AZ S-MEZO ELEMEI

1
AZ S-MEZO ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK

• Elektronszerkezetük ns1 ns2
• Elektronegativitás 1,0-0,7 1,5-0,9
• Ionizációs energia 520-376 899-509
• (kJ/mol) 1757-979
• Suruség 0,54-1,90 1,85-5,5
• Jellemzo oxidációs áll. 1 2
• Olvadáspont 181-27 1278-700
• Forráspont 1547-677 2970-1140
• Standard el. potenciál -3,03,-2,71-1,85,-2,92

2
AZ S-MEZO ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK

• Ion r(pm) r(pm) n(H2O) ?Hhidr. Ion
  r2(pm) ?Hhidr.
• hidrat. kJ/mol
  kJ/mol
• Li 76 340 25 519 Be 45
  2494
• Na 102 276 17 406 Mg 72
  1921
• K 138 232 11 322 Ca 100
  1577
• Rb 152 228 ? 293 Sr 118
  1443
• Cs 167 228 10 264 Ba 135
  1305
• A Li, illetve a Be és a Mg sajátságai kissé
  eltérnek a csoport többi tagjáétól -kicsiny
  méret ? nagy felületi töltéssuruség ? eros
  polarizálóképesség ? kovalens kötési hajlam (pl.
  rendkívül erosen kötött hidrátburok).
• A Li és a Mg illetve a Be és az Al hasonlósága
  átlós rokonság (hasonló méret, illetve még
  hasonlóbb felületi töltés-suruség.

3
AZ ALKÁLIFÉMEK JELLEMZÉSE

• Elem r(atom) I1 I2 Op,C
  Fp,C e, (V) EN
• (pm) (kJ/mol)
• Li 152 520 7296 181
  1347 -3,02 1,0
• Na 186 496 4563 88
  881 -2,71 0,9
• K 227 419 3069 64
  766 -2,92 0,8
• Rb 248 403 2640 39
  688 -2,99 0,8
• Cs 265 376 2260 29
  705 -3,02 0,7
• Fr 375
  
  0,7
• H gt30 1310 -259
  -253 0,0 2,1
• Cl 99 1255 -101
  -35 1,36 3,0
• A fizikai és a kémiai tulajdonságok a csoportban
  lefelé túlnyomórészt monoton változnak.

4
AZ ALKÁLIFÉMEK JELLEMZÉSE

• Fizikai tulajdonságok
• -Kis suruséguek, puhák, vághatóak, alacsony op.
  és fp., jó ho és elektromos vezetoképesség, nagy
  atom-és ionsugár
• -Gozeik egyatomosak
• -Külso héjon levo elektronjuk könnyen
  gerjesztheto ? jellemzo színure festik a lángot
• Li vörös Rb sötétvörös
• Na sárga Cs kék
• K fakóibolya (nem ugyanazon átmenetre
  vonatkoznak)
• -Más fémekkel ötvözhetok, higanynyal amalgámot
  képeznek
• -Cseppfolyós ammóniában (amminokban) jól oldódnak

5
AZ ALKÁLIFÉMEK OLDÓDÁSA CSEPPF. NH3-BAN

• Oldható fémek alkáli fémek és Ca, Sr, Ba, Eu, Yb
• Híg oldat
• M (xy)NH3 M(NH3)y e(NH3)x-
• Kék színu, vezeti az elektromos áramot,
  paramágneses ? szolvatált elektron
• Töményebb oldat
• 2 e(NH3)x- e2(NH3)z2- (2x-z)NH3
• Narancssárga oldat, a szolvatált elektron
  párosodása ? a paramágnesség csökken
• Tömény oldat
• 2 M(s) M(NH3)y Me2(NH3)z-
• A szolvatált kation stabilizálása
• alkidok (Msolv)(Msolv-)
• elektridek (Msolv)(esolv-)
• Amid-képzodés 2Na 2NH3 2NaNH2 H2
• Fény vagy átmenetifém-ionok (pl. Fe3)
  katalizálják.

