amestec de CaCO3i MgO. Carbonatul de calciu se disociaztotal la 915920oC, iar cel de magneziu la circa 400oC.

n afar de hidroxizi, fluoruri, carbonai i oxalai, solubilitatea srurilor metaleloralcalino-pmntoase propriu-zise, scade n sensul Ca2+ > Sr2+ > Ba2+.

Utilizri. Oxizii acestor elemente sunt nalt refractari i se utilizeaz pentru cptuireacuptoarelor industriale, mai ales MgO.

Ipsosul (CaSO42H2O) se folosete pentru facerea mortarului de ghips, la bandajemedicinale, tipare pentru porelan, machete etc.

Combinaii complexe ale metalelor blocului s

Mare parte dintre combinaiile complexe ale ionilor blocului s se formeaz datoritinteraciilor coulumbiene cu donori puternici i cu dimensiuni mici, cum sunt cei care coninatomi ce O sau N. Ionii metalelor alcaline i alcalino-teroase sunt considerai ca fiind buniacceptori. Cu ct ionul are dimensiuni mai mici i sarcin mai mare, complexul format este maistabil. Cifra de coordinaie caracteristiceste de obicei 4 pentru Li+, Na+i 4 i 6 pentru celelaltemetale alcaline. Numai n cazul rubidiului compusii hexacoordinai sunt mai slabi dect ceitetracoordinai. Ionii de litiu au preferina s coordineze moleculele mici (H2O, NH3, amine,

alcooli), ns ceilali ioni avnd raza mai mare au tendina s coordineze molecule mari:aminoacizi, amine, uree, alcooli, aldehide. Se cunosc compui cu formula MX4Ph3PO iMX5Ph3PO n care probabil exist ionii: [M(POPh3)4]

+X-unde Ph3PO = trifenilfosfinoxid, iar X- =

ClO4-, I-, NO3

-. Se cunosc compleci ai acestor ioni cu liganzi organici cu salicilaldehida sau -dicetonele.

Complecii Be2+ i Mg2+ cu liganzi tari sunt de cele mai multe ori stabili i nu sedescompun, n timp ce complecii celorlalte metale din blocul snu sunt stabili. Pentru ionii Be2+i Mg2+, formarea n soluie a complecilor simpli decurge lent fa de viteza de ciocnire. Cei maiimportani compleci ai cationilor din grupa I A i II A (metalele grele de la calciu la bariu) suntgenerai de liganzi polidentai.

Liganzii monodentai se leag prin legturi slabe datorit interaciunii coulumbiene slabei lipsei unei legturi covalente importante cu aceti ioni.Eterii coroan, cum este 18-coroan-6,

formeaz cu ionii metalici alcalini compleci care nu se distrug n soluii neapoase. Criptaiibiciclici(criptanzi) cum sunt cript 2,2,1sau cript 2,2,2folosii ca liganzi, formeaz cu metalelealcaline compleci foarte stabili, rezisteni chiar i n soluii apoase (figura11.1).

O

O

O

O

O

O

O

N

O

O

N

O

O

N

O

O

N

O

OO

O

18-coroana-6 cript 2,2,1 cript 2,2,2 Figura 11.1. Complecii pe care i formeaz metalele alcaline

Cationii metalelor alcaline formeaz compleci cu liganzii de tip coroan i cu criptazii.Compleci mult mai stabili sunt formai cu liganzi polidentai ncrcai electric, cum este ionuletilendiaminotetraacetat, (-O2CH2)2NCH2CH2N(CH2O

-)2, provenit de la aciduletilendiaminotetraacetic, EDTA. Combinaiile complexe ale Mg2+ sau ale Ca2+ cu EDTA, suntheptacoordinate (la calciu poate fi i octacoordinat funcie de cte molecule de ap se gsesc nsfera de coordinare), n figura 11.2 fiind prezentat o astfel de structur pentru magneziu.


14/14

Bibliografie

[1]Radulescu C., Chimie anorganica si analitica, Vol.I si II, Editura Bibliotheca, Targoviste, 2006, 2007[2]Radulescu C., Hossu A.M., Elemente de chimie anorganica si analitica, vol. I si II, Editura Electra,

Bucuresti, 2007.[3]Radulescu C., Emisii poluante. Metode pentru reducerea acestora, Editura Bibliotheca, Targoviste,

2008.[4]Simon, A.,Angew. Chem., Int. Edn. Encl., 27, 159, 1988[5]Andruh, M.,Rev Roumaine Chim., 36, 101, 1991[6]Barlett, R.A., Power, P.P.,J.Am.Chem.Soc., 109, 7563, 1987[7]Lepdatu, C., Andruh, M., Forma Moleculelor Anorganice, Editura Academiei Romne, Bucureti,

1998[8]Constantinescu, G.C. & all, Chimie anorganic i analitic, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti,

1983[9]Paraschivoiu, E., Andruh, M., Segal, E., Brezeanu, M., Termochim. Acta, 161, 247, 1990[10] Shriver, D.F., Atkins, P.W., Langford, C.H., Chimie Anorganic, Editura Tehnic, Bucureti,

1998[11] Yachandra, V.K., De Rose, V.J., Latimer, M.J., Sauer, K., Klein, M.P., Where plants make

oxygen, Science, 260, 675, 1993[12] Dye, J.L., J.Chem.Educ., 54, 322, 1977[13] Dawes, S.B., Ward, D.L., Fussa-Rydal, O., Huang, R.H.,Inorg. Chem., 28, 2132, 1989[14] Haiduc, I., Chimia compuilor metalorganici, Editura tiinific, Bucureti, 1974[15] Brezeanu, M., Patron, L., Andruh, M., Combinaii complexe polinucleare i aplicaiile lor, Editura

Academiei, Bucureti, 1986

Figura 11.2. Complexul

heptacoordinat al Mg Cu EDTA,

poziiile coordinative fiindcompletate cu molecule de ap

Un numr mare de compleci aiCa2+i Mg2+sunt rspndii n natur, celmai cunoscut fiind clorofila(figura 11.3)care conine Mg2+.

Figura 11.3. Structura chimic aclorofilei a1

metalele blocului s

Documents