Alkalimetallit

Kun alkalimetallit ovat kemiallisia alkuaineita, litium , natrium , kalium , rubidium , cesium ja francium kuuluvat jaksollisen järjestelmän 1. pääryhmään . Ne ovat hopeisia, reaktiivisia metalleja , joiden valenssikuorissa on yksi elektroni , jonka ne voivat helposti luovuttaa voimakkaana pelkistävänä aineena. Vaikka vety on myös ensimmäisessä pääryhmässä monissa jaksollisen järjestelmän esityksissä - yläosassa ja yleensä erotettuna raolla tai eri värillä - vetyä ei voida missään tapauksessa laskea alkalimetallien joukkoon. Tyypillisenä ei-metallina vety on kaasumaista eikä kiinteää tavanomaisissa olosuhteissa , sillä on paljon suurempi ionisaatioenergia eikä sillä ole tyypillisiä metallisia ominaisuuksia .

etymologia

Alkalimetallien nimi on peräisin arabialaisesta sanasta القلية/ Al-qalya varten " potaska ", vanha nimi kaliumkarbonaattia hankitaan kasvin tuhkaa . Vuonna 1807 Humphry Davy esitteli kalium-elementin ensimmäistä kertaa sulatetun suolan elektrolyysin avulla kaliumhydroksidista, jonka hän hankki kaliumkarbonaatista. Joillakin kielillä tämä näkyy nimessä. Niin on myös kalium, esimerkiksi englanniksi ja ranskaksi kalium ja italialainen potassio .

ominaisuudet

Viisi vakaata alkalimetallia

Alkalimetallit ovat kiiltävää metallista, hopeanvalkoista pehmeää kevytmetallia . Cesiumilla on kultainen sävy, jossa on pienintäkin epäpuhtautta. Ne voidaan leikata veitsellä . Alkalimetalleilla on alhainen tiheys . Ne reagoivat monien aineiden kanssa , esimerkiksi veden , ilman tai halogeenien kanssa, joskus erittäin voimakkaasti ja voimakkaasti. Erityisesti raskaammat alkalimetallit voivat syttyä itsestään altistuessaan ilmalle . Siksi niitä säilytetään suojaavien nesteiden, kuten parafiinin tai maaöljyn (litium, natrium ja kalium) alla, tai ilman ilmaa ampulleissa (rubidium ja cesium).

Koska elementit ensimmäisen ryhmän jaksollisen ne ovat vain heikosti sitoutuneen s - elektroni , ne antavat pois valoa. Heidän ensimmäiset ionisointienergiansa ja elektronegatiivisuutensa ovat vastaavasti pieniä. In yhdisteet ne kaikki esiintyy lähes yksinomaan yksiarvoisia kationeja , vaikka yhdisteet ovat tunnettuja, joissa nämä metallit ovat anionisia (esim. Natrium , kompleksoituna ns kryptandit ).

• 

  litium

• 

  natrium

• 

  kaliumia

• 

  Rubidium

Alkalimetalleilla ja niiden suoloilla on erityinen liekin väri :

• Litium ja sen suolat värittävät liekin punaiseksi (671 nm).
• Natrium ja sen suolat muuttavat liekin keltaiseksi (589 nm).
• Kalium ja sen suolat värittävät liekin violetiksi (768 ja 404 nm).
• Rubidium ja sen suolat värittävät liekin punaiseksi (780 ja 421 nm).
• Cesium ja sen suolat värittävät liekin sini-violetin (458 nm).

Tämän liekin värin vuoksi alkalimetalliyhdisteitä käytetään ilotulitteisiin .

In atomifysiikan alkalimetalleja ovat käytettyjä, koska se on erityisen helppoa, koska niiden erityisen yksinkertaisen sähköisen rakenteen viileä laserit voi.

Fyysiset ominaisuudet

Kaikki alkalimetallit kiteytyä , että kehon kuutiomainen rakenne . Vain litium ja natrium kiteytyvät lähimpään kuusikulmaiseen pakkaukseen, kun lämpötila on alhainen .

