Przeczytaj

bg‑violet

Jakim reakcjom ulegają litowce?

LitowcelitowceLitowce ulegają reakcjom, tworząc szereg związków nieorganicznych i organicznych.

Już wiesz

Litowce reagują z wodą:

Sód i potas gwałtownie reagują z wodą, przy czym reakcja potasu z wodą ma bardziej gwałtowny przebieg (potas w kontakcie z wodą zapala się). Reakcje te są egzoenergetyczne i towarzyszy im wydzielanie się bezbarwnego gazu:

2 Na + 2 H_{2} O \to 2 NaOH + H_{2} ↑

2 K + 2 H_{2} O \to 2 KOH + H_{2} ↑

Litowce reagują z tlenem:

Lit – miękki, srebrzystoszary metal – reagując z tlenem, tworzy tlenek (jako jedyny litowiec):

4 Li + O_{2} \to 2 {Li}_{2} O

Sód tworzy nadtleneknadtlenkinadtlenek ${Na}_{2} O_{2}$ , a potas ponadtlenekponadtlenkiponadtlenek ${KO}_{2}$ :

2 Na + O_{2} \to {Na}_{2} O_{2} (jasnożółty)

K + O_{2} \to {KO}_{2} (pomarańczowożółty)

bg‑violet

Związki nieorganiczne

Reakcje z nadtlenkami i ponadtlenkami

Nadtlenek sodu reaguje z metalicznym sodem, tworząc tlenek sodu:

{Na}_{2} O_{2} + 2 Na \to 2 {Na}_{2} O

Ponadtlenek potasu reaguje z potasem, tworząc kolejno nadtlenek i tlenek potasu:

{KO}_{2} + K \to K_{2} O_{2}

K_{2} O_{2} + 2 K \to 2 K_{2} O

Reakcje litowców z kwasami

Litowce z łatwością reagują z kwasami i wypierają z nich wodór:

2 K + H_{2} {SO}_{4} \to K_{2} {SO}_{4} + H_{2} ↑

Tlenki litowców również reagują z kwasami:

{Li}_{2} O + 2 HCl \to 2 LiCl + H_{2} O

{Na}_{2} O + H_{2} {SO}_{4} \to {Na}_{2} {SO}_{4} + H_{2} O

K_{2} O + 2 {HClO}_{4} \to 2 {KClO}_{4} + H_{2} O

bg‑violet

Związki organiczne

Reakcje z halogenkami organicznymi

Jedną z częściej stosowanych reakcji w chemii organicznej z udziałem litowców jest reakcja Würtzareakcja Würtzareakcja Würtza. Reakcja ta zachodzi przy udziale sodu (litu lub potasu) i służy do sprzęgania halogenków alkilowych, co prowadzi do powstania nowego wiązania węgiel‑węgiel, np.:

RcDD13DW9zgIQ1

Ilustracja przedstawiająca mechanizm reakcji . Cząsteczka halogenku alkilowego zbudowanego z podstawnika R połączonego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem X posiadającym trzy wolne pary elektronowe zaznaczone w postaci trzech par kropek. Poniżej znajduje się atom sodu Na na zerowym stopniu utlenienia z zaznaczonym niesparowanym elektronem, od którego poprowadzona jest łukowata strzałka z połową grotu opisana jako SET. Do grotu owej strzałki poprowadzona jest druga łukowata strzałka z połową grotu od wiązania łączącego atom X z podstawnikiem R; od wspomnianego wiązania poprowadzono również łukowatą strzałkę z połową grotu do podstawnika R. W wyniku transferu elektronu powstaje cząsteczka soli Na+X-, przy czym przy anionie zaznaczono cztery wolne pary elektronowe. Ponadto produktem jest rodnik alkilowy oznaczony jako R z kropką, czyli z niesparowanym elektronem, do którego poprowadzona jest łukowata strzałka z połową grotu od elektronu z kolejnego atomu sodu na zerowym stopniu utlenienia. Strzałka również została opisana jako SET, co oznacza transfer elektronu. Strzałka w prawo. Za strzałką związek zbudowany z kationu sodu Na+ oraz z anionu R-, przy którym zaznaczono wolną parę elektronową w postaci pary kropek, od której poprowadzona jest łukowata strzałka z pełnym grotem opisana jako S N 2. Strzałka skierowana jest do podstawnika R w drugiej cząsteczce halogenku alkilowego, w której to od wiązania pojedynczego łączącego podstawnik R z atomem X z zaznaczonym trzema wolnymi parami elektronowymi poprowadzona jest kolejna łukowata strzałka do atomu X w owej cząsteczce. Strzałka w prawo, w wyniku reakcji powstaje cząsteczka zbudowana z dwóch podstawników R połączonych wiązaniem pojedynczym oraz cząsteczka soli Na+X-. — Mechanizm reakcji Wurtza
*SET* – , przeniesienie pojedynczego elektronu
*S_N2* – reakcja substytucji nukleofilowej zachodzącej poprzez mechanizm dwucząsteczkowy.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

