1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
1 | H. | Hej | |||||||||||||||||
2 | Li | Być | b | VS | NIE | O | fa | Urodzony | |||||||||||
3 | Nie dotyczy | Mg | Glin | tak | P. | S | Cl | Ar | |||||||||||
4 | K. | To | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Współ | Lub | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Płyta CD | W | Sn | Sb | ty | ja | Xe | |
6 | Cs | Ba |
* |
Czytać | Hf | Twój | W | Re | Kość | Ir | Pt | W | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | W | Rn |
7 | Ks | Ra |
* * |
Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Poz | Ts | Og |
↓ | |||||||||||||||||||
* |
Plik | To | Pr | Nd | Po południu | Sm | Miał | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||
* * |
Ac | Cz | Rocznie | U | Np | Mógłby | Jestem | Cm | Bk | Por | Jest | Fm | Md | Nie | |||||
Li | Metale alkaliczne | ||||||||||||||||||
Być | Metale ziem alkalicznych | ||||||||||||||||||
Plik | Lantanowce | ||||||||||||||||||
Ac | Aktynowce | ||||||||||||||||||
Sc | Metale przejściowe | ||||||||||||||||||
Glin | Słabe metale | ||||||||||||||||||
b | Metaloidy | ||||||||||||||||||
H. | Niemetale | ||||||||||||||||||
fa | Fluorowiec | ||||||||||||||||||
Hej | Gazy szlachetne | ||||||||||||||||||
Mt | Nieznana natura chemiczna |
Metalu alkalicznego jest pierwiastkiem chemicznym w pierwszej kolumnie ( 1 ul grupy ) z układu okresowego pierwiastków , z wyjątkiem wodoru . Są to lit 3 Li, sód 11 Na, potas 19 K, rubid 37 Rb, cez 55 Cs i frans 87 Fr. Te metale z bloków s posiadające elektron w powłoce walencyjnej . Tworzą one bardzo jednorodną rodzinę , stanowiącą najlepszy przykład zmian właściwości chemicznych i fizycznych między pierwiastkami z tej samej grupy układu okresowego.
Wszystkie metale alkaliczne są błyszczącymi, miękkimi metalami, które są bardzo reaktywne w normalnych warunkach temperatury i ciśnienia . Łatwo tracą swój elektron walencyjny, tworząc kation o ładunku elektrycznym +1. Ze względu na małą twardość można je ciąć nożem, odsłaniając błyszczący plasterek, który szybko matowieje na świeżym powietrzu w wyniku utleniania pod wpływem tlenu i wilgoci zawartej w powietrzu; litu reaguje również z azotu atmosferycznego. Ich bardzo wysoka reaktywność chemiczna oznacza, że reagują one z wszelkimi śladami wilgoci i nigdy nie występują w przyrodzie jako pierwiastki rodzime ; muszą być zakonserwowane w oleju mineralnym, aby chronić je przed powietrzem, na przykład w oleju parafinowym . Ta reaktywność wzrasta wraz z ich liczbą atomową , to znaczy w dół wzdłuż kolumny: metal alkaliczny 5 e , cez jest najbardziej reaktywnym ze wszystkich metali.
Sodu jest najbardziej rozpowszechnionym metalu alkalicznego środowiska, a następnie potasu The litu The rubidu The cez i frans , co jest niezwykle rzadkie (nie będzie już nie być niż trzydzieści gramów na całej powierzchni Ziemi), w wyniku do jego bardzo wysokiej radioaktywności ( okres półtrwania 22 minuty). Elementy te są wykorzystywane w różnych zastosowaniach technologicznych i przemysłowych. Rubid, a zwłaszcza cez 133, są zatem używane w zegarach atomowych i metodach datowania , przy czym 133 Cs oferują najbardziej precyzyjny pomiar czasu. Sód ma wiele zastosowań przemysłowych, na przykład jako płyn przenoszący ciepło lub w lampach sodowych . Związki, zwłaszcza organiczne, sodu są bardzo obecne w życiu codziennym, takie jak sól kuchenna złożona z chlorku sodu , sody , a nawet wybielacza . Sód i potas to pierwiastki śladowe, które odgrywają istotną rolę fizjologiczną .
Słowo alkaliczny pochodzi, poprzez zapożyczenie alkalia , od arabskiego al-qily oznaczającego popioły roślinne, bogate w potas.
