Alkalimetaller

3	Lithium
Li6,94 ± 0,06 [1]
[Ikke] 2s 1

elleve	Natrium
Na22.9898
[Ne]3s 1

fire

19	Kalium
K39,0983
[Ar]4s 1

37	Rubidium
Rb85,4678
[Kr]5s 1

55	Cæsium
Cs132,9055
[Xe]6s 1

87	Frankrig
Fr(223)
[Rn]7s 1

Alkalimetaller er grundstoffer i den 1. gruppe af det periodiske system af kemiske grundstoffer (ifølge den forældede klassificering , grundstoffer i hovedundergruppen af gruppe I) [2] : lithium Li, natrium Na, kalium K, rubidium Rb, cæsium Cs, francium Fr. Det hypotetiske 119. ununionselement , i tilfælde af dets opdagelse, vil ifølge strukturen af dets ydre elektronskal også blive klassificeret som et alkalimetal. Når alkalimetaller opløses i vand , dannes der opløselige hydroxider , kaldet alkalier .

Alkalimetallers generelle karakteristika

I det periodiske system følger de umiddelbart efter inerte gasser , så det strukturelle træk ved alkalimetalatomer er, at de indeholder en elektron i det eksterne energiniveau: deres elektroniske konfiguration er ns 1 . Det er klart, at valenselektronerne fra alkalimetaller let kan fjernes, fordi det er energetisk gunstigt for et atom at donere en elektron og opnå en inert gaskonfiguration . Derfor er alle alkalimetaller kendetegnet ved reducerende egenskaber . Dette bekræftes af de lave værdier af deres ioniseringspotentialer ( ioniseringspotentialet for cæsiumatomet er det laveste) og elektronegativitet (EO). Som en konsekvens er alkalimetallerne i de fleste forbindelser til stede som enkeltladede kationer . Der er dog også forbindelser, hvor alkalimetaller er repræsenteret ved anioner (se Alkalider ).

Nogle atomare og fysiske egenskaber af alkalimetaller

atomnummer _	Navn, symbol	Antal naturlige isotoper	Atommasse	Ioniseringsenergi , kJ mol −1	Elektronaffinitet , kJ mol −1	EO	Δ H diss , kJ mol -1	Metal. radius, nm	Ionisk radius (cn 6), nm	t pl , °C	t balle , °C	Massefylde , g/cm³	Δ H pl , kJ mol -1	Δ H kip , kJ mol −1	Δ H arr , kJ mol -1
3	lithium Li	2	6.941(2)	520,2	59,8	0,98	106,5	0,152	0,076	180,6	1342	0,534	2,93	148	162
elleve	Natrium Na	en	22.989768(6)	495,8	52,9	0,93	73,6	0,186	0,102	97,8	883	0,968	2,64	99	108
19	Kalium K	2+1 a	39.0983(1)	418,8	46,36	0,82	57,3	0,227	0,138	63,07	759	0,856	2,39	79	89,6
37	Rubidium Rb	1+1 a	85.4687(3)	403,0	46,88	0,82	45,6	0,248	0,152	39,5	688	1.532	2,20	76	82
55	Cæsium Cs	en	132.90543(5)	375,7	45,5	0,79	44,77	0,265	0,167	28.4	671	1,90	2.09	67	78,2
87	Francium Fr	2 a	(223)	380	(44,0)	0,7	—	—	0,180	tyve	690	1,87	2	65	—

a Radioaktive isotoper: 40 K, T 1/2 = 1,277 10 9 år ; 87 Rb, T 1/2 = 4,75 10 10 år ; 223 Fr, T 1/2 = 21,8 min ; 224 Fr, T 1/2 = 3,33 min .

Alle metaller i denne undergruppe er sølvhvide (undtagen sølvgul cæsium ), de er meget bløde, de kan skæres med en skalpel. Lithium , natrium og kalium er lettere end vand og flyder på overfladen og reagerer med det.

Lithium
Natrium
Kalium
Rubidium
Cæsium

Mange mineraler indeholder alkalimetaller. For eksempel består orthoklase eller feldspat af kaliumaluminosilikat K 2 [Al 2 Si 6 O 16 ], et lignende mineral indeholdende natrium- albit - har sammensætningen Na 2 [Al 2 Si 6 O 16 ]. Havvand indeholder natriumchlorid NaCl, og jorden indeholder kaliumsalte - sylvin KCl, sylvinit NaCl KCl , carnallit KCl MgCl 2 6H 2 O , polyhalit K 2 SO 4 MgSO 4 CaSO 4 2H 2 O.

