Povratak na popis lekcija - kemija 8
Video

Natrij je alkalijski metal koji se nalazi u prvoj skupini periodnog sustava elemenata. U prirodi nema natrija u elementarnom stanju. Pojavljuje se samo u spojevima od kojih je najrašireniji natrijev klorid, poznat kao kuhinjska sol.

Natrij je vrlo reaktivan metal koji se lagano spaja s vodom i kisikom iz zraka. Zbog toga se čuva u boci prekriven slojem petroleja. Proučimo svojstva natrija. Pomoću pincete izvadimo komad natrija iz boce. Natrij se ne smije dirati prstima jer može izazvati opekline koje teško zacjeljuju. Za pokus ćemo odrezati komadić natrija veličine zrna graška. Kako je to mekan metal, lako se reže nožem. Na mjestu presjeka primjećujemo njegovu sivo-bijelu boju i metalni sjaj. Ostatak natrija vratimo odmah u bocu. Odrezani komadić natrija stavit ćemo na komadić filter-papira i spustiti u staklenu kadu napunjenu vodom. Papirić s natrijem pliva na površini vode. Zaključujemo da je njegova gustoća manja od gustoće vode. Kada se filter-papir namoči vodom, započinje reakcija natrija i vode uz razvijanje topline. Nastaju mjehurići vodika koji se zbog povišene temperature zapale a od toga se zapali i natrij koji gori narančasto-žutim plamenom. Nakon toga, u vodu dodajmo nekoliko kapi bezbojnog indikatora fenolftaleina. Fenolftalein poljubičasti od prisutnog natrijevog hidroksida koji nastaje u ovoj reakciji. Jednadžba kemijske reakcije natrija i vode kvantitativno glasi: (čitaj: dva atoma natrija u krutom stanju i dvije molekule vode u tekućem stanju, u jednoj kemijskoj pretvorbi, daju dvije formulske jedinke natrijeva hidroksida u akvatiziranom stanju i jednu molekulu vodika u plinovitom stanju).

2 Na(s) + 2H2O(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g)

Kvalitativno možemo reći da reakcijom natrija i vode nastaje natrijev hidroksid i vodik.

Natrijev hidroksid koji nastaje ovim pokusom otapa se u vodi, pri čemu nastaju akvatizirani ioni, tj. natrijevi (Na+) i hidroksidni ioni (OH) okruženi molekulama vode.

Hidroksidni ioni (OH), daju vodenim otopinama lužnat (gorkast) okus.

Lužine su prema tome, vodene otopine hidroksida. Neki hidroksidi su dobro topljivi u vodi, neki slabo, a ima i onih koji se u vodi uopće ne otapaju.

Lužnatost otopina dokazujemo indikatorima među kojima je najčešći fenolftalein. Fenolftalein je u kiseloj i neutralnoj otopini bezbojan, a u lužnatoj ljubičast tj. purpuran. Sve vodene otopine koje na pH-skali imaju vrijednost pH veću od 7 - su lužnate.

Zemnoalkalijski metali su elementi koji se nalaze u drugoj skupini periodnog sustava elemenata. Malo su manje reaktivni od alkalijskih metala a zbog svoje reaktivnosti u prirodi se nalaze samo u spojevima. Od zemnoalkalijskih metala najvažniji su spojevi kalcija i magnezija. Cijeli planinski lanci izgrađeni su od vapnenca, tj. kalcijevog karbonata, kemijske formule CaCO3, dok je magnezij rasprostranjen u prirodi kao mineral dolomit (MgCO3·CaCO3). Kalcij se nalazi u spojevima koji izgrađuju kosti, zube, školjke, ljuske jaja i još mnogo toga. U organizmu se nalazi u obliku iona (Ca2+) važnih za rad mišića i prijenos živčanih impulsa.