Elementtiatomien ja kationien säde kasvaa massamäärän kasvaessa. Monet muut alkalimetallien ominaisuudet osoittavat trendiä ylhäältä alaspäin ryhmän sisällä:

• Kovuuden , ionisaatioenergian , elektronegatiivisuuden , sulamis- ja kiehumispisteiden väheneminen ,
• Kasvaa reaktiivisuus , emäksisyyden ja tiheys .

elementti	litium	natrium	kaliumia	Rubidium	Cesium	Francium
Sulamispiste (1013 hPa)	453,69 K (180,54 ° C)	370,87 K (97,72 ° C)	336,53 K ( 63,38 ° C)	312,46 K ( 39,31 ° C)	301,59 K (28,44 ° C)	298 K (25 ° C)
Kiehumispiste (1013 hPa)	1603 K (1330 ° C)	1163 K (890 ° C)	1047 K (774 ° C)	961,2 K (688 ° C)	963,2 K (690 ° C)	950 K (677 ° C)
Kriittinen piste	3220 K (2947 ° C) 67 MPa	2573 K (2300 ° C) 35 MPa	2223 K (1950 ° C) 16 MPa	2093 K (1820 ° C) 16 MPa	1938 K (1665 ° C) 9,4 MPa
Tiheys (20 ° C, 1013 hPa)	0,534 g / cm 3	0,968 g / cm 3	0,856 g / cm 3	1,532 g / cm 3	1,90 g / cm 3	2,48 g / cm 3
Mohsin kovuus	0.6	0,5	0.4	0.3	0.2
Sähkönjohtavuus	10,6 x 10 6 S / m	21 · 10 6 S / m	14,3 x 10 6 S / m	7,52 x 10 6 S / m	4,76 x 10 6 S / m
Atomimassa	6,94 u	22 990 u	39 098 u	85 468 u	132 905 u	223020 u
Elektronegatiivisuus	0,98	0,93	0,82	0,82	0,79	0,70
rakenne
Kristallijärjestelmä	runkoon keskittynyt kuutio	runkoon keskittynyt kuutio	runkoon keskittynyt kuutio	runkoon keskittynyt kuutio	runkoon keskittynyt kuutio	runkoon keskittynyt kuutio

Reaktiot ja yhteydet

Alkalimetallit reagoivat vedyn kanssa muodostaen suolan kaltaisia alkalimetallihydridejä :

${\ displaystyle {\ ce {2 Me + H_2 -> 2 MeH}}}$

Lämpöstabiilisuus hydridejä pienenee litiumhydridi ja cesium-isobutyylialumiinihydridi . Alkalihydridejä käytetään pelkistävinä tai kuivaavina aineina.

Metallit reagoivat kanssa hapen ja muodostaa kiinteän, valkoinen alkalimetallioksidit ( litiumoksidi , natriumoksidi ), alkalimetalli- peroksidit ( natriumperoksidi , kaliumperoksidi ) ja alkalimetalli- hyperoxides ( kalium hyperoxide , rubidium hyperoxide , cesium hyperoxide ):

${\ displaystyle {\ ce {4 Li + O_2 -> 2 Li_2O}}}$

${\ displaystyle {\ ce {4 Na + O_2 -> 2 Na_2O}}}$

${\ displaystyle {\ ce {2 Na + O_2 -> Na_2O_2}}}$

${\ displaystyle {\ ce {2 K + O_2 -> K_2O_2}}}$

${\ displaystyle {\ ce {K + O_2 -> KO_2}}}$

${\ displaystyle {\ ce {Rb + O_2 -> RbO_2}}}$

${\ displaystyle {\ ce {Cs + O_2 -> CsO_2}}}$

Toista mediatiedosto

Kaliumin reaktio veden kanssa ilmassa (video)

Reaktio , jossa vesi muodostaa alkalimetallihydroksidit tapahtuu julkaisun vety :