Kemiske egenskaber af alkalimetaller

På grund af alkalimetallers høje reaktivitet med hensyn til vand, oxygen og nogle gange endda nitrogen ( Li ), opbevares de under et lag petroleum . For at udføre reaktionen med et alkalimetal skæres et stykke af den krævede størrelse forsigtigt af med en skalpel under et lag petroleum, metaloverfladen renses grundigt fra produkterne af dets interaktion med luft i en argonatmosfære , og kun derefter anbringes prøven i reaktionsbeholderen.

Interaktion med vand

En vigtig egenskab ved alkalimetaller er deres høje aktivitet med hensyn til vand. Lithium reagerer mest roligt (uden eksplosion ) med vand:

{\mathsf {2\ Li+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ LiOH+\ H_{2}\uparrow ))

Når man udfører en lignende reaktion, brænder natrium med en gul flamme, og der opstår en lille eksplosion. Kalium er endnu mere aktivt: i dette tilfælde er eksplosionen meget stærkere, og flammen er farvet lilla.

Interaktion med ilt

Forbrændingsprodukterne af alkalimetaller i luft har en forskellig sammensætning afhængig af metallets aktivitet.

Kun lithium brænder i luften med dannelse af et oxid af den støkiometriske sammensætning:

{\mathsf {4\ Li+\ O_{2}\longrightarrow 2\ Li_{2}O))

Under forbrændingen af natrium dannes peroxid Na 2 O 2 hovedsageligt med en lille blanding af superoxid NaO 2 :

{\mathsf {2\ Na+\ O_{2}\longrightarrow \ Na_{2}O_{2))}

Forbrændingsprodukterne af kalium, rubidium og cæsium indeholder hovedsageligt superoxider :

{\mathsf {K+\ O_{2}\longrightarrow \ KO_{2))}

{\displaystyle {\mathsf {Rb+\ O_{2}\longrightarrow \ RbO_{2))))

{\displaystyle {\mathsf {Cs+\ O_{2}\longrightarrow \ CsO_{2))))

For at opnå oxider af natrium og kalium opvarmes blandinger af hydroxid, peroxid eller superoxid med et overskud af metal i fravær af ilt:

{\mathsf {2\ Na+2\ NaOH\longrightarrow 2\ Na_{2}O+\ H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {2\ Na+\ Na_{2}O_{2}\longrightarrow 2\ Na_{2}O))

{\mathsf {3\ K+\ KO_{2}\longrightarrow 2\ K_{2}O))

For oxygenforbindelser af alkalimetaller er følgende regelmæssighed karakteristisk: efterhånden som alkalimetalkationens radius øges, øges stabiliteten af oxygenforbindelser indeholdende peroxidionen O.2-2
_og superoxidion O-
2.

For tunge alkalimetaller er dannelsen af ret stabile ozonider med sammensætningen EO 3 karakteristisk . Alle iltforbindelser har forskellige farver, hvis intensitet stiger i serien fra Li til Cs :

Formel for en oxygenforbindelse	Farve
Li2O _ _	hvid
Na2O _ _	hvid
K2O _ _	Gullig
Rb2O _ _	Gul
Cs2O _ _	orange
Na2O2 _ _ _	lys gul
KO 2	orange
RbO2 _	mørkebrun _
CsO2 _	Gul

Alkalimetaloxider har alle egenskaberne af basiske oxider : de reagerer med vand, sure oxider og syrer :

{\mathsf {Li_{2}O+\ H_{2}O\longrightarrow 2\ LiOH))

{\mathsf {K_{2}O+\ SO_{3}\longrightarrow \ K_{2}SO_{4}}}

{\mathsf {Na_{2}O+2\ HNO_{3}\longrightarrow 2\ NaNO_{3}+\ H_{2}O))

Peroxider og superoxider udviser egenskaberne af stærke oxidationsmidler :

{\mathsf {Na_{2}O_{2}+2\ NaI+2\ H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ I_{2}+2\ Na_{2}SO_{4}+2\ H_{ 2}O}}

Peroxider og superoxider interagerer intensivt med vand og danner hydroxider:

{\mathsf {Na_{2}O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ NaOH+\ H_{2}O_{2))}

{\mathsf {2\ KO_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ KOH+\ H_{2}O_{2}+\ O_{2}\uparrow ))

Interaktion med andre stoffer

Alkalimetaller reagerer med mange ikke-metaller . Når de opvarmes, kombineres de med brint for at danne hydrider , med halogener , svovl , nitrogen , fosfor , kulstof og silicium for at danne henholdsvis halogenider , sulfider , nitrider , phosphider , carbider og silicider :

