Најважније из лекције
Алкални метали (1. група): \(\text{Li}, \text{Na}, \text{K}, \text{Rb}, \text{Cs}, \text{Fr}\) - имају 1 валентни електрон, валенцу I, меки су, мале густине, веома реактивни. Чувају се у петролеуму. Реагују са водом дајући јаке базне хидроксиде и \(\text{H}_2\) (нпр. \(2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2\)).
Земноалкални метали (2. група): \(\text{Be}, \text{Mg}, \text{Ca}, \text{Sr}, \text{Ba}, \text{Ra}\) - имају 2 валентна електрона, валенцу II, тврђи су и гушћи од алкалних, мање реактивни од њих. Са водом граде слабије растворљиве хидроксиде и \(\text{H}_2\) (нпр. \(\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2\)).
Тренд реактивности: Расте одозго надоле у обе групе (\(\text{Na} < \text{K}\); \(\text{Mg} < \text{Ca}\)) и опада слева надесно кроз периоду (1. група је реактивнија од 2. групе). У природи се због реактивности налазе искључиво у облику једињења.
Земноалкални метали (2. група): \(\text{Be}, \text{Mg}, \text{Ca}, \text{Sr}, \text{Ba}, \text{Ra}\) - имају 2 валентна електрона, валенцу II, тврђи су и гушћи од алкалних, мање реактивни од њих. Са водом граде слабије растворљиве хидроксиде и \(\text{H}_2\) (нпр. \(\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2\)).
Тренд реактивности: Расте одозго надоле у обе групе (\(\text{Na} < \text{K}\); \(\text{Mg} < \text{Ca}\)) и опада слева надесно кроз периоду (1. група је реактивнија од 2. групе). У природи се због реактивности налазе искључиво у облику једињења.
Алкални метали су елементи 1. групе Периодног система елемената: литијум (\(\text{Li}\)), натријум (\(\text{Na}\)), калијум (\(\text{K}\)), рубидијум (\(\text{Rb}\)), цезијум (\(\text{Cs}\)) и францијум (\(\text{Fr}\)).
Назив потиче од арапске речи al-qali (биљни пепео), јер пепео биљака садржи карбонате натријума и калијума.
Електронска конфигурација и валенца: Сви алкални метали имају 1 валентни електрон у последњем енергијском нивоу. У једињењима увек граде јоне са наелектрисањем \(1+\) и имају сталну валенцу I (због тога се валенца не пише у називима њихових једињења).
Физичка својства алкалних метала:
- Светлосиве су боје и имају карактеристичан метални сјај.
- Добри су проводници топлоте и електричне струје.
- Имају малу густину и ниске температуре топљења и кључања.
- Изузетно су меки – лако се секу ножем (литијум је нешто тврђи од осталих).
Реактивност алкалних метала расте одозго надоле у оквиру 1. групе (\(\text{Li} < \text{Na} < \text{K} < \text{Rb} < \text{Cs} < \text{Fr}\)). Разлог је тај што је валентни електрон код елемената са више нивоа удаљенији од језгра, језгро га слабије привлачи и лакше се отпушта у хемијској реакцији.
Алкални метали су веома реактивни. Због велике реактивности у природи се не налазе у елементарном стању, већ искључиво у облику једињења (натријум и калијум су међу најзаступљенијим металима у Земљиној кори и морској води).
Реакција са водом: Бурно реагују градећи растворљиве хидроксиде и гасовити водоник:
\[ 2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2 \]
\[ 2\text{K} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KOH} + \text{H}_2 \]
Раствори насталих хидроксида су базне средине, па фенолфталеин боје у ружичасто, а црвену лакмус хартију у плаво.
Реакција са кисеоником: На ваздуху свеж пресек брзо губи сјај јер реагује са кисеоником и влагом:
\[ 4\text{Na} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{Na}_2\text{O} \]
Због бурне реакције са кисеоником и влагом из ваздуха, алкални метали се чувају у петролеуму.
Зашто калијум бурније реагује са водом у односу на натријум?
Валентни електрон у атому калијума налази се на 4. енергијском нивоу, док је код натријума на 3. нивоу. Валентни електрон калијума је удаљенији од језгра, језгро га слабије привлачи, па га атом калијума лакше отпушта, што га чини реактивнијим.
Земноалкални метали су елементи 2. групе Периодног система елемената: берилијум (\(\text{Be}\)), магнезијум (\(\text{Mg}\)), калцијум (\(\text{Ca}\)), стронцијум (\(\text{Sr}\)), баријум (\(\text{Ba}\)) и радијум (\(\text{Ra}\)).
Назив потиче од тога што су њихови оксиди (\(\text{CaO}\), \(\text{MgO}\)) нерастворљиви и термички стабилни („земље”), а са водом граде базне хидроксиде (алкалије).
Електронска конфигурација и валенца: Сви земноалкални метали имају 2 валентна електрона у последњем нивоу. У једињењима увек граде јоне са наелектрисањем \(2+\) и имају сталну валенцу II.
Поређење физичких својстава са алкалним металима:
- Имају метални сјај, светлосиву боју и добри су проводници топлоте и струје.
- У односу на алкалне метале, имају већу густину, више температуре топљења и кључања и тврђи су.
Реактивност такође расте одозго надоле у 2. групи (\(\text{Be} < \text{Mg} < \text{Ca} < \text{Sr} < \text{Ba} < \text{Ra}\)), али су генерално мање реактивни од суседних алкалних метала из 1. групе. Ни они се у природи не налазе у елементарном стању.
