Litowce
Do grupy litowców zaliczamy pierwiastki pierwszej grupy układu okresowego, leżące poniżej wodoru: lit, sód, potas, rubid, cez oraz frans ( Rys. 1 ).
Tabela 1 prezentuje wielkości charakterystyczne dla litowców.
Występowanie i otrzymywanie
Najbardziej rozpowszechnionym litowcem w przyrodzie jest sód (2,6 \( \% \)), który występuje w skaleniach typu \( Na[AlSi_3O_8] \) [1], w złożach soli kamiennej, wodach mórz i oceanów w postaci \( NaCl \) oraz azotanie (V) sodu \( NaNO_3 \) – saletrze chilijskiej. Potas występuje w przyrodzie prawie równie często, jak sód (2,4 \( \% \)), podobnie jak Na najczęściej w postaci chlorku \( KCl \) – sylwinu [2]. Lit (0,00065 \( \% \)) występuje w postaci glinokrzemianów, jak spodumen \( LiAl[Si_2O_6] \), czy w fosforanach, jak ambligonit \( LiAl(PO_4)F \). Rubid (0,028 \( \% \)) występuje w ilości 0,3 \( \% \) do 3,5 \( \% \) w lepidolicie \( K(Li,Al)_3(Al,Si,Rb)_4O_10(F,OH)_2 \) [3].
Litowce otrzymywane są w procesie elektrolizy. Ponieważ potencjał normalny litowców jest niższy niż wodoru – nie można otrzymać ich z roztworów wodnych, z racji tego, że jako pierwszy redukowany jest wodór. Dlatego litowce otrzymuje się podczas elektrolizy stopionych soli, np. sód – ze stopionego, bezwodnego chlorku sodu:
Właściwości fizyczne
Litowce są miękkimi metalami o małej gęstości, o srebrzystobiałej barwie i połysku po przekrojeniu (są tak miękkie, że można je kroić nożem – Rys. 2 ).
W wysokiej temperaturze, np. w płomieniu palnika, związki litowców wyparowują, a ich pary pobudzone do świecenia zabarwiają płomień palnika w charakterystyczny dla siebie sposób. Wynika to z faktu, że niski potencjał jonizacyjny litowców umożliwia łatwe wzbudzenie elektronów z niższych na wyższe poziomy energetyczne. Wzbudzone elektrony wracając na niższe poziomy wypromieniowują kwant energii o określonej długości światła, co obserwuje się jako zabarwienie płomienia palnika. Lit barwi płomień na kolor karminowy, sód – żółty, potas – fioletowy, rubid – fioletowo-czerwony, cez – niebieski. Cecha ta została wykorzystana do identyfikacji litowców metodą płomieniową. Rys. 3 przedstawia kolory płomieni.
Właściwości chemiczne
Litowce posiadają tylko jeden elektron na powłoce walencyjnej i bardzo łatwo go oddają, co powoduje, że są pierwiastkami bardzo aktywnymi chemicznie.
Reagują z tlenem z powietrza:
W podwyższonych temperaturach łączą się z wodorem:
Reagują gwałtownie z fluorowcami do halogenków:
Ogrzewane z gazowym amoniakiem dają amidki:
Gwałtownie reagują z wodą:
Sód znajduje zastosowanie przede wszystkim w produkcji nadtlenku sodu \( Na_2O_2 \). Używany jest jako reduktor związków organicznych oraz substrat reakcji chemicznych, np. syntezy Wurtza. Pierwiastkowy sód stosowany jest w lampach sodowych, dających żółte światło, które jest widoczne nawet we mgle. Obecnie lampy sodowe zastępuje się lampami LED. W stanie ciekłym stosowany jest jako chłodziwo w niektórych reaktorach.
Cez w stopie z glinem i barem służy do produkcji fotokomórek cezowych, stosuje się go także w radiografii i badaniach geofizycznych [4].
Najważniejsze związki
\( Na_2O_2 \) nadtlenek sodu – silnie utleniający, stosowany do oczyszczania powietrza w okrętach podwodnych i aparatach tlenowych:
\( NaOH \) wodorotlenek sodu (dawniej zwany sodą kaustyczną) – biała krystaliczna substancja, żrący, silnie higroskopijny, stosowany do produkcji mydła, barwników organicznych, sztucznego jedwabiu, otrzymywania celulozy z drewna, środek neutralizujący.
\( KOH \) wodorotlenek potasu – silnie higroskopijny, stosowany do produkcji mydła w płynie, w syntezach organicznych, do otrzymywania dwuchromianu i nadmanganianu potasu, pochłaniania \( CO_2 \) z powietrza:
\( NaCl \) chlorek sodu (sól kuchenna) – materiał wyjściowy do przemysłowej produkcji sodu, środek spożywczy, roztwór 0,9 \( \% \) (sól fizjologiczna) stosowany w medycynie.
\( KCl \) chlorek potasu (sylwin) – nawóz mineralny.
\( Na_2CO_3 \) węglan sodu (soda) – służy do produkcji szkła, proszków do prania, zmiękczania wody, stosowany w przemyśle papierniczym i farbiarskim.
\( NaHCO_3 \) wodorowęglan sodu, kwaśny węglan sodowy (soda oczyszczona) – proszek do pieczenia, spulchnia ciasto poprzez wydzielanie tlenku węgla (IV) zgodnie z reakcją
\( NaNO_3 \) azotan (V) sodu (saletra chilijska), \( KNO_3 \) azotan (V) potasu (saletra indyjska) – nawozy mineralne, stosowane w produkcji prochu strzelniczego.
Bibliografia
1. Wikipedia: Albit, dostęp:12.09.20212. Wikipedia: Sylwin (minerał), dostęp:12.09.2021
3. W. A. Hart, O. F. Beumel, T. P. Whaley: The Chemistry of Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Cesium and Francium, Pergamon 1973.
4. R. Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej, Wydawnictwo MON 1982.
5. J. L. Lewis III: Overview of Sodium's Role in the Body, Brookwood Baptist Health and Saint Vincent’s Ascension Health, Birmingham 2020, dostęp:28.06.2021
6. N. R. Cook, E. Obarzanek, J. A. Cutler, J. E. Buring, K. M. Rexrode, S. K. Kumanyika et al.: Joint effects of sodium and potassium intake on subsequent cardiovascular disease: the Trials of Hypertension Prevention follow-up studyexternal icon, Archives of Internal Medicine (2009) 169, pp. 32-40.