{\mathsf {2\ Na+\ H_{2}\longrightarrow 2\ NaH))

{\mathsf {2\ Na+\ Cl_{2}\longrightarrow 2\ NaCl))

{\mathsf {2\ K+\ S\longrightarrow \ K_{2}S))

{\mathsf {6\ Li+\ N_{2}\longrightarrow 2\ Li_{3}N))

{\mathsf {2\ Li+2\ C\longrightarrow \ Li_{2}C_{2))}

Ved opvarmning er alkalimetaller i stand til at reagere med andre metaller og danne intermetalliske forbindelser . Aktivt (med en eksplosion) alkalimetaller reagerer med syrer .

Alkalimetaller opløses i flydende ammoniak og dets derivater - aminer og amider :

{\mathsf {2\ Na+2\ NH_{3}\longrightarrow 2\ NaNH_{2}+\ H_{2}\uparrow ))

Når det opløses i flydende ammoniak, mister et alkalimetal en elektron , som opløses af ammoniakmolekyler og giver opløsningen en blå farve. De resulterende amider nedbrydes let af vand med dannelse af alkali og ammoniak:

{\mathsf {KNH_{2}+\ H_{2}O\longrightarrow \ KOH+\ NH_{3}\uparrow }}

Alkalimetaller interagerer med organiske stoffer alkoholer (for at danne alkoholater ) og carboxylsyrer (for at danne salte ):

{\mathsf {2\ Na+2\ CH_{3}CH_{2}OH\longrightarrow 2\ CH_{3}CH_{2}ONa+\ H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {2\ Na+2\ CH_{3}COOH\longrightarrow 2\ CH_{3}COONa+\ H_{2}\uparrow ))

Kvalitativ bestemmelse af alkalimetaller

Da ioniseringspotentialerne for alkalimetaller er små, når et metal eller dets forbindelser opvarmes i en flamme, ioniseres et atom, hvilket farver flammen i en bestemt farve:

Flammefarvning med alkalimetaller
og deres forbindelser

alkalimetal	flamme farve
Li	karminrød
Na	Gul
K	Violet
Rb	brun rød
Cs	lilla rød

Indhentning af alkalimetaller

Elektrolyse af halogenidsmelter

For at opnå alkalimetaller bruger de hovedsageligt elektrolyse af smelter af deres halogenider , oftest chlorider , som danner naturlige mineraler :

{\mathsf {2\ LiCl\longrightarrow 2\ Li+\ Cl_{2}\uparrow ))

katode :

{\mathsf {Li^{+}}}+e\longrightarrow {\mathsf {Li}}

anode :

{\mathsf {2Cl_{-}}}-2e\longrightarrow {\mathsf {Cl_{2}}}\uparrow

Elektrolyse af hydroxidsmelter

Nogle gange, for at opnå alkalimetaller, udføres elektrolyse af smelter af deres hydroxider :

{\mathsf {4\ NaOH\longrightarrow 4\ Na+2\ H_{2}O+\ O_{2}\uparrow ))

katode:

{\mathsf {Na^{+}}}+e\longrightarrow {\mathsf {Na}}

anode:

{\mathsf {4OH^{-}}}-4e\longrightarrow {\mathsf {2H_{2}O+O_{2}}}\uparrow

Genopretning fra halogenider

Et alkalimetal kan reduceres fra det tilsvarende chlorid eller bromid med calcium , magnesium , silicium og andre reduktionsmidler, når det opvarmes under vakuum til 600-900 ° C:

{\mathsf {2\ MCl+\ Ca\longrightarrow 2\ M\uparrow +\ CaCl_{2))}

For at reaktionen kan forløbe i den rigtige retning, skal det resulterende frie alkalimetal (M) fjernes ved destillation. Tilsvarende er reduktion med zirconium fra kromat mulig . Der er en kendt metode til at opnå natrium ved reduktion fra carbonat med kul ved 1000 ° C i nærværelse af kalksten .

Da alkalimetaller er til venstre for brint i den elektrokemiske serie af spændinger , er det umuligt at opnå dem elektrolytisk fra vandige saltopløsninger; i dette tilfælde dannes de tilsvarende alkalier og hydrogen.