${\ displaystyle {\ ce {2 M + 2 H_2O -> 2 MOH + H_2}}}$

Reaktiivisuus kasvaa jyrkästi alkaen litiumin ja cesiumia . Vaikka likimain kuutio litiuminäyte reagoi suhteellisen hitaasti jopa natriumin kanssa , syntynyt vety syttyy palamaan ilmakehän hapen läsnä ollessa lämmön kehittymisen vuoksi. Alkaen kalium lähtien , kun reaktio etenee, metalli myös haihtuu ja se syttyy , eikä vähiten siksi, että kiehumispiste, joka laskee kanssa atomi numero (katso edellä ). Mutta jopa ilman sulkemista, alle 0,5 g natriumia voi reagoida räjähdysmäisesti veden kanssa, minkä lähtöaineiden kosketuspinnalle muodostuvat reaktiotuotteet, vety ja alkalimetallihydroksidi , pitäisi itse asiassa estää. Nopea tallenteet kokeesta, joka putoaa ja ali standardiolosuhteissa nestemäinen metalliseos kaliumia ja natriumia alle inertin kaasun pantiin ilmakehään kosketuksiin veden kanssa, soveltaa ensimmäinen tapahtuminen Coulomb räjähdys ( "negatiivinen pintajännitys ") ja siihen liittyvä voimakas pinta -alan nousu litiumia lukuun ottamatta litiumia lukuun ottamatta seostamattomat alkalimetallinäytteet, jotka sulavat lyhyen ajan kuluttua estämättömän prosessin syynä, nopea reaktio ja näin ollen näiden reaktioiden väkivaltaisuus ovat lähellä. Alkalimetallihydroksidit ovat värittömiä kiinteitä aineita , jotka liukenevat helposti veteen kuumennettaessa korkealle ja joilla on voimakas alkalinen reaktio. Hydroksidit ja niiden ratkaisut ovat erittäin syövyttäviä.

Reaktiivisuus alkalimetallien kasvaa yhä atomiluku , koska kanssa yhä useammat elektronikuori, ulompi elektroni on enemmän ja enemmän suojattu päässä vetovoima positiivisesti ladattu atomin ydintä ja voidaan siksi jakaa pois helpommin. Kasvu reaktiivisuus voidaan selvästi nähdä, että reaktio eri metallien kanssa vettä : litium ja natrium reagoida veden voimakkaasti vedyn, mutta ilman vetyä syttyvä. Kalium ja rubidium reagoivat vetyjen itsesyttymisen kanssa, cesium räjähtää räjähdysmäisesti. Alkalimetallit reagoivat erityisen hyvin ei-metallien kanssa , joilta puuttuu vain muutama elektroni jalokaasukonfiguraation saavuttamiseksi.

Alkalimetallit reagoivat kanssa halogeenit suolan muodostamiseksi kaltainen alkalimetallihalidit :

${\ displaystyle {\ ce {2 Me + X_2 -> 2 MeX}}}$

Reaktiivisuus kasvaa litium cesiumin ja pienenee fluori ja jodi . Natrium reagoi tuskin jodin kanssa ja reagoi hyvin hitaasti bromin kanssa , kun taas kaliumin reaktio bromin ja jodin kanssa on räjähtävää.

Alkalimetallit voivat poistaa halogeenin halogenoiduista hiilivedyistä räjähdysilmiöllä, jolloin muodostuu hiiltä ja vastaava alkalimetallihalogenidi:

${\ displaystyle {\ ce {CCl_4 + 4 Na -> 4 NaCl + C}}}$

Alkalimetallit liukenevat nestemäiseen ammoniakkiin muodostaen voimakkaasti sinisiä liuoksia. Nämä liuokset, jotka sisältävät positiivisesti varautuneita alkalimetallikationeja ja solvatoituneita elektroneja, toimivat erittäin vahvoina pelkistävinä aineina ja niitä käytetään mm. B käytetään koivun vähentämiseen . Jos näihin liuoksiin lisätään sopiva kompleksinmuodostaja (esim. Salaus- tai kruunueetteri) , voidaan muodostaa vastaavia suoloja alkalimetallianionien, ns. Alkalidien kanssa .

