s-prvky a jejich sloučeniny

Prvky s jsou prvky I.A a II.A skupiny periodické soustavy. Jejich atomy mají ve valenčním orbitalu jeden nebo dva elektrony. Vodík a helium mají také ve valenčním orbitalu jeden nebo dva elektrony, nemají však vlastnosti kovů.
Prvky s jsou svými chemickými a fyzikálními vlastnostmi typické kovy, ze všech kovů nejreaktivnější. Mají nejmenší hodnoty ionizační energie, protože mají největší atomové poloměry a snadno své valenční elektrony uvolňují. Oxidují se na kationty s konfigurací předcházejícího vzácného plynu, např.:
Na ® [Ne] 3s1 ® Na+ ® [He] 2s2 p6 + e- .. [Ne]
Ca ® [Ne] 4s2 ® Ca2+ ® [Ne] 3s2 3p6 + 2e- ...[Ar]
Uvolněné elektrony přijímají atomy nebo ionty jiných prvků, které se tím redukují; s-prvky jsou proto silná redukční činidla. V přírodě se v důsledku své reaktivity vyskytují jen jako kationty ve sloučeninách.

Prvky s1
Prvky s1 – prvky I.A skupiny periodické soustavy neboli alkalické kovy – jsou Li, Na, K, Rb, Ce, Fr. Jejich atomy mají ve valenčním orbitalu jeden elektron, konfigurace ns1 (n je 2 až 7), a ve svých periodách mají vůbec největší atomové poloměry, které rostou se Z. Ke kovové vazbě přispívá každý atom jen jedním elektronem, proto jsou tyto stříbrolesklé kovy měkké (dají se krájet nožem), mají nízkou teplotu tání (klesá se stoupajícím Z) a malou hustotu (Li, Na a K plavou ne vodě). Jsou dobré vodiče elektřiny a tepla. s1-prvky jsou ze všech kovů nejreaktivnější, jejich teplota stoupá s rostoucím Z. Ionizační energie mají nejmenší ze všech prvků; reagují přímo se vzdušným kyslíkem, s halogeny (bouřlivě), se sírou, s vodíkem apod. S vyjímkou lithia reagují alkalické kovy s vodou bouřlivě až explozivně: 2Na + 2 H2O ® 2 NaOH + H2
Pro mimořádnou reaktivitu se uchovávají v chemicky inertním prostředí, např. v petroleji.
Sodík a lithium se vyrábějí elektrolýzou tavenin svých chloridů. Na katodě (Fe) se redukují kationty na příslušný kov, na anodě (grafit) oxidací chloridových iontů vzniká chlor.
Draslík se získává např. redukcí chloridu draselného sodíkem a destilací draslíku ze směsi. Alkalické kovy se používají v organických syntézách a v jaderné technice. Použití a výroba draslíku jsou méně běžné.
Sodík a draslík patří k deseti nejrozšířenějším prvkům na Zemi, zastoupení ostatních alkalických kovů je poměrně malé, francium se vyskytuje jen v mizivém množství.

Protože převážná většina solí alkalických kovů je rozpustná ve vodě, je jejich hlavním zdrojem mořská voda, solná jezera, minerální vody a solná ložiska. Známé minerály jsou například sůl kamenná NaCl, chilský ledek NaNO3, sylvín KCL. Kationty sodné a draselné jsou nezbytnou součástí těl organismů.

Sloučeniny s1-prvků
Alkalické kovy mají ve svých sloučeninách oxidační číslo I. Existují v nich jako kationty M+ s velmi podobnými vlastnostmi a jsou bezbarvé; vlastnosti sloučenin určují kompenzující anionty, případná barevnost je způsobena anionty. Sloučeniny mají vesměs silně iontový charakter a jsou většinou rozpustné ve vodě, kde jsou plně disociovány na ionty. Sloučeniny alkalických kovů charakteristicky zbarvují nesvítivý plamen (Li –červeně, Na –žlutě, K –modrofialově, Rb –červenofialově, Cs – modře).
Průmyslově důležité chemické látky jsou hydroxid sodný NaOH a uhličitan sodný Na2CO3, používané jako silné anorganické zásady. Vyrábějí se ve velkých množstvích. Surovinou k jejich výrobě je chlorid sodný NaCl.
Hydroxid sodný NaOH se vyrábí elektrolýzou vodného roztoku chloridu sodného (solanky) diafragmovým (elektrody odděleny polopropustnou přepážkou nebo ionexovou membránou což brání míšení produktů reakce) nebo amalgámovým způsobem (na anodě se vylučuje chlor, na rtuťové katodě se redukují ionty Na+ a se rtutí vzniká amalgam NaHg; poté odděleně reaguje s vodou a vzniká roztok NaOH). Hydroxid draselný KOH, používaný v menší míře, se vyrábí elektrolýzou vodného roztoku chloridu draselného nebo varem uhličitanu draselného s hydroxidem vápenatým: K2CO3 + Ca(OH)2 ® CaCO3 + 2 KOH
Hydroxidy alkalických kovů jsou bezbarvé, na vzduchu vlhnoucí (hygroskopické) látky, ve vodě dobře rozpustné, s leptavými účinky. Pohlcují oxid uhličitý a jiné plyny kyselé povahy. Ve vodném roztoku plně disociují na kationty a hydroxidové anionty. Jsou silné zásady. Jejich použití je velmi široké, například k výrobě mýdel, celulosy a papíru, umělého hedvábí, při výrobě oxidu hlinitého aj.
Z uhličitanů alkalických kovů jsou nejvýznamnější uhličitany Na a K.