gdzie:

$R$ – grupa alkilowa;
$R — R$ – alkan o powiększonej liczbie atomów węgla w cząsteczce względem cząsteczki wyjściowego halogenku;
$X$ – $F$ , $Cl$ , $Br$ , $I$ .

Reakcja polega technicznie na ogrzewaniu roztworu halogenku w obecności bardzo rozdrobnionego metalu alkalicznego.

Redukcja halogenków alkilowych metalicznym litem służy natomiast do otrzymywania odczynników litoorganicznych – ważnej klasy związków metaloorganicznych.

R — X + 2 Li \to R — Li + LiX

Otrzymywanie n-butylolitu:

2 Li + C_{4} H_{9} X \to C_{4} H_{9} Li + LiX

Reakcje redukcji

Litowce są również wykorzystywane do redukcji arenów. Jedną z reakcji stosowanych do wspomnianej redukcji węglowodorów aromatycznych jest reakcja Birchareakcja Birchareakcja Bircha, której nazwa pochodzi o nazwiska australijskiego chemika Arthura Bircha. Przykładem tego typu reakcji jest redukcja naftalenu:

RCnXXD9QaiCce1

Ilustracja przedstawia równanie reakcji redukcji naftalenu. Cząsteczka naftalenu zbudowanego z dwóch skondensowanych sześcioczłonowych pierścieni aromatycznych, które to posiadają dwa wspólne, sąsiadujące ze sobą atomy węgla, tak zwane atomy mostkowe. Strzałka w prawo, nad strzałką Na, NH3, minus siedemdziesiąt osiem stopni Celsjusza. Pod strzałką etanol EtOH, eter dietylowy Et2O. Za strzałką cząsteczka zbudowana z dwóch sześcioczłonowych pierścieni posiadających dwa tomy mostkowe. Pomiędzy atomami mostkowymi występuje wiązanie podwójne, podobnie pomiędzy wiązaniami do niego równoległymi w obu pierścieniach, zatem struktura w sumie posiada trzy wiązania podwójne. Obok zapis wskazujący na wydajność od siedemdziesięciu pięciu do osiemdziesięciu procent. — Równanie reakcji redukcji naftalenu. Produktami reakcji redukcji homologów benzenu metodą Bircha są odpowiednio podstawione cykloheksadieny.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcje z alkoholami (mono i polihydroksylowymi)

Sód reaguje z etanolem w środowisku bezwodnym, a produktem tej reakcji jest etanolan sodu – związek z grupy tzw. alkoholanówalkoholanyalkoholanów:

2 {CH}_{3} {CH}_{2} OH +2 Na \to2 {CH}_{3} {CH}_{2} ONa + H_{2} ↑

Reakcje z kwasami karboksylowymi

W wyniku reakcji kwasów karboksylowych z litowcami powstają sole kwasów karboksylowych. Przykładem takich soli są mrówczany, otrzymywane w reakcji kwasu mrówkowego z odpowiednim metalem, np.:

2 HCOOH + 2 Na \to 2 HCOONa + H_{2} ↑

Reakcje z wyższymi kwasami karboksylowymi

Kwas oleinowy nie reaguje z większością metali – jedynie z niektórymi litowcami. W reakcji kwasu oleinowego z sodem powstaje sól sodowa kwasu oleinowego (oleinian sodu):

2 C_{17} H_{33} COOH + 2 Na \to 2 C_{17} H_{33} COONa + H_{2} ↑

Polecenie 1

Zaproponuj doświadczenie za pomocą którego udowodnisz, że litowce reagują z alkoholami. Wskaż odczynniki oraz sprzęt. Następnie zapisz przewidywane obserwacje, równanie reakcji oraz wnioski.