Fizyczne i chemiczne właściwości metali alkalicznych można łatwo wytłumaczyć ich konfiguracją elektronową n s 1 , gdzie n jest liczbą okresu , która daje im słabe wiązanie metaliczne . Są to zatem metale miękkie o małej gęstości , których temperatura topnienia i wrzenia jest niska, a entalpia sublimacji i parowania jest również dość niska. Ich krystalizacji w sześciennej skupione struktury i każdy ma charakterystyczny kolor płomienia ze względu na ich bardzo łatwo pobudliwych s 1 elektronów . W N s 1 konfiguracja nadaje się również wysoką promień jonowy dla metali alkalicznych, jak również wysoką przewodność elektryczną i przewodność cieplną .
Chemia metali alkalicznych jest zdominowana przez utratę ich pojedynczego elektronu walencyjnego w warstwie zewnętrznej, dając kation na stopniu utlenienia 1 ze względu na nietrwały charakter elektronu - pierwsza energia jonizacji metali alkalicznych jest zawsze najniższa w ich okresie - oraz wysoką wartość drugiej energii jonizacji ze względu na elektronową konfigurację gazu szlachetnego kationów M + . Tylko pięć najlżejszych metali alkalicznych jest dobrze znanych pod względem chemicznym, przy czym franw jest zbyt radioaktywny, aby występować w masie, więc jego właściwości chemiczne nie są szczegółowo znane, a wartości liczbowe jego właściwości pochodzą z modeli numerycznych; to, co o nim wiemy, przybliża jednak ten pierwiastek cezu , zgodnie z symulacjami numerycznymi.
Element |
Masa atomowa |
temperatura topnienia temperatura |
Temperatura wrzenia |
objętość masy |
Promień atomowy |
Konfiguracja elektroniczna |
Energia jonizacji |
Elektroujemności ( Paulinga ) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Lit | 6,941 u | 180,54 ° C | 1341,85 ° C | 0,534 g · cm -3 | 152 po południu | [ On ] 2s 1 | 520,2 kJ · mol -1 | 0.98 |
Sód | 22,990 u | 97,72 ° C | 882,85 ° C | 0,968 g · cm -3 | 186 wieczorem | [ Ne ] 3s 1 | 495,8 kJ · mol -1 | 0.93 |
Potas | 39098 u | 63,38 ° C | 758,85 ° C | 0,890 g · cm -3 | 227 wieczorem | [ Ar ] 4s 1 | 418,8 kJ · mol -1 | 0.82 |
Rubid | 85,468 u | 39,31 ° C | 687,85 ° C | 1,532 g · cm -3 | 248 wieczorem | [ Kr ] 5s 1 | 403,0 kJ · mol -1 | 0.82 |
Cez | 132,905 u | 28,44 ° C | 670,85 ° C | 1,930 g · cm -3 | 265 wieczorem | [ Xe ] 6s 1 | 375,7 kJ · mol -1 | 0,79 |
Francium | [223] | 26,85 ° C | 676,85 ° C | 1,870 g · cm -3 | - | [ Rn ] 7s 1 | 392,8 kJ · mol -1 | 0,70 |
Metale alkaliczne tworzą bardziej jednorodną rodzinę niż jakakolwiek inna. Potasu The rubidu i cezu są zatem trudne do oddzielenia od siebie ze względu na duże podobieństwo ich promienia jonowego ; litu i sodu , jednak bardziej zindywidualizowane. Tak więc, w miarę przesuwania się w dół kolumny układu okresowego , promień atomowy rośnie, elektroujemność maleje, reaktywność chemiczna wzrasta, a temperatury topnienia i wrzenia maleją, podobnie jak entalpia fuzji i entalpia parowania . Ich gęstość ogólnie wzrasta od góry do dołu kolumny, z wyjątkiem potasu , który jest mniej gęsty niż sód .
Metale alkaliczne mają srebrzysty kolor, z wyjątkiem cezu, który ma bladozłoty odcień, dzięki czemu ten ostatni jest jednym z zaledwie trzech czystych metali kolorowych, a pozostałe dwa to miedź i złoto ; gdy cięższe metale ziem alkalicznych ( wapnia , strontu i baru ), jak również dwuwartościowe lantanowców europ i iterb , wykazują również blado żółty odcień, lecz znacznie mniej wyraźne niż cezu. Połysk metali alkalicznych szybko matowieje na otwartej przestrzeni z powodu tworzenia się warstwy tlenków .
