Alkalimetall

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Alkalimetall
¬†¬†‚Üź¬†¬†Alkalimetalle¬†¬†‚Üí¬†¬†
Gruppe 1
Hauptgruppe 1
Periode
2 3
Li
3 11
Na
4 19
K
5 37
Rb
6 55
Cs
7 87
Fr

Als Alkalimetalle werden die chemischen Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium aus der 1. Hauptgruppe des Periodensystems bezeichnet. Sie sind silbrig glänzende, reaktive Metalle, die in ihrer Valenzschale ein einzelnes Elektron besitzen. Obwohl Wasserstoff in den meisten Darstellungen des Periodensystems in der ersten Hauptgruppe steht und zum Teil ähnliche chemische Eigenschaften wie die Alkalimetalle aufweist, kann er nicht zu diesen gezählt werden, da er unter Standardbedingungen weder fest ist noch metallische Eigenschaften aufweist.

Inhaltsverzeichnis

Erklärung des Namens

Der Name der Alkalimetalle leitet sich von dem arabischen Wort ‚Äěal kalja‚Äú f√ľr ‚ÄěPottasche‚Äú, die alte Bezeichnung f√ľr aus Holzaschen gewonnenes Kaliumcarbonat, ab. Sir Humphry Davy stellte im Jahre 1807 erstmals das Element Kalium durch eine Schmelzflusselektrolyse aus Kaliumhydroxid dar. Letzteres gewann er aus Kaliumcarbonat. In einigen Sprachen spiegelt sich dies im Namen wider. So hei√üt Kalium beispielsweise im Englischen und Franz√∂sischen potassium und im Italienischen potassio.

Eigenschaften

Die f√ľnf stabilen Alkalimetalle

Alkalimetalle sind metallisch gl√§nzende, silbrig-wei√üe (Ausnahme: Caesium hat bei geringster Verunreinigung einen Goldton), weiche Leichtmetalle. Sie sind mit dem Messer schneidbar. Alkalimetalle haben eine geringe Dichte. Sie reagieren mit vielen Stoffen, so beispielsweise mit Wasser, Luft oder Halogenen teilweise √§u√üerst heftig unter starker W√§rmeentwicklung. Insbesondere die schwereren Alkalimetalle k√∂nnen sich an der Luft selbst entz√ľnden. Daher werden sie unter Schutzfl√ľssigkeiten, wie Paraffin oder Petroleum (Lithium, Natrium und Kalium) bzw. unter Luftabschluss in braunen, lichtundurchl√§ssigen Ampullen (Rubidium und Caesium) aufbewahrt.

Als Elemente der ersten Gruppe des Periodensystems besitzen sie nur ein schwach gebundenes s-Elektron, das sie leicht abgeben. Ihre ersten Ionisierungsenergien und ihre Elektronegativit√§ten sind entsprechend klein. In Verbindungen kommen sie ganz √ľberwiegend als einwertiges Kation vor, wenngleich sogar Verbindungen bekannt sind, in denen diese Metalle anionisch vorliegen(z.¬†B. Natride, komplexiert mit sogenannten Kryptanden).

Alkalimetalle und ihre Salze besitzen eine spezifische Flammenfärbung:

  • Lithium und seine Salze f√§rben die Flamme rot
  • Natrium und seine Salze f√§rben die Flamme gelb
  • Kalium und seine Salze f√§rben die Flamme violett
  • Rubidium und seine Salze f√§rben die Flamme rot
  • Caesium und seine Salze f√§rben die Flamme blauviolett.

Aufgrund dieser Flammenf√§rbung werden Alkalimetallverbindungen f√ľr Feuerwerke benutzt.

In der Atomphysik werden Alkalimetalle eingesetzt, da sie sich aufgrund ihrer besonders einfachen elektronischen Struktur besonders einfach mit Lasern k√ľhlen lassen.

Alle Alkalimetalle kristallisieren in der kubisch-raumzentrierten Struktur. Lediglich Lithium und Natrium kristallisieren in der hexagonal-dichtesten Packung, wenn tiefe Temperaturen vorherrschen.