Реакција метала са водом: Настају хидроксиди и ослобађа се гас водоник:
\[ \text{Mg} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 + \text{H}_2 \quad (\text{споро на собној Т, брже при загревању}) \]
\[ \text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2 \quad (\text{бурнија реакција на собној Т}) \]
Хидроксиди земноалкалних метала су слабије растворљиви у води од хидроксида алкалних метала.
Реакција са кисеоником (сагоревање):
\[ 2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO} \quad (\text{сагорева блештавим белим пламеном}) \]
Реакција оксида са водом: Оксиди ових метала у реакцији са водом дају хидроксиде:
\[ \text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \]
\[ \text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 \]
Калцијум се због реактивности чува под петролеумом. Магнезијум је на ваздуху заштићен танким површинским слојем магнезијум-оксида (\(\text{MgO}\)).
- \(\text{Mg}^{2+}\) је саставни део хлорофила (неопходан за фотосинтезу).
- \(\text{Ca}^{2+}\) гради кости и зубе (99% \(\text{Ca}\) у телу је у скелету), важан је за рад срчаног мишића и згрушавање крви. Извори: млеко, сир, сусам, смокве.
Шта се дешава када се у воду са неколико капи фенолфталеина дода чврсти калцијум-оксид (\(\text{CaO}\))?
Долази до бурне реакције у којој настаје калцијум-хидроксид:
\[ \text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 \]
Пошто је средина базна, фенолфталеин мења боју у ружичасту.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Заокружите тачне тврдње:
а) Алкални метали се у природи налазе у елементарном стању.
б) Калцијум је тврђи метал и има вишу температуру топљења од натријума.
в) Сви елементи 1. групе имају два валентна електрона.
г) Натријум је реактивнији метал од магнезијума.
а) Алкални метали се у природи налазе у елементарном стању.
б) Калцијум је тврђи метал и има вишу температуру топљења од натријума.
в) Сви елементи 1. групе имају два валентна електрона.
г) Натријум је реактивнији метал од магнезијума.
Тачне тврдње су: б) и г).
Објашњење за нетачне:
а) Нетачно – због велике реактивности налазе се само у облику једињења.
в) Нетачно – елементи 1. групе имају 1 валентни електрон.
Објашњење за нетачне:
а) Нетачно – због велике реактивности налазе се само у облику једињења.
в) Нетачно – елементи 1. групе имају 1 валентни електрон.
Задатак 2 (средњи): Напишите формуле и називе хидроксида за метале чији атоми имају следећи распоред електрона по нивоима:
1) \(\text{K}-2, \text{L}-8, \text{M}-1\)
2) \(\text{K}-2, \text{L}-8, \text{M}-8, \text{N}-2\)
1) \(\text{K}-2, \text{L}-8, \text{M}-1\)
2) \(\text{K}-2, \text{L}-8, \text{M}-8, \text{N}-2\)
1) Атом има 1 валентни електрон (\(\text{M}-1\)), што значи да је то метал 1. групе са валенцом I (у питању је натријум, \(\text{Na}\)).
Формула хидроксида: \(\text{NaOH}\), Назив: натријум-хидроксид.
2) Атом има 2 валентна електрона (\(\text{N}-2\)), што значи да је то метал 2. групе са валенцом II (у питању је калцијум, \(\text{Ca}\)).
Формула хидроксида: \(\text{Ca(OH)}_2\), Назив: калцијум-хидроксид.
Формула хидроксида: \(\text{NaOH}\), Назив: натријум-хидроксид.
2) Атом има 2 валентна електрона (\(\text{N}-2\)), што значи да је то метал 2. групе са валенцом II (у питању је калцијум, \(\text{Ca}\)).
Формула хидроксида: \(\text{Ca(OH)}_2\), Назив: калцијум-хидроксид.
Задатак 3 (средњи): Напишите једначине следећих хемијских реакција:
а) Реакција сагоревања магнезијума на ваздуху.
б) Реакција калијума са водом.
а) Реакција сагоревања магнезијума на ваздуху.
б) Реакција калијума са водом.
а) \( 2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO} \)
б) \( 2\text{K} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KOH} + \text{H}_2 \)
б) \( 2\text{K} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KOH} + \text{H}_2 \)
Задатак 4 (тежак): У две епрувете са водом и фенолфталеином стављени су: у прву комадић натријума, а у другу очишћена трака магнезијума на собној температури.
а) Опишите разлике у брзини и току реакције у ове две епрувете.
б) Шта је потребно урадити са другом епруветом да би раствор брже попримио ружичасту боју?
а) Опишите разлике у брзини и току реакције у ове две епрувете.
б) Шта је потребно урадити са другом епруветом да би раствор брже попримио ружичасту боју?
а) У првој епрувети долази до тренутне и бурне реакције – ослобађају се мехурићи водоника (\(\text{H}_2\)), раствор одмах постаје ружичаст због настанка \(\text{NaOH}\). У другој епрувети магнезијум на собној температури реагује изузетно споро (тек по који мехурић водоника на површини траке).
б) Другу епрувету треба кратко загрејати на пламену пламеника, јер се загревањем убрзава реакција магнезијума са водом при чему настаје \(\text{Mg(OH)}_2\).
б) Другу епрувету треба кратко загрејати на пламену пламеника, јер се загревањем убрзава реакција магнезијума са водом при чему настаје \(\text{Mg(OH)}_2\).