6
AZ ALKÁLIFÉMEK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

• Igen reakcióképes elemek, a reakcióképesség a
  csoportban lefelé no.
• Eros redukálószerek

Reakció Megjegyzés
M H2O ? MOH H2 Hidroxidjaik a legerosebb ismert bázisok
Li O2 ? Li2O Monoxid képzodik Li esetében (és kismértékben Na-nál)
Na O2 ? Na2O2 Peroxid képzodik Na esetében (és kismértékben Li-nál)
K O2 ? KO2 Szuperoxid képzodik K, Rb, Cs esetében
M H2 ? MH Sószeru hidridek
Li N2 ? Li3N Nitridet csak a Li képez
M NH3 ? MNH2 Mindegyikük képez amidokat
M X ? M3X Mindegyikük képez foszfidokat/arzenideket/antimonidokat
M X ? M2X Mindegyikük képez szulfidokat/szelenideket/telluridokat
M X ? MX Mindegyikük képez halogenideket
M C ? M2C2 csak a Li és Na, a többi intersticiális karbidokat képez
7
AZ ALKÁLIFÉMEK ELOFORDULÁSA, ELOÁLLÍTÁSA

• Elofordulás csak vegyületeikben, 1 oxidációs
  állapotban
• NaCl-kosó, NaNO3-chilei salétrom,
• Na2SO410H2O-glaubersó, Na2CO310H2O-szóda,
• NaHCO3, Na2B4O5(OH)48H2O-bórax
• KCl-szilvin, KClMgCl26H2O-karnallit
• K2CO3-hamuzsír,
• Szilikátok (tengervíz)
• Li, Rb, Cs, ritka elemek
• Na,K élovilágbeli elofordulásuk (a K szélesebb
  körben)
• Eloállítás
• Halogenidjeik olvadék-elektrolízise (grafit anód,
  acél katód)
• K,Rb,Cs olvadék halogenidek redukciója Na-mal

8
AZ ALKÁLIFÉMEK FELHASZNÁLÁSA

• Redukálószer, víztelenítoszer, hutofolyadék
  (nukleáris reaktorokban), galvánelemek (Li-anód,
  polivinil-piridin-I2-katód, LiI elektrolit),
  ötvözoanyag (14Li,1Al,85Mg repülogépipar)
• Na2CO3 üveggyártás alapanyaga,
• Li2CO3, K2CO3 porcelán- és üveggyártás
  adalékanyaga,
• NaCl NaOH gyártás alapanyaga, utak sózása
  (környezetvédelem!)
• NaOCl, Na2O2 fehérítés textil- és papíripar
• KMnO4 fertotlenítoszer, oxidálószer
• KO2 kisegíto oxigénforrás
• Li-sztearát kenocsök adalékanyaga

9
ALKÁLIFÉMHIDRIDEK, HALOGENIDEK

• Ionrácsos vegyületek a rácsenergia a Li?Cs és
  F?I irányben csökken
• Hidridek fehér színu, bomlékony, magas
  olvadáspontú, kemény, vízoldható, vegyületek.
  Redukálószerek LiAlH4, NaBH4 (szelektívek)
• Halogenidek fehér színu, termikusan stabil,
  vízoldható vegyületek. LiF2 dimerek, a Li kis
  mérete miatt a H-kötéshez hasonló Li-kötés alakul
  ki.