Alkalimetalforbindelser

Hydroxider

Til fremstilling af alkalimetalhydroxider anvendes hovedsageligt elektrolytiske metoder. Den mest omfattende er produktionen af natriumhydroxid ved elektrolyse af en koncentreret vandig opløsning af almindeligt salt :

{\mathsf {2\ NaCl+2\ H_{2}O\longrightarrow \ H_{2}\uparrow +\ Cl_{2}\uparrow +2\ NaOH))

katode :

2\ {\mathsf {H^{+}}}+2\ e\longrightarrow \ {\mathsf {H_{2}}}\uparrow

anode :

2\ {\mathsf {Cl^{-}}}-2\ e\longrightarrow \ {\mathsf {Cl_{2}}}\uparrow

Tidligere blev alkali opnået ved udvekslingsreaktionen:

{\mathsf {Na_{2}CO_{3}+\ Ca(OH)_{2}\longrightarrow \ CaCO_{3}\downarrow +2\ NaOH))

Den på denne måde opnåede alkali var stærkt forurenet med soda Na2CO3 .

Alkalimetalhydroxider er hvide hygroskopiske stoffer, hvis vandige opløsninger er stærke baser . De deltager i alle reaktioner, der er karakteristiske for baser - de reagerer med syrer, syre og amfotere oxider , amfotere hydroxider :

{\mathsf {2\ LiOH+\ H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ Li_{2}SO_{4}+2\ H_{2}O))

{\mathsf {2\ KOH+\ CO_{2}\longrightarrow \ K_{2}CO_{3}+\ H_{2}O))

{\mathsf {KOH+\ Al(OH)_{3}\longrightarrow \ K[Al(OH)_{4}]}}

Alkalimetalhydroxider sublimerer uden nedbrydning ved opvarmning, med undtagelse af lithiumhydroxid , der ligesom hydroxider af metaller i hovedundergruppe II-gruppen nedbrydes til oxid og vand ved kalcinering :

{\mathsf {2\ LiOH\longrightarrow \ Li_{2}O+\ H_{2}O))

Natriumhydroxid bruges til at fremstille sæber , syntetiske rengøringsmidler , kunstige fibre, organiske forbindelser såsom phenol .

Salte

Et vigtigt produkt indeholdende et alkalimetal er soda Na 2 CO 3 . Den største mængde sodavand over hele verden produceres efter Solvay-metoden , foreslået i begyndelsen af det 20. århundrede. Essensen af metoden er som følger: en vandig opløsning af NaCl , hvortil ammoniak er tilsat, mættes med kuldioxid ved en temperatur på 26-30 ° C. I dette tilfælde dannes et dårligt opløseligt natriumbicarbonat , kaldet bagepulver :

{\mathsf {NaCl+\ NH_{3}+\ CO_{2}+\ H_{2}O\longrightarrow \ NaHCO_{3}\downarrow +\ NH_{4}Cl))

Ammoniak tilsættes for at neutralisere det sure miljø, der opstår, når kuldioxid ledes ind i opløsningen og for at opnå bikarbonationen HCO 3 - nødvendig for udfældningen af natriumbicarbonat. Efter adskillelse af bagepulveret opvarmes opløsningen indeholdende ammoniumchlorid med kalk , og ammoniak frigives, som returneres til reaktionszonen:

{\mathsf {2\ NH_{4}Cl+\ Ca(OH)_{2}\longrightarrow 2\ NH_{3}\uparrow +\ CaCl_{2}+2\ H_{2}O))

Med ammoniakmetoden til fremstilling af sodavand er det eneste affald således calciumchlorid , som forbliver i opløsning og har begrænset anvendelse.

Når natriumbicarbonat kalcineres , opnås soda eller vask Na 2 CO 3 og kuldioxid, der anvendes i processen med at opnå natriumbicarbonat :

{\mathsf {2\ NaHCO_{3}\longrightarrow \ Na_{2}CO_{3}+\ CO_{2}\uparrow +\ H_{2}O))

Den største forbruger af sodavand er glasindustrien.

I modsætning til det svagt opløselige syresalt NaHCO 3 er kaliumbicarbonat KHCO 3 meget opløseligt i vand, derfor opnås kaliumcarbonat eller kaliumchlorid , K 2 CO 3 ved påvirkning af kuldioxid på en opløsning af kaliumhydroxid :

{\mathsf {2\ KOH+\ CO_{2}\longrightarrow \ K_{2}CO_{3}+\ H_{2}O))

Potaske bruges til fremstilling af glas og flydende sæbe.

Lithium er det eneste alkalimetal , for hvilket der ikke er opnået bicarbonat. Årsagen til dette fænomen er den meget lille radius af lithium -ionen , som ikke tillader den at bevare en ret stor HCO-ion.-
3.