Wszystkie metale alkaliczne są bardzo reaktywne i nie występują w stanie czystym w środowisku naturalnym. Z tego powodu są konserwowane w oleju mineralnym lub oleju parafinowym . Reagują gwałtownie z halogenami tworząc halogenki metali alkalicznych (en) , które są rozpuszczalnymi w wodzie związkami krystalicznymi, z wyjątkiem fluorku litu LiF. Metale alkaliczne reagują również z wodą, tworząc silnie zasadowe wodorotlenki, z którymi należy się obchodzić ostrożnie. Najcięższe metale alkaliczne są bardziej reaktywne niż lżejsze: przy takiej samej ilości molowej cez w kontakcie z wodą wybucha gwałtowniej niż potas.
Metale alkaliczne reagują nie tylko z wodą, ale także z donorami protonów, takimi jak alkohole i fenole , gazowy amoniak i alkiny , które powodują najbardziej gwałtowne reakcje. Są również szeroko stosowane do redukcji innych metali z ich tlenków lub halogenków .
Pierwsza energia jonizacji metalu alkalicznego jest najniższą z okresu w układzie okresowym ze względu na ich niski efektywny ładunek jądrowy (in) i łatwość, z jaką przyjmują konfigurację elektronów gazu szlachetnego, tracąc tylko jeden elektron.
Energia drugiej jonizacji metali alkalicznych jest zawsze bardzo wysoka, co tłumaczy się tym, że chodzi o usunięcie elektronu z nasyconej podpowłoki bliżej jądra atomowego . To jest powód, dla którego metale alkaliczne tracą tylko jeden elektron, tworząc kationy. Alkalicznych anion (en) wyjątek: te związki, w których atom metalu alkalicznego jest -1 utlenienia. Mogą istnieć, o ile mają nasyconą podwarstwę n s 2 . Anion M - zaobserwowano dla wszystkich metali alkalicznych z wyjątkiem litu. Aniony alkaliczne są przedmiotem zainteresowania teoretycznego ze względu na ich niezwykłą stechiometrię i niski potencjał jonizacyjny. Szczególnie interesującym przykładem jest odwrotny wodorek sodu H + Na - , w którym oba jony są skompleksowane, w przeciwieństwie do wodorku sodu Na + H - : takie związki są niestabilne ze względu na wysoką energię wynikającą z przemieszczenia dwóch elektronów z wodoru na sód. ale kilka pochodnych może być metastabilnych lub stabilnych.
Z drugiej strony potencjał redoks M + → M 0 jest jedną z rzadkich właściwości metali alkalicznych, która nie wykazuje jednolitego trendu w rodzinie: lit jest nieprawidłowy, jest znacznie bardziej ujemny niż w przypadku innych, również nieznacznie maleje od góry do dołu. Wyjaśnia to fakt, że kation Li + ma bardzo wysoką entalpię hydratacji (en) w fazie gazowej, co kompensuje fakt, że Li + silnie zaburza strukturę wody, co indukuje zmienność entalpii. ten pierwiastek wydaje się być najbardziej elektrododatnim z metali alkalicznych.
W roztworze wodnym metale alkaliczne tworzą jony o wzorze ogólnym [M (H 2 O) n] + , gdzie n jest liczbą solwatacji. Ich geometria i koordynacja są zgodne z oczekiwanymi na podstawie ich promienia jonowego . Mówi się, że cząsteczki wody , które wiążą się bezpośrednio z atomem metalu w roztworze wodnym, należą do pierwszej sfery koordynacyjnej lub pierwszej warstwy solwatacyjnej. Jest to koordynujące wiązanie kowalencyjne , w którym tlen oddaje dwa elektrony w wiązaniu. Każda skoordynowana cząsteczka wody jest prawdopodobnie połączona z innymi cząsteczkami wody za pomocą wiązań wodorowych . Mówi się, że należą one do drugiej sfery koordynacji. Jednak nie jest to dobrze zdefiniowane w przypadku kationów metali alkalicznych, o ile te kationy nie są dostatecznie naładowane elektrycznie, aby polaryzować cząsteczki pierwszej warstwy solwatacyjnej do punktu wywołania wiązań wodorowych z drugą warstwą cząsteczek wody.
W przypadku litu liczbę solwatacji kationu Li + wyznaczono doświadczalnie o wartości 4, z jonem tetraedrycznym [Li (H 2 O) 4] + . Liczba solwatacji sodu prawdopodobnie wyniosłaby 6, z jonem oktaedrycznym [Na (H 2 O) 6]] + , podczas gdy dla potasu i rubidu prawdopodobnie będzie 8 z jonami [K (H 2 O) 8]] + I [R b (H 2 O) 8] + antypryzmatyczny , a cezu może wynosić 12 z jonami [Cs (H 2 O) 12] + .