Rácsenergia
Forráspont
Olvadáspont
10
IONRÁCS TÍPUSOK I.AX típusú
NaCl rács
r/r- 0,414 0,733 N6 a kocka csúcsain fel-
váltva vannak az ionok
CsCl rács
r/r- gt 0,733 N8 tércentrált köbös rács
11
IONRÁCS TÍPUSOK II.AX2 típusú
CaF2 rács
SiO2 rács
r/r- gt 0,732 Nk8 Na4 kétszer annyi anion, mint
kation
r/r- lt 0,414 Nk4 Na2
TiO2 rács
CdI2 rács rétegrács
kevésbé ionos, így nem fluorit rácsot képez
r/r- gt 0,732 -0,414 Nk6 Na3 oktaéderes
elrendezodés
12
ALKÁLIFÉM VEGYÜLETEK

• Oxidok, hidroxidok
• M2O, M2O2, MO2 és MO3 összetételuek,
• oxigénnel reagálva Li2O, Na2O2, KO2,
• szuboxidok (Cs, Rb) a fém oxidációs állapota 1
  alatt van (fém-fém kötés pl. Cs7O (bronz), Cs4O2
  (ibolyásvörös), Cs11O3 (ibolya)
• Vízzel bázisokat képeznek
• Li2O H2O 2LiOH
• Na2O2 2H2O 2NaOH H2O2
• 2KO2 2H2O 2KOH H2O2 O2
• NaOH eloállítása NaCl oldat elektrolízise (1)
  Pt (vagy grafit) elektródos,
• (2) Hg katódos (környezetszennyezés), (3)
  membráncellás eljárások

13
ALKÁLIFÉM VEGYÜLETEK

• Szulfidok, poliszulfidok
• M2S, illetve M2Sn (n2,3,4,5,6) összetételuek,
• Li/S, Na/S akkumulátorok
• Oxosavak sói
• Karbonátok, hidrogénkarbonátok (karbonát dimer)
• Solvay féle szódagyártás
• NaCl, H2O CO2 NH3 NaHCO3
  NH4Cl
• NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 (hevítés)
• üvegipar, füstgázok kénmentesítése
• nitrátok, nitritek robbanószeripar
• foszfátok trisó (vízlágyítás)
• NaOCl (hipó) NaOH oldatba Cl2 gázt vezetnek
• Na2S2O3 (fixirsó) fényképezés

14
ALKÁLIFÉM KOMPLEXEK

• Makrociklusos poliéterek koronaéterek és
  kriptándok (a komplex neve kriptát)
• Jelentoségük
• -méretviszonytól függo nagy stabilitású és
  szelektivitású/specifitású alkálifém-,
  alkáliföldfém- és átmenetifém komplexek
• -biológiai jelentoségük ionpumpák, modellezése,
  szelektív fémeltávolítás
• -ionrácsos vegyületek szerves fázisba vitele
  (KMnO4 benzolban 18-C-6-tal, extrakció,
  fázistranszfer katalízis)
• -1987 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
• Elsosorban 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 CO2 ? ArCO2Li ? ArCOOH LiOH
• 4LiBu CH3-CCH ?Li3C-CCLi 4BuH (? A
  vitamin)
• Vízben rosszul oldódó alkálifém vegyületek
• Li Li3PO4, Li2CO3, LiF
• Na NaSb(OH)6, NaZn(UO2)3(CH3COO)96,5H2O
• K KClO4, KH-tartarát, K2PtCl6, K3Co(NO2)6,
  KB(C6H5)4)
• Rb, Cs M(CN)B(C6H5)3

16
AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK JELLEMZÉSE

• Elem r(atom) r(ion) I1 I2 Op,C
  Fp,C e, (V) EN
• (pm) (pm) (kJ/mol)
• Be 112 45 899 1757
  1289 2472 -197 1,5
• Mg 160 72 738 1451
  650 1090 -2,36 1,2
• Ca 197 100 590 1145
  842 1494 -2,84 1,0
• Sr 215 118 550 1064
  769 1382 -2,89 1,0
• Ba 222 135 503 965
  729 1805 -2,92 0,9
• Ra 148 509 979
  700 1700 -2,92 0,9
  
