🧂 s-prvky: alkalické kovy a kovy alkalických zemin

Pokusem

O čem to je

Učitel odkrojí nožem kousek sodíku – kov je měkký jako máslo. Hodí ho do vody: sodík se roztaví do kuličky, sviští po hladině a syčí. Draslík se rovnou vznítí fialovým plamenem.

Takhle se chovají s-prvky – nejreaktivnější kovy vůbec. Jejich méně divocí příbuzní (vápník, hořčík) jsou zase ve vápně, v kostech i v zelených listech.

Nové pojmy

s-prvkyPrvky 1. a 2. skupiny periodické tabulky. Jejich valenční (vnější) elektrony jsou v orbitalu typu s.
Alkalické kovy1. skupina bez vodíku: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Mají 1 valenční elektron (ns¹).
Kovy alkalických zeminPrvky 2. skupiny (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) mají 2 valenční elektrony (ns²). Přesně vzato se kovy alkalických zemin říká Ca, Sr, Ba a Ra.
Ionizační energieEnergie potřebná k odtržení elektronu z atomu. Malá = atom elektron snadno ztratí.

Proč jsou tak reaktivní

Alkalický kov má na kraji jediný elektron, který je k jádru vázaný slabě. Ochotně ho odevzdá a stane se z něj kation M⁺ (Na⁺, K⁺). Prvky 2. skupiny odevzdají dva → M²⁺.

Shora dolů jsou atomy větší, elektron je dál od jádra a odtrhne se snáz. Proto reaktivita roste od lithia k cesiu.

Co vznikne, když sodík hodíš do vody?
Sodík odevzdá elektron, vodík z vody ho přijme: 2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂. Vzniká hydroxid sodný (roztok je zásaditý) a plyn vodík, který se může vznítit.

Proto se sodík a draslík uchovávají pod petrolejem – reagovaly by se vzdušnou vlhkostí a kyslíkem.

Barvení plamene

Sloučeniny s-prvků barví plamen typickou barvou. Tak se dají poznat – a tak vznikají barvy ohňostrojů.

Otoč karty a zapamatuj si barvy.

  • Li – karmínově červená
  • Na – žlutá
  • K – fialová
  • Ca – cihlově červená
  • Sr – červená
  • Ba – zelená

Vápník ve stavebnictví

Vápenný cyklusŘada reakcí, kterou se z vápence vyrobí malta a ta zase ztvrdne na vápenec.
Pálení vápence: CaCO₃ → CaO + CO₂ (vzniká pálené vápno CaO).
Hašení: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (vzniká hašené vápno).
Tvrdnutí malty se vzdušným CO₂: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.
Jak vznikají krasové jeskyně?
Dešťová voda obsahuje rozpuštěný CO₂. Rozpouští vápenec na rozpustný hydrogenuhličitan: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂. Voda ho odnese a ve skále zůstane dutina. Opačná reakce vytváří krápníky.

Další důležité sloučeniny

  • NaCl – kuchyňská sůl; elektrolýzou její taveniny se vyrábí sodík
  • Na₂CO₃ – soda (sklo, prací prostředky)
  • NaHCO₃ – jedlá soda (kypřidlo)
  • NaOH – hydroxid sodný, louh
  • Mg – součást chlorofylu
  • Ca – kosti a zuby
✗Hašené vápno je CaO.
✓CaO je pálené vápno. Hašené vápno je Ca(OH)₂.

„Hašení“ = zalití vodou. Pálené vápno CaO se vodou „uhasí“ a vznikne hydroxid.

Alkalické kovy (ns¹) tvoří M⁺, prvky 2. skupiny (ns²) M²⁺. Reaktivita roste dolů. S vodou dávají hydroxid a vodík. Vápenný cyklus: CaCO₃ → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃.

Systematicky

O čem to je

Prvky 1. a 2. skupiny se chovají velmi pravidelně. Když pochopíš jejich elektronovou stavbu, odvodíš si skoro všechno ostatní: náboj iontu, reakce s vodou, výrobu i to, proč se nevyskytují volně v přírodě.

Nové pojmy

Valenční elektronyElektrony v nejvyšší vrstvě atomu. Účastní se reakcí.
Redukční činidloLátka, která jiné látce odevzdá elektrony. Sama se přitom oxiduje.Sodík odevzdá elektron vodíku z vody.
Elektrolýza taveninyRozklad roztavené soli elektrickým proudem. Na záporné elektrodě se vylučuje kov.2 NaCl (tavenina) → 2 Na + Cl₂

Srovnání skupin

1. skupina – alkalické kovy2. skupina
prvkyLi, Na, K, Rb, Cs, FrBe, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
valenční elektronyns¹ (1)ns² (2)
ionM⁺M²⁺
OČ ve sloučenináchIII
vlastnostivelmi měkké, lehké, nejreaktivnějšítvrdší, méně reaktivní

Pravidla, která z toho plynou

Málo valenčních elektronů + nízká ionizační energie (energie na odtržení elektronu) → snadno je odevzdají → jsou to silná redukční činidla.
Proto se v přírodě vyskytují jen ve sloučeninách (NaCl, CaCO₃).
Proto se vyrábějí elektrolýzou tavenin – chemicky je redukovat skoro nejde.
Reaktivita roste shora dolů (Li < Na < K < Rb < Cs): větší atom, vzdálenější elektron.

Reakce

  • s vodou: 2 M + 2 H₂O → 2 MOH + H₂ (2. skupina: Ca + 2 H₂O → Ca(OH)₂ + H₂)
  • s kyslíkem: 4 Li + O₂ → 2 Li₂O (sodík tvoří hlavně peroxid Na₂O₂)
  • s halogeny: 2 Na + Cl₂ → 2 NaCl
Napiš reakci draslíku s vodou a urči, co se oxiduje.
2 K + 2 H₂O → 2 KOH + H₂. Draslík K⁰ → KI: oxiduje se (redukční činidlo). Vodík HI → H⁰: redukuje se.

Sloučeniny vápníku

Spoj si triviální názvy se vzorci – nejdřív si odpověď řekni, pak kartu otoč.

  • vápenec – CaCO₃
  • pálené vápno – CaO
  • hašené vápno – Ca(OH)₂
  • soda – Na₂CO₃
  • jedlá soda – NaHCO₃
  • sádrovec – CaSO₄ · 2 H₂O
Proč malta na vzduchu ztvrdne?
Malta obsahuje hašené vápno. To reaguje s CO₂ ze vzduchu: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O. Vzniká pevný uhličitan vápenatý – zpět vápenec.
Jakou rovnicí vzniká v jeskyni krápník?
Voda s rozpuštěným Ca(HCO₃)₂ kape ze stropu, CO₂ uniká: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O. CaCO₃ se usadí. Je to opak reakce, kterou voda vápenec rozpouští.

Biologický význam

  • Na⁺ a K⁺ – přenos nervových vzruchů
  • Ca²⁺ – kosti, zuby, srážení krve
  • Mg²⁺ – centrální atom chlorofylu
✗Reaktivita alkalických kovů klesá od lithia k cesiu, protože cesium je těžší.
✓Reaktivita roste od lithia k cesiu.

Cesium má valenční elektron v 6. vrstvě, daleko od jádra. Odtrhne se mnohem snáz než u lithia (2. vrstva).

1. skupina ns¹ → M⁺, 2. skupina ns² → M²⁺. Silná redukční činidla, v přírodě jen ve sloučeninách, výroba elektrolýzou tavenin, reaktivita roste dolů.
💧Vodík a voda🥫Hliník, cín a olovo