Detailed Notes on Alkali Metals

Historie alkalických kovů

  • Historické použití

    • Termín "neter" ze Starého zákona byl používán pro látky jako čisticí prostředky.

    • Používány od starověkého Egypta, Řecka a Říma (ve formě nitru, směsi uhličitanu sodného
      ext{Na}2 ext{CO}3 a uhličitanu draselného ext{K}2 ext{CO}3 ).

    • Georg Stahl úspěšně oddělil tyto komponenty v roce 1702, s důkazy poskytnutými v roce 1736.

  • Hlavní objevy a příprava

    • V roce 1807 vyprodukoval Humphry Davy čistý sodík elektrolytickým rozkladem taveniny hydroxidu sodného ext{NaOH} a draslíku z taveniny hydroxidu draselného ext{KOH} .

    • Lithium bylo objeveno Johannem Arfvedsonem v roce 1817 v minerálu petalit ext{LiAlSi}4 ext{O}{10} .

    • Lithium bylo pojmenováno podle řeckého slova lithos, což znamená kámen.

    • V roce 1855 vytvořili R. W. Bunsen a M. Matthiessen lithium elektrolytickým rozkladem chloridu lithného ext{LiCl} .

    • Rubidium a cesium byly objeveny v roce 1861 během spektrální analýzy minerálních vod R. W. Bunsenem a G. S. Kirchhoffem.

    • Cesium bylo připraveno Setterbergem v roce 1882 elektrolytickým rozkladem cyanidu cesného smíšeného s cyanidem baria.

    • Francium bylo objeveno v roce 1939 M. Perejouem a pojmenováno podle místa jeho objevu.

Obecné vlastnosti alkalických kovů

  • Fyzikální vlastnosti

    • Alkalické kovy jsou pevné látky s nízkými bodem tání a hustotou.

    • Pouze lithium taje nad 100 °C; lithium, sodík a draslík mají hustoty nižší než voda.

    • Lithium je nejlehčí kov.

    • Projevují nízkou elektronegativitu, což naznačuje vysokou elektropositivitu.

    • Konfigurace valenčního shellu: ns^1 (kde 2 ext{ 00} n ext{ 00} 7).

    • Hlavně tvoří oxidační stavy +1.

  • Metalické vlastnosti

    • Obvykle mají metalické vlastnosti, jako je vysoká elektrická a tepelná vodivost.

    • Vypadají stříbřitě lesklé (cesium má zlatou barvu).

    • Mají tažnost a kujnost.

    • Existují radioaktivní izotopy pro francium a draslík.

  • Barvy plamenů

    • Kationty alkalických kovů produkují charakteristické barvy plamenů, když jsou zahřáté:

    • Lithium (Li$^+$): karmínově červená

    • Sodík (Na$^+$): jasně žlutá

    • Draslík (K$^+$): fialová

    • Rubidium (Rb$^+$): světle fialová

    • Cesium (Cs$^+$): modro-fialová.

Výskyt alkalických kovů

  • Obvykle se nacházejí v sloučeninách kvůli vysoké reaktivitě.

  • Sodík je 6. nejhojnější prvek (2,6 %) a draslík je 7. (2,4 %).

  • Ostatní alkalické kovy jsou přítomny ve stopových množstvích, hlavně v mořské vodě (především jako chlorid sodný ext{NaCl} ) a minerálních vodách.

Příprava alkalických kovů

  • Obvykle se připravují dekompozicí azidů (s lithium jako výjimkou), znázorněnou reakcí:
    2 ext{MN}3 ightarrow 2 ext{M} + 3 ext{N}2.

  • Produkce sodíku

    • Vyprodukován elektrolytickým rozkladem chloridu sodného ( ext{NaCl} ), taveného v přítomnosti chloridu vápníku (snižuje teplotu tání z 1073 K na 870 K).

    • Vedlejší produkt: ext{Cl}_2 , přispívající 5 % k globální produkci.

Reakce alkalických kovů

  • Velmi reaktivní i s běžným vzduchem (reakce s ext{O}2 a ext{CO}2 ), což vyžaduje skladování v nepolárních rozpouštědlech.

  • Při hoření ve vzduchu reagují k oxidu, peroxidům nebo superoxidům:

  • Lithium produkuje lithný oxid (Li$ ext{2}$O)

  • Sodík produkuje peroxid sodný (Na$ ext{2}$O$ ext{2}$)

  • Draslík a rubidium produkují příslušné superoxidy (KO$ ext{2}$, RbO$ ext{2}$, respektive).

  • Reakce s vodou

    • Reagují násilně s vodou za vzniku hydroxidů a plynného vodíku.

Aplikace alkalických kovů

  • Chemický průmysl

    • Sodík se používá v některých zářivkách neonových lamp.

    • Lithium slitiny jsou lehké a odolné, vhodné pro konstrukci letadel.

    • Slitiny sodíku a draslíku se používají jako chladiva v jaderných reaktorech díky svým nízkým bodům tání.

  • Baterie

    • Náboje sodium-síra baterií:

    • Anoda: ext{Na}^+

    • Katoda: ext{S}^+ + uhlíková vlákna

    • Pracují při vysokých teplotách (570 - 620 K).

    • Lithium baterie:

    • Vysoká energetická hustota s napětím kolem 3,6 V.

    • Alternativy zahrnují lithium mangan dioxide (LiMn$ ext{2}$O$ ext{4}$).

  • Biologický význam

    • Sodíkově-draselné čerpadlo je zásadní pro buněčnou rovnováhu.

    • Draslík je nezbytný pro růst rostlin a používaný v hnojivech.

  • Cesium atomové hodiny

    • Měření času prostřednictvím přechodu v atomu cesia-133.

    • Dosažená přesnost 1 sekundy odchylky za 80 milionů let.

Sloučeniny alkalických kovů

  • Obvykle iontové sloučeniny a jsou rozpustné ve vodě, převážně bezbarvé.

  • Sodné sloučeniny

    • Peroxid sodný ext{Na}2 ext{O}2 : používán v čištění vzduchu.

    • Hydroxid sodný (NaOH):

    • Vyprodukovaný elektrolytickým rozkladem mořské vody; zásadní pro chemický průmysl.

    • Chlorid sodný ( ext{NaCl} ): získaný odpařením a široce používaný v potravinářství a průmyslu.

  • Draselné sloučeniny

    • Hydroxid draselný (KOH): podobné vlastnosti jako NaOH.

    • Chlorid draselný ( ext{KCl} ): široce používán v hnojivech.

  • Lithné sloučeniny

    • Uhličitan lithný (Li$ ext{2}$CO$ ext{3}$): používán při léčení bipolárních poruch.

    • Bikarbonát sodný (NaHCO$ ext{3}$): jedlá soda, široce používaná v kuchyni a antacidech.