Wiadomo, że pary metali alkalicznych (lub ich jonów) wzbudzane ciepłem lub elektrycznością emitują charakterystyczne kolory. W ten sposób spektroskopia stawiała pierwsze kroki dzięki eksperymentom Bunsena i Kirchhoffa . Kolorów wynikają z faktu, że atomowe widmo emisyjne jest linia widma , a nie ciągły czarne ciało typu widma , dowód kwantowej natury poziomów energetycznych atomów i jonów . Charakterystyczne kolory to:
Wiadomo, że metale alkaliczne gwałtownie reagują z wodą. Ta przemoc wzrasta, gdy schodzimy obok grupy:
metal alkaliczny + woda → wodorotlenek metalu alkalicznego + wodórPrzykład z sodem:
Stały Na + Ciekła H 2 O→ NaOH wodny + 1/2 H 2 gaz.Ta reakcja jest bardzo egzotermiczna i może spowodować zapalenie się wodoru lub wybuch żółtego płomienia. W przypadku potasu płomień ma liliowy kolor .
Reakcje metali alkalicznych z wodą mogą być, w zależności od stosowanych ilości, bardzo niebezpieczne. Jeśli w akumulatorach litowych, gdy ulegną degradacji, np. Po wypadku, chłodziwo (woda) wejdzie w kontakt (nawet przez zwykłą wilgotność) z litem, może to spowodować spalanie, jeśli temperatura jest korzystna dla tej reakcji (20 ° C) .
Metale alkaliczne rozpuszczają się w ciekłym amoniaku dając niebieskie roztwory, które są paramagnetyczne .
Stały Na + Ciekły NH 3→ Na + solv + e - rozp .Ze względu na obecność wolnych elektronów roztwór zajmuje więcej niż sumę objętości metalu i amoniaku. Dzięki wolnym elektronom roztwory te są bardzo dobrymi środkami redukującymi .
W reakcji z wodorem metale alkaliczne tworzą wodorki .
2 stały gaz Na + H2→ 2 stały NaH .Wodorki te są bardzo nietrwałe w roztworze ze względu na ich bardzo zasadowy charakter i reagują z wodą tworząc wodór i wodorotlenki .
Stały NaH + ciekły H 2 O→ Na + solw + OH - aq + H 2 gaz. Na + aq + OH - aq NaOH aq .W reakcji z tlenem metale alkaliczne tworzą tlenek rozpuszczalny w wodzie. Reakcji należy jednak sprzyjać przez ogrzewanie, na przykład w przeciwnym razie powstaje nadtlenek lub nadtlenek (a nie tlenek).
4 stały gaz Na + O 2→ 2 stałej Na 2 O : tlenek . 2 stały gaz Na + O 2→ stały Na 2 O 2 : nadtlenek . Stały gaz Na + O 2→ stały NaO 2 (en) : ponadtlenek .Solwatacja tlenku prowadzi do dysocjacji związków sodu i tlenków. Jon tlenkowy jest niestabilny w roztworze, a jego zasadniczy charakter prowadzi do deprotonowania wody:
Stały NaO 2 (en) + H 2 O ciecz→ 2 Na + aq + 2 OH - aqNadtlenki i ponadtlenki nieproporcjonalnie dzielą się na tlen i tlenek.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H. | Hej | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Być | b | VS | NIE | O | fa | Urodzony | |||||||||||||||||||||||||
3 | Nie dotyczy | Mg | Glin | tak | P. | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K. | To | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Współ | Lub | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Płyta CD | W | Sn | Sb | ty | ja | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | Plik | To | Pr | Nd | Po południu | Sm | Miał | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Czytać | Hf | Twój | W | Re | Kość | Ir | Pt | W | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | W | Rn | |
7 | Ks | Ra | Ac | Cz | Rocznie | U | Np | Mógłby | Jestem | Cm | Bk | Por | Jest | Fm | Md | Nie | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Poz | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
Metale alkaliczne |
Ziemia alkaliczna |
Lantanowce |
Metale przejściowe |
Słabe metale |
metalem loids |
Długoterminowe metale |
geny halo |
Gazy szlachetne |
Pozycje niesklasyfikowane |
Aktynowce | |||||||||
Superaktynowce |