Samantekt

18.1 Lotubundnir eiginleikar

Þessi kafli fjallar um lotubundna eiginleika aðalflokkaefna. Þetta eru frumefnin þar sem rafeindir raðast í s- og p-svigrúm. Aðalflokkaefni eru í flokkum 1, 2 og 12-18. Þessi frumefni skiptast í málma aðalflokka, hálfmálma og málmleysingja. Alkalímálmar (flokkur 1) eru mjög hvarfgjarnir, mynda auðveldlega jónir með hleðsluna 1+ og jónaefnasambönd sem eru yfirleitt vatnsleysanleg, og hvarfast kröftuglega við vatn og mynda vetnisgas og basíska lausn.

18.2 Útbreiðsla og framleiðsla málma aðalflokka

Vegna hvarfgirni þeirra þarf að framleiða málma aðalflokka á hreinu formi með afoxun úr náttúrulegum efnasamböndum. Rafgreining er mikilvæg við framleiðslu natríums, kalíums og áls. Efnafræðileg afoxun er helsta aðferðin til að einangra magnesíum, sink og tin. Svipaðar aðferðir eru mikilvægar fyrir aðra málma aðalflokka.

18.3 Bygging og almennir eiginleikar hálfmálma

Frumefnin bór, kísill, germaníum, arsen, antímon og tellúr skilja að málma og málmleysingja í lotukerfinu. Þessi frumefni, sem kallast hálfmálmar, sýna eiginleika sem eru dæmigerðir fyrir bæði málma og málmleysingja. Bygging þessara frumefna er um margt lík byggingu málmleysingja, en frumefnin eru hálfleiðarar.

18.4 Bygging og almennir eiginleikar málmleysingja

Málmleysingjar hafa byggingu sem er mjög frábrugðin byggingu málma, fyrst og fremst vegna þess að þeir hafa meiri rafneikvæðni og rafeindir sem eru bundnari einstökum atómum. Flest oxíð málmleysingja eru sýruanhýdríð, sem þýðir að þau hvarfast við vatn og mynda súrar lausnir. Sameindabygging er algeng hjá flestum málmleysingjum og nokkrir þeirra eiga sér marga fjölgervinga með mismunandi eðliseiginleika.

18.5 Útbreiðsla, framleiðsla og efnasambönd vetnis

Vetni er algengasta frumefni alheimsins og efnafræði þess er sannarlega einstök. Þótt það hafi nokkra hvarfgirni sem svipar til alkalímálma, hefur vetni marga sömu efnaeiginleika og málmleysingi með tiltölulega lága rafneikvæðni. Það myndar jónísk hýdríð með hvarfgjörnum málmum, samgild efnasambönd þar sem það hefur oxunarstigið 1− með minna rafneikvæðum frumefnum, og samgild efnasambönd þar sem það hefur oxunarstigið 1+ með meira rafneikvæðum málmleysingjum. Það hvarfast með sprengingu við súrefni, flúor og klór, síður við bróm og mun síður við joð, brennistein og köfnunarefni. Vetni afoxar oxíð málma sem hafa lægri afoxunarmætti en króm og myndar málminn og vatn. Öll vetnishalíð eru súr þegar þau eru leyst upp í vatni.

18.6 Útbreiðsla, framleiðsla og eiginleikar karbónata

Algengasta aðferðin við framleiðslu karbónata alkalí- og jarðalkalímálma er hvarf oxíðs eða hýdroxíðs við koltvíoxíð. Önnur karbónöt myndast við útfellingu. Málmkarbónöt eða vetniskarbónöt, svo sem kalksteinn (CaCO₃), sýrubindandi lyfið Tums (CaCO₃) og matarsódi (NaHCO₃), eru algeng dæmi. Karbónöt og vetniskarbónöt sundrast í návist sýra og flest sundrast við hitun.

18.7 Útbreiðsla, framleiðsla og eiginleikar köfnunarefnis

Köfnunarefni hefur oxunarstig sem spanna frá 3− til 5+. Vegna þess hve N≡N þrítengið er stöðugt þarf mikla orku til að mynda efnasambönd úr sameindum köfnunarefnis. Hvarfgjarnir málmar á borð við alkalímálma og jarðalkalímálma geta afoxað köfnunarefni og myndað málmnítríð. Köfnunarefnisoxíð og köfnunarefnisvetni eru einnig mikilvæg efni.