Ispitajmo svojstva kalcijeva karbonata, odnosno školjke koja je od njega načinjena. Za pokus nam je potrebna školjka, destilirana voda, Petrijeva zdjelica, otopina fenolftaleina, plamenik i metalna kliješta. U Petrijevu zdjelicu ulijemo destiliranu vodu i dodamo indikatora fenolftaleina. Upalimo plamenik. Metalnim kliještima uhvatimo školjku i stavimo je u Petrijevu zdjelicu s vodenom otopinom fenolftaleina. Boja fenolftaleina se ne mijenja što znači da nije došlo do reakcije u kojoj bi nastala lužina. Užarimo sada školjku u šuštećem plamenu. Kada primjetimo bijeli žar oko ruba školjke, prekinemo žarenje i stavimo školjku ponovno u vodu s otopinom fenolftaleina. Što sada opažamo? Oko rubova školjke otopina poprima ljubičastu boju. To je znak da je nastala lužina. Što se dogodilo? Žarenjem školjke tj. kalcijeva karbonata nastaje kalcijev oksid, od kojega potječe bijela boja ruba školjke i plinoviti ugljikov dioksid. Jednadžba kemijske reakcije glasi: žarenjem

CaCO3 → CaO + CO2

Nadalje, kalcijev oksid, kojeg još nazivamo i živo vapno reagira s vodom pri čemu nastaje kalicijev hidroksid tj. gašeno vapno, prema jednadžbi:

CaO + H2O → Ca(OH)2

Iako kalcijev hidroksid spada u skupinu slabo topljivih hidroksida, fenolftalein je promijenio boju u ljubičastu pa zaključujemo da se malo kalcijeva hidroksida ipak otopilo u vodi te je nastala lužnata otopina.

Živo i gašeno vapno, uz pijesak i vodu, koriste se u građevinarstvu za dobivanje žbuke.

Pogledajmo što se događa ako na kamadić mramora, koji je po svome sastavu kalcijev karbonat, CaCO3, kapnemo nekoliko kapi koncentrirane klorovodične kiseline. Koncentrirana klorovodična kiselina burno reagira s mramorom uz nastajanje mjehurića. Pojava mjehurića znači da tom reakcijom nastaje plin. Koji bi to plin mogao biti? Ako pogledamo jednadžbu kemijske reakcije vidjet ćemo da je nastali plin ugljikov dioksid:

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

Istom jednadžbom možemo prikazati i otapanje naslaga kamenca u domaćinstvu solnom, tj. klorovodičnom kiselinom.

Željezo se nalazi u osmoj skupini periodnog sustava elemenata. Kemijski simbol željeza, Fe, potječe od latinskog mu naziva ferrum. U prirodi nalazimo meteorno željezo koje je dospjelo na Zemlju iz svemira i telurno željezo koje u rastaljenom stanju čini Zemljinu jezgru. Veće količine željeza nalaze se vezane u mineralima poput magnetita (Fe3O4), hematita Fe2O3), siderita (FeCO3) i pirita (FeS2) iz kojih se tehnološkim postupcima dobiva sirovo željezo. Sirovo željezo ima slaba mehanička svojstva, pa se najviše upotrebljavaju legure željeza koje zovemo čelici. Čelik je smjesa željeza i ugljika u kojem je maseni udio ugljika do 1,7 %. Čelik se pak često miješa s drugim metalima, poput nikla, kroma, volframa i mangana, koji mu poboljšavaju svojstva. Legirano željezo tj. čelike koristimo posvuda, u građevinarstvu, arhitekturi, prometu, itd. Općenito, željezo je metal koji najviše koristimo.

Željezo je metal sjajne sive boje, relativno mekano pa se da kovati. Otapa se u razrijeđenim kiselinama, a na vlažnom zraku željezo oksidira (korodira), pri čemu se na njegovoj površini stvara hrđa. Zaštita željeza od korozije može se provesti na nekoliko načina. Jedan od načina je da se željezo premaže uljanim bojama koje sprečavaju da vlaga iz zraka dođe u doticaj s njim. Druga metoda je galvanizacija. Tom metodom se površina željeza prevlači slojem drugog metala koji ga štiti od korozije. Tako nam je poznato kromiranje, pocinčavanje, pozlačivanje itd. Treći način zaštite željeza je katodna zaštita kojom se najčešće zaštićuju tračnice i naftovodi.

Kako smo već rekli, željezo reagira s kisikom. Ako se komad željezne vune užari u plamenu plinskog plamenika i ubaci u tikvicu napunjenu kisikom, željezna vuna gori pri čemu nastaje željezov(III) oksid, kemijske formule Fe2O3.