RsQpMsXcTvLd2

Odczynniki:

bezwodny etanol;
metaliczny sód;
alkoholowy roztwór fenoloftaleiny;
uniwersalny papierek wskaźnikowy.

Sprzęt:

próbówki;
statyw na probówki;
korek z rurką odprowadzającą gaz;
pipety;
łuczywko;
pinceta.

Instrukcja wykonania:

Niewielki kawałek sodu wyjmij z buteki z naftą, a następnie osusz go bibułką .
Do probówki dodaj kilka ${cm}^{3}$ bezwodnego etanolu, a następnie umieść w probówce za pomocą pincety niewielką grudkę metalicznego sodu.
Zatkaj probówkę korkiem z rurką odprowadzającą gaz.
Drugi koniec rurki umieść w probówce odwróconej do góry dnem.
Po kilku minutach wyjmij rurkę z drugiej probówki i u jej wylotu umieść rozżarzone łuczywko.
W probówce z mieszaniną poreakcyjną zanurz uniwersalny papierek wskaźnikowy.
Następnie do tej samej probówki wprowadź kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny.

Obserwacje:

Po dodaniu sodu do probówki z etanolem wydziela się bezbarwny gaz, który spala się w charakterystyczny sposób (słyszalny jest trzask po przyłożeniu do wylotu rurki rozżarzonego łuczywka). Papierek wskaźnikowy zanurzony do mieszaniny poreakcyjnej zmienia zabarwienie na niebieskie. Po dodaniu do roztworu fenoloftaleiny, roztwór przyjmuje barwę malinową.

Wnioski:

Bezwodny etanol reaguje z sodem zgodnie z równaniem reakcji:

2 C_{2} H_{5} OH + 2 Na \to 2 C_{2} H_{5} ONa + H_{2} ↑

W reakcji wydziela się wodór. Barwa papierka potwierdza, że produkt reakcji sodu z alkoholem ma odczyn zasadowy.

Słownik

reakcja Bircha

(czyt. bərcza) reakcja Bircha i Hückla; metoda redukcji związków organicznych za pomocą litowców (sodu, litu) w ciekłym amoniaku lub aminach alifatycznych

litowce

metale alkaliczne, pierwiastki chemiczne stanowiące pierwszą grupę układu okresowego pierwiastków: lit ( $Li$ ), sód ( $Na$ ), potas ( $K$ ), rubid ( $Rb$ ), cez ( $Cs$ ) i promieniotwórczy frans ( $Fr$ )

alkoholany

związki organiczne, pochodne alkoholi, o cząsteczkach, w których atom wodoru grupy hydroksylowej jest zastąpiony atomem metalu

reakcja Würtza

reakcja chemiczna polegająca na działaniu metalicznym sodem na mono- albo difluorowcopochodne alkilowe (zazwyczaj bromopochodne), w której otrzymuje się adekwatnie węglowodory o długich łańcuchach i związki cykliczne

nadtlenki

związki chemiczne o cząsteczkach zawierających grupę nadtlenkową $— O — O —$ , w której tlen występuje na $- I$ stopniu utlenienia, pochodne nadtlenku wodoru $H_{2} O_{2}$ , w którego cząsteczce obydwa atomy wodoru zostały zastąpione atomami metali — nadtlenki nieorganiczne, lub grupami organicznymi — nadtlenki organiczne

ponadtlenki

związki metali z tlenem, o wzorze ogólnym $M O_{2}$ , w których występuje anion ponadtlenkowy ${O_{2}}^{-}$

Bibliografia

M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium chemia: Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Wydawnictwo Szkolne PWN, Warszawa – Bielsko‑Biała 2010.

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna

Jakim reakcjom ulegają litowce?

Związki nieorganiczne

Związki organiczne

Słownik

Bibliografia