Litowce

1. Litowce : ogólna charakterystyka

Litowce to pierwiastki z pierwszej grupy w układzie okresowym. Są bardzo przyjemne pod kątem maturalnego omawiania bo mają uderzająco podobne właściwości. Litowce to inaczej metale alkaliczne.

➦ Konfiguracja elektronów walencyjnych dla litowców to ns1 , gdzie n oznacza numer okresu. Przykładowo dla potasu będzie to 4s1 . Dlatego też litowce w związkach przyjmują stopień utlenienia +I , aby pozbyć się tego jednego elektronu i osiągnąć konfigurację gazu szlachetnego.

Litowcemiękkimi, błyszczącymi metalami o niewielkiej gęstości. To wydaje się jak taka niezbyt istotna informacja, ale zmierzamy tutaj do tego, aby dowiedzieć się, że Li, Na oraz K są jednymi metalami o gęstości mniejszej niż woda. Jeśli zatem wrzucimy kawałki tych metali do wody to one toną!

Litowce są mega reaktywne, wręcz są najbardziej reaktywne wśród metali przez co trudno je otrzymać w czystej postaci (czyli np. chcemy otrzymać czysty sód, a nie chlorek sodu). W stanie wolnym natychmiast się utleniają, czyli inaczej mówiąc, mają wielkie ciśnienie żeby być kationami.

Litowce mają niskie energii jonizacji (Ej), która maleje w dół grupy (co było już omawiane wcześniej). Bardzo łatwo

Litowce są silnymi reduktorami ze względu na to, że łatwo oderwać z nich elektron, ponieważ same będą się wtedy utleniać (M −  e ⟶ M+). Tendencja do oddawania elektronu wynika z obecności na powłoce walencyjnej jednego niesparowanego elektronu. 

Litowce można zidentyfikować za pomocą tak zwanej próby płomieniowej − jakie będziemy obserwować zabarwienie? 

  LitowiecLiNa K, Rb, Cs
  Próba
płomieniowa
karminowy
(czerwień)
żółtyfiołkowo−różowy
Próba płomieniowa jako diagnostyka litowców

➦ tlenki litowców to tlenki zasadowe, które reagują z wodą tworząc wodorotlenki.

2. Reakcje litowców

Zacznijmy od takiego pytania :

Dlaczego sód przechowuje się w nafcie? Jakie reakcje zachodzą na jego powierzchni po wyjęciu go z nafty? 

Sód ze względu na swoją dużą reaktywność, reagowałby z tlenem oraz wilgocią (wodą) obecną w powietrzu, dlatego jest przechowywany w nafcie czy innych związkach organicznych (podobnie zresztą jak pozostałe litowce). 

4Na  +  O2  ⟶  2Na2O   

2Na  +  2H2O  ⟶  2NaOH  +  H2

Na2O  +  H2O  ⟶  2NaOH 

Obstawiam, że żadna z tych reakcji nie jest dla Ciebie jakimś wielkim odkryciem.

W jaki sposób litowce reagują z wodą i alkoholami (w warunkach podwyższonej temperatury)? Alkohole możesz sobie pominąć dopóki nie przerobisz chemii organicznej, ale wybór należy do Ciebie.

Litowce są mocnymi reduktorami, co ukazuje się w reakcji z wodą, z której wypierają wodór (wodór na stopniu utlenienia (+I) ulega redukcji do wodoru cząsteczkowego o stopniu utlenienia 0) : 

2M  +  2H2O  ⟶  2MOH  +  H2

2K  +  2H2O  ⟶  2KOH  +  H2

2M  +  2ROH  ⟶  2ROM  +  H2

2Na  +  2CH3OH  ⟶  2 CH3OK  +  H2

Reakcja tak samo będzie przebiegać z kwasami karboksylowymi (o wzorze ogólnym RCOOH) jak z alkoholami :

2M  +  2RCOOH  ⟶  2RCOOM  +  H2

2Na  +  2RCOOH  ⟶  2RCOONa  +  H2

Są to modelowe reakcje litowców, którą należy znać. Reaktywność metali rośnie oczywiście wraz z rozmiarem atomu oraz malejącą energią jonizacji i właśnie to obserwujemy doświadczalnie.

Lit z wodą reaguje dość spokojnie, potas w tej reakcji się zapala, podczas gdy reakcja z cezem jest niebezpieczna i następuje z wybuchem. Litowce wypierają wodór w analogiczny sposób z organicznych pochodnych wody, czyli alkoholi. Reakcja zachodzi jednak mniej gwałtownie. (R to ogólny zapis na fragment węglowy). 

21.  W jaki sposób litowce reagują z tlenem (w warunkach podwyższonej temperatury)?

Reakcje metali z tlenem są ekstremalnie ważne, zwłaszcza że niekoniecznie przebiegają one z wytworzeniem prostych tlenków (tak, należy się tego nauczyć!). Rubid i cez reagują tak samo jak potas. Czyli tworzą się zwykłe tlenki, ponadtlenki (sód) czy nadtlenki!