Natrij (Na):

-alkalijski metal

-srebrnobijele boje

-vrlo reaktivan

-reagira s kisikom i vlagom iz zraka

-čuva se pod petrolejem

-mekan, može se rezati nožem

-na koži izaziva opekotine

-gori narančasto žutim plamenom

-reagira s vodom pri čemu nastaje natrijeva lužina i plin vodik

2 Na(s) + 2H2O(l) →

2 NaOH(aq) + H2(g)

Kalcij (Ca):

-zemnoalkalijski metal

-srebrne boje

-mekan

-na zraku se prevlači sivim slojem, jer reagira s kisikom, dušikom i vlagom

- gori ciglasto-crvenim plamenom

-reagira s vodom, pri čemu nastaje kalcijeva lužina i oslobađa se plin vodik:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

- u prirodi ga ne nalazimo u elementarnom stanju, već u spojevima

-najpoznatiji spoj kalcija je kalcijev karbonat, CaCO3.

Od CaCO3 su izgrađene:

-stijene

-oklopi školjki

-ljuske jajeta

-sige u špiljama

-kamenac (kamen kotlovac)

Žarenje vapnenca:

žarenjem

CaCO3 → CaO + CO2

živo vapno

Reakcija kalcijevog oksida i vode:

CaO + H2O → Ca(OH)2

gašeno vapno

Željezo (Fe):

-sjajne sive boje

-neplemeniti metal

-na vlažnom zraku hrđa

-u prirodi ga većinom nalazimo vezanog, u mineralima, ali i u elementarnom obliku kao meteorno ili telurno željezo

-dobiva se tehnološkom preradom minerala (ruda) koje ga sadrže

-sirovo je jako krto i lomljivo, pa se gotovo svo prerađuje u čelik

-čelik je legura željeza i ugljika, u kojoj je maseni udio ugljika do 1,7 %

-spaja se s mnogim nemetalima, pa tako i s kisikom, pri čemu nastaje željezov(III) oksid, Fe2O3

- biogeni je element (prisutan u svim živim bićima)

Hidroksidi:

Svi hidroksidi alkalijskih i zemnoalkalijskih metala su krutine, građene od kationa metala i hidroksidnog aniona, OH (npr. NaOH, KOH, Ca(OH)2, ...) a njihove su vodene otopine lužnate.

Lužine:

– vodene otopine hidroksida

– lužnate zato što sadrže hidroksidne ione(OH)

–imaju vrijednost pH veću od 7

–dokazuju se indikatorima

– možemo ih dokazati fenolftaleinom (postaje ljubičast)

Sige su ukrasi spilja a izgrađene su od kalcijeva karbonata. Nastaju procesom taloženja kalcijeva karbonata iz kišnice koji traje stotinama tisuća godina. Na stropu spilje tako nastaju stalaktiti. Na podu spilje, nastaju stalagmiti.

U egipatskim grobnicama pronađeni su predmeti od meteornog željeza stari više od 3500 godina. Kako sadrže oko 7,5 % nikla, otporni su na koroziju pa su ostali očuvani.

Željezo je prisutno u svim živim bićima pa kažemo da je ono biogeni element. Sastavni je dio hemoglobina u našoj krvi. Hemoglobin krvi daje crvenu boju i služi za prijenos kisika iz pluća u stanice. U stanicama pak, preuzima otpadni plin, ugljikov dioksid i vraća ga u pluća odakle ga izdisanjem izbacimo iz organizma.

Nedostatak željeza u organizmu naziva se anemija ili slabokrvnost a posljedice su joj smanjena otpornost prema bolestima, smanjena mogućnost koncentracije i pamćenja, slabija fizička sposobnost i sporiji rast. Slabokrvnost se može spriječiti pravilnom prehranom, tj. uzimanjem hrane bogate željezom, poput mesa, jaja, mahunarki i lisnatog povrća.

Kalcij je najzastupljeniji metal u:

ljudskom tijelu
moru
Zeljinoj kori

Natrij je:

mekan, srebrnobijeli metal, postojan na zraku
tvrd, srebrnobijeli, slabo reaktivan polumetal
mekan, srebrnobijeli metal, nepostojan na zraku

pH-vrijednost lužnatih otopina je:

7
manja od 7
veća od 7

Reakcijom natrija i vode boja fenolftaleina se promjenila u ljubičastu što znači da je nastala:

kiselina
lužina
voda

Željezo je podložno hrđanju na:

suhom zraku
vlažnom zraku
čistom zraku