Uhličitan sodný Na2CO3 (soda) se průmyslově vyrábí ze solanky Solvayovým způsobem, který je založen na malé rozpustnosti hydrgenuhličitanu sodného ve vodě.
Uhličitan sodný krystalizuje z vodných roztoků jako dekahydrát Na2CO3 × 10 H2O tzv.krystalová soda, která na vzduchu krystalovou vodu ztrácí – větrá.
Uhličitany alkalických kovů M2CO3 (s vyjímkou ve vodě málo rozpustného Li2CO3) reagují ve vodných roztocích zásaditě v důsledku hydrolýzy: CO32- + H2O ® HCO3- + OH-
Uhličitan sodný a uhličitan draselný (potaš) se používají k výrobě skla, pracích prostředků, k výrobě dalších solí aj.
Hydrogenuhličitan sodný NaHCO3, tzv. užívací soda, je ve vodě omezeně rozpustný; používá se při zvýšené kyselosti žaludečních šťáv a jako součást kypřicích prášků. Halogenidy alkalických kovů MIX (X je halogen) jsou krystalické látky s iontovými strukturami, ve vodě dobře rozpustné (s vyjímkou LiF). Spotřeba chloridu sodného ve světě je více než 1,5×10-8 tun za rok.
Dusičnany MINO3, sírany M2ISO4 a hydrogensírany MIHSO4 všech alkalických kovů jsou bezbarvé, ve vodě rozpustné krystalické látky. KCl a K2SO4 se používají jako průmyslová hnojiva.

Prvky s2
Prvky s2 – prvky II.A skupiny periodické soustavy – jsou Be, Mg, a kovy alkalických zemin – Ca, Sr, Ba a Ra. Jejich atomy mají ve valenčních orbitalech dva elektrony, konfigurace ns2 (n je 2 až 7).
Prvky s2 mají menší atomové poloměry a dvojnásobný počet vazebných elektronů než s1 –prvky. Proto mají vyšší teploty tání i hustoty, jsou tvrdší a křehké. Ve srovnání s s1 –prvky jsou méně reaktivní, protože valenční elektrony jsou v atomech pevněji vázané a ionizační energie jsou větší. Berylium je amfoterní a vlastnostmi připomíná hliník. Ve skupině stoupá s rostoucím Z zásaditá povaha oxidů a hydroxidů a rozpustnost hydroxidů ve vodě, zatímco klesá rozpustnost síranů a uhličitanů.
s2 –prvky se vyrábějí převážně hydrolýzou tavenin příslušných chloridů.
Vápník a hořčík patří mezi deset nejrozšířenějších prvků v zemské kůře. Jsou složkou nerostů a hornin, např. uhličitanů (magnezit MgCO3, kalcitu CaCO3), fluoridů (fluorit CaF2), síranů (sádrovec CaSO4), fosforečnanů (apatit, fosforit), křemičitanů. Hořečnaté soli jsou rozpuštěny zejména v mořské vodě. Vápník a hořčík jsou biogenní prvky, hořčík je vázán v chlorofylu, ionty vápníku jsou např. v krvi. Ostatní prvky jsou méně běžné, velmi vzácné je radium.

Sloučeniny s2-prvků
Atomy s2-prvků mají ve sloučeninách oxidační číslo II, jako kationty M2+. Jsou bezbarvé, vlastnosti sloučenin ovlivňují převážně anionty. Významné jsou sloučeniny vápenaté.
Oxid vápenatý CaO (pálené vápno) se vyrábí tepelným rozkladem uhličitanu vápenatého v pecích zvaných vápenky: CaCO3 ®900°C až 1000°C® CaO + CO2
Hydroxid vápenatý Ca(OH)2 (hašené vápno, vápenný hydrát) vzniká reakcí oxidu vápenatého s vodou za uvolňování tepla: CaO (s) + H2O (l) ® Ca(OH)2 (s) DH = -62,8 kJ/mol
Hydroxid vápenatý je ve vodě málo rozpustný, jeho vodná suspenze (vápenné mléko) je známa jako nejlevnější zásada. Hydroxid vápenatý se používá hlavně ve stavebnictví.

Tvrdnutí malty způsobuje reakce hydroxidu vápenatého s oxidem uhličitým, při níž vzniká uhličitan vápenatý.
Síran vápenatý CaSO4, z přírody známý sádrovec CaSO4× 2 H2O nebo anhydrit CaSO4, je ve vodě málo rozpustná látka. Ionty síranu vápenatého jsou hlavní příčinou trvalé tvrdosti vody, kterou lze varem odstranit. Sádrovec ztrácí zahřátím nad 100°C část krystalové vody, vzniká CaSO4 × 1-2 H2O – pálená sádra.
Uhličitany s2-prvků jsou bezbarvé krystalické látky, ve vodě velmi málo rozpustné. Uhličitan vápenatý CaCO3, v přírodě nejrozšířenější sloučenina vápníku, krystaluje ve třech modifikacích. Nejhojnější je kalcit, méně běžný je aragonit. Vápenec je hornina obsahující hlavně uhličitan vápenatý. Mramor je technické označení pro vápence, které lze leštit. Křída je uhličitan vápenatý vzniklý ze schránek mořských organismů. Hydrogenuhličitan vápenatý Ca(HCO3)2 způsobuje přechodnou tvrdost vody.Uhličitan vápenatý se používá při výrobě skla, v hutnictví, k výrobě cementu.