18.8 Útbreiðsla, framleiðsla og eiginleikar fosfórs

Fosfór (flokkur 15) sýnir gjarnan oxunarstigið 3− með hvarfgjörnum málmum og 3+ og 5+ með rafneikvæðari málmleysingjum. Halógen og súrefni oxa fosfór. Oxíðin eru fosfór(V)oxíð, P₄O₁₀, og fosfór(III)oxíð, P₄O₆. Tvær algengar aðferðir við framleiðslu ortófosfórsýru, H₃PO₄, eru annars vegar hvarf fosfats við brennisteinssýru og hins vegar hvarf vatns við fosfór(V)oxíð. Ortófosfórsýra er þríróteindasýra sem myndar þrjár raðir salta.

18.9 Útbreiðsla, framleiðsla og efnasambönd súrefnis

Súrefni er eitt hvarfgjarnasta frumefnið. Þessi hvarfgirni, ásamt því hve algengt það er, gerir efnafræði súrefnis mjög fjölbreytta og vel þekkta.

Efnasambönd málma aðalflokka við súrefni skiptast í þrjá flokka: (1) oxíð, (2) peroxíð og ofuroxíð, og (3) hýdroxíð. Algengasta aðferðin við framleiðslu oxíða er að hita samsvarandi hýdroxíð, nítröt eða karbónöt. Hitun málms eða málmoxíðs í súrefni getur leitt til myndunar peroxíða og ofuroxíða. Leysanleg oxíð leysast upp í vatni og mynda hýdroxíðlausnir. Flest málmoxíð eru basísk anhýdríð og hvarfast við sýrur. Hýdroxíð málma aðalflokka hvarfast við sýrur í sýru-basa hvörfum og mynda sölt og vatn. Hýdroxíðin hafa margs konar notagildi í iðnaði.

Allir málmleysingjar að flúori undanskildu mynda mörg oxíð. Nánast öll oxíð málmleysingja eru sýruanhýdríð. Sýrustig súrefnissýra krefst þess að vetnisatómin tengist súrefnisatómunum í sameindinni fremur en hinu málmleysingjaatóminu. Almennt eykst styrkur súrefnissýrunnar með fjölda súrefnisatóma sem tengjast málmleysingjaatóminu en ekki vetni.

18.10 Útbreiðsla, framleiðsla og eiginleikar brennisteins

Brennisteinn (flokkur 16) hvarfast við næstum alla málma og myndar auðveldlega súlfíðjónina, S²⁻, þar sem hann hefur oxunarstigið 2−. Brennisteinn hvarfast við flesta málmleysingja.

18.11 Útbreiðsla, framleiðsla og eiginleikar halógena

Halógen mynda halíð með frumefnum sem hafa minni rafneikvæðni. Halíð málma eru ýmist jónísk eða samgild, en halíð málmleysingja eru samgild. Millihalógen myndast þegar tvö eða fleiri ólík halógen sameinast.

Allir málmar aðalflokka hvarfast beint við frumefnishalógen eða við lausnir halógenvetnissýra (HF, HCl, HBr og HI) og mynda halíð málma aðalflokka. Aðrar rannsóknastofuaðferðir fela í sér að bæta vatnslausnum halógenvetnissýra við efnasambönd sem innihalda basískar anjónir, svo sem hýdroxíð, oxíð eða karbónöt.

18.12 Útbreiðsla, framleiðsla og eiginleikar eðalgasa

Helsti eiginleiki eðalgasa (flokkur 18) er hvarftregða þeirra. Þau finnast í lágum styrk í andrúmsloftinu. Þau eru notuð sem hlífðargös, í neonskilti og sem kælimiðlar. Þrjú þyngstu eðalgösin hvarfast við flúor og mynda flúoríð. Xenonflúoríð eru best rannsökuðu upphafsefnin fyrir nokkur önnur eðalgasefnasambönd.