vety

Vety , joka on pääryhmän 1 ensimmäinen elementti, on normaaleissa olosuhteissa ei-metalli, eikä sitä siksi lasketa alkalimetallien joukkoon. Vety sisältää z. B: llä, kuten muillakin tyypillisillä ei-metalleilla, on merkittävästi suurempi ensimmäisen ionisaation energia kuin alkalimetalleilla, jotka luovuttavat helposti elektroninsa, ja osoittaa siten erilaisia ​​kemiallisia ominaisuuksia. Toisin kuin alkalimetallit, vety jakaa elektroninsa ei-metallien, kuten kloorin tai hapen kanssa, ja muodostaa niiden kanssa molekyyliyhdisteitä kovalenttisten sidosten kautta . Toisin kuin alkalimetallit, vety voi poimia elektronin metalleista ja muodostaa niiden kanssa suolan kaltaisia hydridejä . Vetyatomin tärkein ominaisuus on kyky menettää yksittäinen elektroni vesimolekyylille muodostaen hydroniumkationin . Tällä kationilla on tärkeä rooli kaikissa vesiliuoksien kemiallisissa reaktioissa. Mainitut elementin vety erityispiirteet ovat johtaneet siihen, että oppikirjoissa havaitaan näkemys, että "vety ei kuulu mihinkään tiettyyn jaksollisen taulukon ryhmään"

On kuitenkin myös kemiallisia ominaisuuksia ja käyttäytymistä, joissa vety on samanlainen kuin alkalimetallit. Kuten alkalimetallit, vety on voimakas pelkistin ja alkalimetallien tavoin esiintyy aina yksiarvoisella tavalla. Erittäin korkeassa paineessa vety muuttuu korkeapaineiseksi metallimuunnokseksi, metallivetyksi . Toisaalta joillakin alkalimetalleilla on myös ominaisuuksia, kuten vety tietyissä olosuhteissa, esim. B. Kaasuna litium koostuu 1% kaksiatomisista molekyyleistä.

kirjallisuus

• AG Sharpe et ai.: Inorganic Chemistry, toinen painos - ISBN 0-13-039913-2 - luku 10 Ryhmä 1: alkalimetallien .
• Käsikirja kokeellisesta kemiasta, yläaste , tilavuus 2, alkali- ja maa -alkalimetallit, halogeenit, Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Köln.

nettilinkit

Wikisanakirja: Alkalimetallit  - merkitysten selitykset, sanan alkuperä, synonyymit, käännökset

• Vaaleanpunainen pantteri -reaktio Natriumin reaktio veden kanssa videolla
• Alkalimetallit Kuvaus alkalimetalleista, joissa on paljon kuvia
• Nopea kamera paljastaa, miksi natrium räjähtää! Video Nature -kemian artikkelin pääkirjoittajan YouTube -kanavalla (Thunderf00t) olevasta syystä alkalimetallien väkivaltaisesta reaktiosta veden kanssa ilman ilmassa

Yksilöllisiä todisteita

1. ↑ Theodore L.Brown, H.Eugene LeMay, Bruce E.Bursten: Kemia. Keskeinen tiede . Pearson Studium, 2007, ISBN 978-3-8273-7191-1 , s. 992-998 . 
2. ↑ Duden Learn Attack GmbH: liekin väri
3. ↑ ^{a b c d} P. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger: Noble Gases. Julkaisussa: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Wiley-VCH, Weinheim 2006 ( doi : 10.1002 / 14356007.a17_485 ).
4. ^ PE Mason, F. Uhlig, V. Vaněk, T. Buttersack, S. Bauerecker, P. Jungwirth: Coulombin räjähdys alkalimetallien ja veden välisen reaktion alkuvaiheessa. Julkaisussa: Nature chemistry. Osa 7, numero 3, maaliskuu 2015, s.250-254 , doi: 10.1038 / nchem.2161 , PMID 25698335
5. ↑ Duden Learnattack GmbH: Alkalimetallit
6. ↑ Theodore L.Brown, H.Eugene LeMay, Bruce E.Bursten: Kemia. Keskeinen tiede . Pearson Studium, 2007, ISBN 978-3-8273-7191-1 , s. 318, 333 . 
7. ↑ Korkea paine tekee vedystä metallisen. Max Planck Societyn tiedonanto 17. marraskuuta 2011, luettu 22. helmikuuta 2021.