Trends

Der Radius der Elementatome sowie der Kationen nimmt mit steigender Massenzahl zu. Auch viele andere Eigenschaften der Alkalimetalle zeigen einen Trend innerhalb der Gruppe von oben nach unten:

Alkalimetall Atomgewicht (u) Schmelzpunkt (K) Siedepunkt (K) Dichte (g/cm³) Elektronegativität (Pauling)
Lithium 6,941 453 1615 0,534 0,98
Natrium 22,990 370 1156 0,968 0,93
Kalium 39,098 336 1032 0,89 0,82
Rubidium 85,468 312 961 1,532 0,82
Cäsium 132,905 301 944 1,93 0,79
Francium (223) 295 950 1,87 0,70

Allgemeines Reaktionsverhalten

Alkalimetalle reagieren mit Wasserstoff unter Bildung salzartiger Hydride:

\mathrm{2 \ Me + H_2 \longrightarrow 2 \ MeH.}

Die thermische Beständigkeit der Hydride nimmt vom Lithiumhydrid (LiH) zum Caesiumhydrid (CsH) ab. Alkalihydride werden u. a. als Reduktions- oder Trockenmittel eingesetzt.

Mit Sauerstoff reagieren Alkalimetalle unter Bildung fester, weißer Oxide (Lithiumoxid), Peroxide (Natriumperoxid) und Hyperoxide (Kaliumhyperoxid, Rubidiumhyperoxid, Caesiumhyperoxid):

\mathrm{4 \ Li + O_2 \longrightarrow 2 \ Li_2O,}
\mathrm{2 \ Na + O_2 \longrightarrow Na_2O_2,} oder \mathrm{4 \ Na + O_2 \longrightarrow 2 \ Na_2O,}
\mathrm{M + O_2 \longrightarrow MO_2; \ (M = K, Rb, Cs).}  

Die Reaktion mit Wasser zu Hydroxiden erfolgt unter Freisetzung von Wasserstoff:

\mathrm{2 \ M + 2 \ H_2O \longrightarrow 2 \ MOH + H_2.}

Vom Lithium zum Caesium steigt die Reaktivit√§t stark an; ab dem Kalium erfolgt Selbstentz√ľndung.

Mit Halogenen reagieren die Alkalimetalle zu den entsprechenden Alkalimetallsalzen:

\mathrm{2 \ Me + X_2 \longrightarrow 2 \ MeX.}

Die Reaktivität steigt vom Lithium zum Caesium und sinkt vom Fluor zum Iod. So reagiert Natrium mit Iod kaum und mit Brom sehr langsam, während die Reaktion von Kalium mit Brom und Iod explosionsartig erfolgt.

Halogenkohlenwasserstoffen können Alkalimetalle unter Bildung von Kohlenstoff unter Explosionserscheinungen das Halogen entziehen:

\mathrm{CCl_4 + 4 \ Na \longrightarrow 4 \ NaCl + C.}

Alkalimetalle ergeben mit fl√ľssigem Ammoniak intensiv blau gef√§rbte L√∂sungen. Diese L√∂sungen, die aus positiven Alkalimetall-Ionen und solvatisierten Elektronen besteht, sind ein sehr starkes Reduktionsmittel und werden beispielsweise f√ľr die Birch-Reduktion eingesetzt.

Wasserstoff

Wasserstoff, das erste Element der 1. Hauptgruppe, ist unter Normalbedingungen ein Nichtmetall. Er wird deshalb nicht zu den Alkalimetallen gez√§hlt, hat jedoch mit ihnen einige Eigenschaften gemeinsam. Er tritt wie die Alkalimetalle stets einwertig auf und wandelt sich unter extrem hohem Druck in eine metallische Hochdruckmodifikation, den metallischen Wasserstoff, um. Andererseits haben auch einige Alkalimetalle unter bestimmten Bedingungen Eigenschaften wie Wasserstoff, z.¬†B. besteht Lithium als Gas zu 1¬†% aus zweiatomigen Molek√ľlen.

Weblinks

Literatur

Sharpe, A.G. et al. , Inorganic Chemistry, second edition - ISBN 0-13-039913-2 - Kapitel 10 Group 1: the alkali metals


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Synonyme:

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