          4Li  +  O2   ⟶   2Li2          2Na  +  O2   ⟶  Na2O2                K  +  O2   ⟶ KO2
Reakcje litowców z tlenem są trudne!

Czy litowce rozpuszczają się w amoniaku? Czy reagują z amoniakiem? 

Bardzo ważną cechą charakterystyczną litowców jest fakt, że rozpuszczają się w ciekłym amoniaku. Taki roztwór wykazuje wysokie przewodnictwo elektronowe, ponieważ obecne są tam kationy litowców oraz solwatowane (otaczane przez cząsteczki rozpuszczalnika) elektrony, co nadaje roztworowi ciemnoniebieskie zabarwienie

Litowce mogą także reagować z amoniakiem w warunkach zwiększonej temperatury, zgodnie z równaniem przedstawionym niżej tworząc tak zwane amidki, np. KNH2  czyli amidek potasu. 

2M  +  2NH3  ⟶  2MNH2  +  H2

2Na  +  2NH3  ⟶  2NaNH2  +  H2

3. Lit ma najbardziej odmienne właściwości

Lit jest pierwiastkiem, który wykazuje odmienne właściwości od pozostałych litowców, ze względu na swój mały promień jonowy oraz tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych (a nie jonowych). Lit wręcz bardziej pasuje do berylu − mówimy tutaj o tak zwanym diagonalnym (po przekątnej) podobieństwie

➤  lit ma bardzo małą masę molową , co sprawia, że ma bardzo małą gęstość − znajduje on wykorzystanie tam, gdzie dążenie do jak najmniejszej wagi jest istotne.  

➤  spalanie litu w tlenie daje normalny tlenek Li2O , podobnie jak to jest w reakcjach berylowców z tlenem, podczas gdy pozostałe litowce reagują inaczej tworząc nadtlenki (Na2O2)  czy ponadtlenki (KO2) . 

➤    lit jako jedyny litowiec reaguje z azotem i węglem (ΔT) tworząc azotek Li3N i węglik Li2C2

6Li + 3N2  ⟶ 2Li3N

2Li + 2C  ⟶ Li2C2

➤  niektóre sole litu jak węglan (Li2CO3), fosforan (Li3PO4) czy fluorek (LiF) mają małą rozpuszczalność w wodzie, podczas gdy niemalże wszystkie sole pozostałych litowców są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie.

4. Litowce w pytaniach i odpowiedziach

Pewien kation wykazuje podobne właściwości do kationów litowców. Jaki to kation i jakie są te podobieństwa?

Jest to kation amonowy NH4+ , który ma praktycznie identyczne właściwości jak kation potasu. Aniony, które tworzą trudnorozpuszczalne sole z kationem potasu, tworzą je także z jonami amonowymi. 

Które z litowców wrzucone do wody pływają, a które toną?

Lit, sód oraz potas mają gęstość mniejszą od wody, zatem po niej pływają, pozostałe litowce zatapiają się w wodzie, co zresztą jest przyczyną wybuchowej reakcji (wydzielający się wodór energicznie ,,rozpycha” wodę). 

Zakładając, że anion jest bezbarwny, jaki kolor będą miały roztwory zawierające kationy litowców?

Będą bezbarwne. 

Co to jest sól kuchenna (kamienna), soda oczyszczona oraz ług sodowy?

Są to najbardziej znane związki sodu, odpowiednio chlorek sodu (solisz tym ziemniaczki), wodorowęglan sodu NaHCO3 (używasz tego, kiedy wsypujesz do ciasta proszek do pieczenia) oraz wodorotlenek sodu (NaOH).

2NaHCO3   ⟶   Na2CO3  +  H2O  +  CO2

➤  Właśnie dzięki tej reakcji, po dodaniu do ciasta naleśnikowego sody oczyszczonej, robią się takie pyszne puszyste naleśniki. Powstają gazy i napowietrza się ciasto. 


[1] Są to trudne reakcje, które równie ciężko w prosty sposób wytłumaczyć. Nie można się bowiem posłużyć zwyczajnie energią jonizacji, ponieważ na jej podstawie ocenilibyśmy, że to lit jest najsłabszym reduktorem, podczas gdy w tlenku Li2O tlen został najbardziej zredukowany i faktycznie – lit jest na szczycie szeregu elektrochemicznego i jest najmocniejszym reduktorem. Musimy bowiem pamiętać, że energia jonizacji dotyczy gazów, podczas gdy tutaj rozpatrujemy reakcję w roztworze wodnym. Wydawałoby się zatem, że powinniśmy skierować swoją uwagę w stronę potencjałów standardowych, jednak to również prowadzi donikąd. Ponownie nie możemy ustalić względnych wartości potencjałów standardowych tylko na podstawie położenia litowca w układzie okresowym, ponieważ jest on w rzeczywistości wypadkową energii jonizacji, a także entalpii hydratacji (m.in) czy efektów entropowych .

Leave a Reply

%d bloggers like this: