Alkalické kovy

Při alkalické kovy jsou chemické prvky lithium , sodík , draslík , rubidium , cesium a francium z 1. hlavní skupiny z periodické tabulky prvků uvedené. Jsou to stříbřité, reaktivní kovy, které mají ve valenčním obalu jediný elektron , který mohou snadno vydávat jako silné redukční činidlo. Přestože je vodík v mnoha zobrazeních periodické tabulky také v první hlavní skupině - nahoře a obvykle oddělený mezerou nebo zobrazený jinou barvou - vodík nelze v žádném případě počítat mezi alkalické kovy. Jako typický nekovu , vodíku je plynný a není pevná látka za standardních podmínek , má mnohem vyšší ionizační energii a nevykazuje žádné typické kovové vlastnosti .

etymologie

Název alkalických kovů je odvozen z arabského slova القلية/ al-qalya pro „ potaš “, starý název pro uhličitan draselný získávaný z rostlinného popela . V roce 1807 Humphry Davy poprvé představil prvek draslík pomocí elektrolýzy tavené soli z hydroxidu draselného, ​​který získal z uhličitanu draselného. V některých jazycích se to odráží v názvu. Stejně tak draslík je například v angličtině a francouzštině draslík a italské potassio .

vlastnosti

Pět stabilních alkalických kovů

Alkalické kovy jsou lesklé kovové, stříbřitě bílé měkké lehké kovy . Cesium má zlatý odstín s nejmenším znečištěním. Lze je krájet nožem . Alkalické kovy mají nízkou hustotu . Ty reagují s mnoha látkami , například s vodou , vzduchem nebo halogeny, někdy velmi silně s tepla. Zejména těžší alkalické kovy se mohou při působení vzduchu samy vznítit . Proto jsou skladovány pod ochrannými kapalinami, jako je parafín nebo ropa (lithium, sodík a draslík), nebo v nepřítomnosti vzduchu v ampulích (rubidium a cesium).

Jako prvky první skupiny periodické tabulky mají jen slabě svázaný s - elektron , vydávají světlo. Jejich první ionizační energie a jejich elektronegativity jsou odpovídajícím způsobem malé. Ve sloučeninách se všechny vyskytují téměř výhradně jako monovalentní kationty , přestože jsou známy sloučeniny, ve kterých jsou tyto kovy aniontové (např. Sodík , v komplexu s takzvanými kryptandy ).

• 

  lithium

• 

  sodík

• 

  draslík

• 

  Rubidium

Alkalické kovy a jejich soli mají specifickou barvu plamene :

• Lithium a jeho soli barví plamen červeně (671 nm).
• Sodík a jeho soli zbarvují plamen do žluta (589 nm).
• Draslík a jeho soli zbarvují plamen purpurově (768 a 404 nm).
• Rubidium a jeho soli barví plamen červeně (780 a 421 nm).
• Cesium a jeho soli barví plamen modrofialově (458 nm).

Kvůli této barvě plamene se sloučeniny alkalických kovů používají pro ohňostroje .

V atomové fyzice se používají alkalické kovy, protože je to obzvláště snadné díky jejich obzvláště jednoduché elektronické struktuře, kterou mohou chladné lasery .

Fyzikální vlastnosti

Všechny alkalické kovy krystalizují v krychlové struktuře zaměřené na tělo . Když převládají nízké teploty, krystalizuje v hexagonálním nejbližším obalu pouze lithium a sodík .

Poloměr atomů prvků a kationtů se zvyšuje s rostoucím počtem hmot. Mnoho dalších vlastností alkalických kovů vykazuje trend od shora dolů ve skupině:

• Snížení tvrdosti , ionizační energie , elektronegativity , teploty tání a varu ,
• Zvýšení reaktivity , zásaditosti a hustoty .

živel	lithium	sodík	draslík	Rubidium	Cesium	Francium
Teplota tání (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)
Bod varu (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)
Kritický bod	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
Hustota (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
Mohsova tvrdost	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2
Elektrická vodivost	10,6 x 106 6 S / m	21 · 10 6 S / m	14,3 x 106 6 S / m	7,52 x 106 6 S / m	4,76 x 106 6 S / m
Atomová hmotnost	6,94 u	22 990 u	39 098 u	85 468 u	132 905 u	223 020 u
Elektronegativita	0,98	0,93	0,82	0,82	0,79	0,70
struktura
Krystalový systém	kubický na střed těla	kubický na střed těla	kubický na střed těla	kubický na střed těla	kubický na střed těla	kubický na střed těla

Reakce a souvislosti

Alkalické kovy reagují s vodíkem za vzniku solí podobných hydridů alkalických kovů :

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

Tepelná stabilita hydridů klesá od lithium hydrid do hydrid česný . Alkalické hydridy se používají jako redukční nebo sušicí činidla.

Tyto kovy reagují s kyslíkem na vytvoření pevných, bílé oxidy alkalických kovů ( oxid lithný , oxid sodný ), alkalických kovů peroxidy ( sodný peroxid , draslík peroxid ) a hyperoxides alkalických kovů ( hyperoxidu draselného , rubidia hyperoxidu , cesium hyperoxidem ):

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

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

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

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

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

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

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

Přehrát mediální soubor

Reakce draslíku s vodou ve vzduchu (video)

Reakce s vodou za vzniku hydroxidů alkalických kovů probíhá za uvolňování vodíku :

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

Reaktivita zvětšuje prudce z lithia do cesia . Zatímco přibližně krychlový vzorek lithia reaguje poměrně pomalu, dokonce i se sodíkem , generovaný vodík se za přítomnosti tepla vznítí v důsledku vývoje tepla. Od draslíku dále , jak reakce postupuje, kov se také odpařuje a vznítí , v neposlední řadě kvůli bodu varu, který klesá s atomovým číslem (viz výše ). Ale i za vyloučení vzduchu může méně než 0,5 g sodíku výbušně reagovat s vodou, což by ve skutečnosti mělo být inhibováno reakčními produkty, vodíkem a hydroxidem alkalického kovu, vytvořenými na kontaktním povrchu výchozích materiálů . Vysokorychlostní záznamy experimentu, ve kterém byly kapky tekuté slitiny draslíku a sodíku za inertních plynů za standardních podmínek umístěny do atmosféry ve styku s vodou, aplikovaly počáteční probíhající Coulombovu explozi („negativní povrchové napětí “) a související silný nárůst povrchové plochy s S výjimkou lithia jsou nelegované vzorky alkalických kovů roztavené po krátké době jako příčina neinhibovaného procesu, vysoká rychlost a tím i násilí těchto reakcí jsou blízko. Hydroxidy alkalických kovů jsou bezbarvé pevné látky , které se při vysokém zahřívání snadno rozpouští ve vodě a mají silnou zásaditou reakci. Mezi hydroxidy a jejich řešení jsou velmi žíravé.

Reaktivita zvyšuje alkalických kovů s rostoucím atomovým číslem , protože se zvyšujícím se počtem elektronových vrstev, vnější elektron je stále více a více chráněny od přitažlivosti kladně nabitého atomového jádra , a proto může odštěpit snadněji. Zvýšení reaktivity lze jasně pozorovat při reakci různých kovů s vodou : lithium a sodík reagují s vodou energicky s vývojem vodíku, ale bez toho, aby se vodík zapálil. Draslík a rubidium reagují se samovznícením vodíku, cesium reaguje výbušně. Alkalické kovy reagují obzvláště dobře s nekovy , kterým chybí jen několik elektronů , aby bylo dosaženo konfigurace vzácného plynu.

Alkalické kovy reagují s halogeny za vzniku halogenidů alkalických kovů podobných solím :

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

Reaktivita se zvyšuje z lithia na cesium a klesá z fluoru na jód . Sodík téměř nereaguje s jodem a velmi pomalu reaguje s bromem , zatímco reakce draslíku s bromem a jodem je výbušná.

Alkalické kovy mohou odstranit halogen z halogenovaných uhlovodíků s jevy exploze za vzniku uhlíku a odpovídajícího halogenidu alkalického kovu:

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

Alkalické kovy se rozpouštějí v kapalném čpavku za vzniku intenzivně modře zbarvených roztoků. Tyto roztoky, které obsahují kladně nabité kationty alkalických kovů a solvatované elektrony, působí jako velmi silná redukční činidla a používají se např. B použitý pro redukci břízy . Pokud se k těmto roztokům přidá vhodné komplexotvorné činidlo (kryptand nebo korunový ether) , mohou se vytvořit odpovídající soli s anionty alkalických kovů, takzvané alkalidy .

vodík

Vodík , první prvek hlavní skupiny 1, je za normálních podmínek nekovový, a proto se nepočítá mezi alkalické kovy. Vodík má z. B, stejně jako jiné typické nekovy, má výrazně vyšší první ionizační energii než alkalické kovy, které snadno darují své elektrony, a podle toho vykazuje různé chemické vlastnosti. Na rozdíl od alkalických kovů vodík sdílí svůj elektron s nekovy, jako je chlor nebo kyslík, a vytváří s nimi molekulární sloučeniny prostřednictvím kovalentních vazeb . Na rozdíl od alkalických kovů může vodík zachytit elektron z kovů a vytvářet s nimi hydridy podobné soli . Nejdůležitější charakteristikou atomu vodíku je schopnost ztratit jeden elektron na molekulu vody za vzniku hydroniového kationtu . Tento kation hraje důležitou roli ve všech chemických reakcích ve vodných roztocích. Zmíněné zvláštnosti prvku vodíku vedly k tomu, že v učebnicích se objevuje názor, že „vodík nepatří do žádné konkrétní skupiny v periodické tabulce“

Existují však také chemické vlastnosti a chování, při nichž je vodík podobný alkalickým kovům. Stejně jako alkalické kovy je vodík silným redukčním činidlem a stejně jako alkalické kovy se vždy vyskytuje monovalentně. Pod extrémně vysokým tlakem se vodík přeměňuje na vysokotlakou kovovou modifikaci, kovový vodík . Naopak některé alkalické kovy mají za určitých podmínek také vlastnosti, jako je vodík, např. B. Jako plyn obsahuje lithium 1% diatomických molekul.

literatura

• AG Sharpe a kol.: Anorganická chemie, druhé vydání - ISBN 0-13-039913-2 -Kapitola 10 Skupina 1: alkalické kovy .
• Příručka experimentální chemie, vyšší sekundární úroveň , svazek 2, alkalické kovy a kovy alkalických zemin, halogeny, Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Kolín nad Rýnem.

webové odkazy

Wikislovník: Alkalické kovy  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

• Pink Panther Reaction Reakce sodíku s vodou na videu
• Alkalické kovy Popis alkalických kovů s mnoha ilustracemi
• Vysokorychlostní kamera odhaluje, proč sodík exploduje! Video o příčině násilné reakce alkalických kovů s vodou za nepřítomnosti vzduchu na kanálu YouTube (Thunderf00t) hlavního autora článku Chemie přírody

Individuální důkazy

1. ↑ Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Bruce E. Bursten: Chemistry. Centrální věda . Pearson Studium, 2007, ISBN 978-3-8273-7191-1 , s. 992-998 . 
2. ↑ Duden Learn Attack GmbH: zbarvení plamenem
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. In: Ullmannova encyklopedie průmyslové chemie . Wiley-VCH, Weinheim 2006 ( doi : 10,1002 / 14356007.a17_485 ).
4. ^ PE Mason, F. Uhlig, V. Vaněk, T. Buttersack, S. Bauerecker, P. Jungwirth: Coulombův výbuch během raných fází reakce alkalických kovů s vodou. In: Přírodní chemie. Svazek 7, číslo 3, březen 2015, s. 250-254, doi: 10,1038 / nchem.2161 , PMID 25698335
5. ↑ Duden Learnattack GmbH: Alkali Metals
6. ↑ Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Bruce E. Bursten: Chemistry. Centrální věda . Pearson Studium, 2007, ISBN 978-3-8273-7191-1 , s. 318, 333 . 
7. ↑ Vysoký tlak vytváří vodíkový kov. Sdělení společnosti Maxe Plancka ze 17. listopadu 2011, přístup 22. února 2021.