• Kis ionizációs energiájuk és elektronegativitásuk
  révén a 2 oxidációs állapot elérésére törekednek
  ?az ionméret kicsi? nagy felületi töltéssuruség
• 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 illeszkedésu
  fémes rács és több delokalizált elektron ?
  nagyobb suruséguek, keményebbek, magasabb op. és
  fp., jó ho és elektromos vezetoképesség,
• -Gozeik egyatomosak
• -Külso héjon levo elektronjuk könnyen
  gerjesztheto ? jellemzo színure festik a lángot
• Be, Mg Sr bíborvörös
• Ca téglavörös Ba fakózöld
• -Cseppfolyós ammóniában (amminokban) jól
  oldódnak az NH3 elpárolgásával hexammin komplex
  marad vissza, ezek lassan amiddá alakulnak
• M(NH3)6 ?M(NH2)2 4NH3 H2
• Vö. az alkálifémek esetén a fém marad vissza.

18
AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

• A reakcióképesség a csoportban lefelé no. A Be és
  a Mg felületét összefüggo oxidréteg védi.
• Oxidjaik képzodéshoje nagy égésükkel nagy
  lánghomérséklet érheto el (Mg égése levegon és
  CO2-ban) MgKClO3 villanópor

Reakció Megjegyzés
M 2HCl ? MCl2 H2 mindegyikük H2 fejlodésével oldódik savakban
M 2H2O ? M(OH)2 H2 Be vízgozzel, Mg forró vízzel, a többi hideg vízzel
Be NaOH? Na2Be(OH)4 H2 a Be amfoter
2M O2 ? 2MO szabályos oxidoat képeznek
Ba O2 ? BaO2 peroxid képzodik Ba esetében O2 feleslegben
M H2 ? MH2 Sószeru hidrideket képeznek magas T-n (Ca, Sr, Ba)
3M N2 ? M3N2 Nitrideket képeznek magas homérsékleten
3M 2NH3 ? 2M(NH2)2 Mindegyikük képez amidokat
3M 2P ? M3P2 Mindegyikük képez foszfidokat
M X ? MX Mindegyikük képez szulfidokat/szelenideket/telluridokat
M X2 ? MX2 Mindegyikük képez halogenideket
19
AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK ELOFORDULÁSA ÉS ELOÁLLÍTÁSA

• Elofordulás csak vegyületeikben, 2 oxidációs
  állapotban, a földkéreg leggyakoribb elemei közé
  tartoznak
• BeOAl2O3-krizoberill, Be3Al2Si6O12-berill,
  (Cr2O3 szennyezés smaragd)
• MgCO3-magnezit, CaCO3-mészkö, CaMg(CO3)2-dolomit
• CaSO42H2O-gipsz, Ca3(PO4)2-foszforit, apatit
  szilikátok
• Sr a Ca kíséroje, SrSO4 celesztit,
• BaCO3-witherit, BaSO4-barit
• Ra csak radioaktív izotópjai vannak (226Ra(a),
  t½1600 év Li, Rb, Cs, ritka elemek
• Mg, Ca élovilágbeli elofordulásuk (a Mg
  szélesebb körben)
• Eloállítás
• Halogenidjeik olvadék-elektrolízise (grafit anód,
  acél katód)
• BeO, BeF2 redukciója Mg-mal

20
AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK ELOÁLLÍTÁSA ÉS FELHASZNÁLÁSA

• Eloállítás
• Mg, Ca vegyületek redukciója Si.mal vagy Al-mal
• szilikotermiás eljárás
• 1. hevítés CaCO3, MgCO3 ? CaO, MgO
• 2. FeSi CaO, MgO FeSi ?Mg Ca2SiO4
  Fe
• Sr, Ba vegyületek redukciója Al-mal
• Felhasználás
• Be szerkezeti anyag (könnyu, kemény, ellenálló)
  ötvözetei Al, Ti, V, Cu (repülogépipar,
  rakétatechnika, csapágygyártás, szerszámgépek)
• Mg-Al ötvözetek reülogépipar
• Ca-Al ötvözetek (keményíti a fémet)
• Ca, Mg redukálószer
• Sr vegyületek képcsövek üvege, pirotechnika

21
ALKÁLIFÖLDFÉM HIDRIDEK, HALOGENIDEK

• CaH2, SrH2, BaH2 ionosak, (BeH2)n és (MgH2)n
  kovalensek és polimerek (háromcentrumos kötés
  stabilizálja a fémek elektronhiányát)
• (BeCl2)n kovalens polimer (halogenidhíd révén
  pótlódik a fém elektronhiánya a többi MX2
  vegyület ionos.
• BeF2 monomer, vízben jól oldódik, BeF42-
  képzodéssel stabilizálódik a molekula, pótlódik a
  Be elektronhiánya a többi fém fluoridja vízben
  általában nem oldódik CaF2 (HF és F2 forrás)
• A többi haligenid ionos vegyület, vízben jól
  oldódnak (MgCl2, CaCl2 jégmentesítés, CaCl2/H2O
  op -55C, NaCl/H2O op -18C

22
ALKÁLIFÖLDFÉM VEGYÜLETEK

• Oxidok, hidroxidok
• MO ? M(OH)2 bázisképzo oxidok, báziserosség és
  oldhatóság a csoportban lefelé no.
• Be(OH)2 2OH- Be(OH)42- hasonlóság az
  Al- és Zn-hez)
• MO oxidjaik ionosak, legfontosabb a CaO (égetett
  mész)
• CaCO3 (900 C) ? CaO (H2O) ? Ca(OH)2 (oltott
  mész)
• habarcs Ca(OH)2 SiO2 (homok)
• kötése során CO2-ot vesz fel ?CaCO3 CaSiO3
• MO2 peroxidok (stabilitásuk a kation méretével
  no) (pl. BaO2)
• 2BaO O2 ? 2BaO2 (H2O2 eloállítása)
• Összetett sóik
• nitrátok vízoldhatóak valamennyi fémnél
• karbonátok, szulfátok vízoldhatósága a
  csoportban lefelé csökken
• hidrogénkarbonátok (Ca, Mg) változó keménység,
  cseppkoképzodés, vízkolerakódás
• gipsz 150 C
  200 C 1100C
• CaSO42H2O?CaSO41/2H2O ? CaSO4 ? CaO
  SO3
• foszfátok foszforit, apatitok (lásd foszfor
  kémiája)

23
ALKÁLIFÖLDFÉM KOMPLEXEK ÉS FÉMORGANIKUS VEGYÜLETEK

• Komplexek
• Kiemelkedo 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 2H2O RH Mg(OH)2 MgX2
• Felhasználása szerves szintézisekben oxo
  vegyületek, amidok, alkánok eloállítása

24
A GRIGNARD REAGENS

• Összetett egyensúlyi rendszer a halogenidion
  hídligandum, illetve a Mg elektronhiányos volta
  miatt
• Az egyensúlyok helyzete a koncentrációtól, a
  halogenidtol, az oldószertol, a homérséklettol
  függ. A részecskéket az oldószer (éter) molekulák
  szolvatálják.

25
BIOLÓGIAI JELENTOSÉGÜK

• Biológiai fontosságuak Na, K, Mg, Ca,
• LiCO3 mániás depresszióban gyógyszer
• Be- mérgezo (Mg helyettesítés), 90Sr- radioaktív,
  Ba- idegméreg (de BaSO4 röntgen kontrasztanyag)
• Biológiai hatásuk
• egyenetlen eloszlás sejten belül K, Mg2
• sejten kívül Na, Ca2
• ionpumpák révén valósul meg (szelektív kötohelyu
  fehérjék)
• sav-bázis egyensúly, ozmótikus egyensúly
  fenntartása (K, Na)
• fiziológiai folyamatok szabályzása (pl. Ca2
  izomösszehúzódásban)
• enzimek aktiválása (Mg2), foszfatázok, ATPáz,
• klorofill alkotórésze (Mg2), fotoszintézis
• vázanyag (csont, fog) 3Ca3(PO4)2CaF2
  (tojáshéj) CaCO3, koképzodés pl. Ca(COO)2