Sikkerhed

Alle alkalimetaller er meget aktive, når de interagerer med vand, oxygen, halogener og andre forbindelser. Interaktioner med vand er særligt farlige, da reaktionsprodukterne er ætsende alkalier, og der opstår en enorm frigivelse af energi, ledsaget af en flammende flash (i tilfælde af kalium) eller en eksplosion (i tilfælde af rubidium eller cæsium). Derfor er det nødvendigt at følge sikkerhedsreglerne, når du arbejder med dem. Arbejdet bør udelukkende udføres i latexhandsker, det er også nødvendigt at bære sikkerhedsbriller. I forsøg anvendes kun små mængder, som manipuleres med tang; i tilfælde af uomsatte rester af alkalimetaller (f.eks. natrium eller kalium) anvendes bortskaffelse i vandfri alkohol. Rubidium og cæsium er på grund af deres ekstremt høje kemiske aktivitet (eksplosive) praktisk talt ikke brugt i eksperimenter. Alkalimetaller opbevares under et lag petroleum i hermetisk lukkede beholdere. Det er umuligt at slukke alkalimetaller med vand, da reaktionen er ledsaget af en eksplosion. Rester af alkalimetaller fjernes med ethylalkohol.

Litteratur

Akhmetov N. S. Generel og uorganisk kemi. - M . : Højere skole, 2001.
Eremina E. A., Ryzhova O. N. Kapitel 14. Alkalimetaller // Skolebørns håndbog i kemi. - M . : Eksamen, 2009. - S. 224-231. — 512 s. - 5000 eksemplarer. — ISBN 978-5-377-01472-0 .
Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Begyndelsen af kemi. Et moderne kursus for ansøgere til universiteter. - M . : Eksamen, 1997-2001.
Lidin R. A., Andreeva L. L., Molochko V. A. Håndbog i uorganisk kemi. - M .: Kemi, 1987.
Nekrasov BV Fundamentals of General Chemistry. - M .: Kemi, 1974.
Spitsyn V.I. , Martynenko L.I. Uorganisk kemi. - M. : MGU, 1991, 1994.
Turova N. Ya Uorganisk kemi i tabeller. Tutorial. - M. : Det Russiske Videnskabsakademis Højere Kemiskole, 1997.
Vrublevsky A.I. Grundlæggende om kemi

Noter

↑ Standard atomvægte af grundstofferne 2021 (IUPAC Technical Report) (engelsk) - IUPAC , 1960. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2019-0603
↑ Periodisk system Arkiveret 17. maj 2008. på IUPAC 's hjemmeside

Se også

jordalkalimetaller

Links

Ordbøger og encyklopædier

Flot dansk
Great Soviet (1 udg.)
Brockhaus og Efron
Lille Brockhaus og Efron
Britannica (online)
Universalis
Desktop
Granatæble

I bibliografiske kataloger
BNE : XX533900 BNF : 12121218w GND : 4224517-5 J9U : 987007294080905171 LCCN : sh85003587 NDL : 00560346 NKC : ph174615

alkalimetaller

Lithium
Li
Atomnummer: 3
Atommasse: 6.941
Temp. smeltepunkt: 453,85 K
Temp. kogepunkt: 1615 K
Massefylde: 0,534 g/cm³
Elektronegativitet: 0,98

Natrium
Na
Atomnummer: 11
Atommasse: 22,98976928
Temp. smeltepunkt: 371,15 K
Temp. kogepunkt: 1156 K
Massefylde: 0,97 g/cm³
Elektronegativitet: 0,96

Kalium
K
Atomnummer: 19
Atommasse: 39,0983
Temp. smeltepunkt: 336,58 K
Temp. kogepunkt: 1032 K
Massefylde: 0,86 g/cm³
Elektronegativitet: 0,82

Rubidium
Rb
Atomnummer: 37
Atommasse: 85,4678
Temp. smeltepunkt: 312,79 K
Temp. kogepunkt: 961 K
Massefylde: 1,53 g/cm³
Elektronegativitet: 0,82

Cæsium
Cs
Atomnummer: 55
Atommasse: 132,9054519
Temp. smeltepunkt: 301,59 K
Temp. kogepunkt: 944 K
Massefylde: 1,93 g/cm³
Elektronegativitet: 0,79

Francium
Fr
Atomnummer: 87
Atommasse: (223)
Temp. smeltepunkt: ~300 K
Temp. kogepunkt: ~950 K
Massefylde: 1,87 g/cm³
Elektronegativitet: 0,7

Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev

Han

Som

jeg

Om eftermiddagen

D y

Vedr

På

jfr

ingen

alkalimetaller	jordalkalimetaller	Lanthanider	Aktinider	overgangsmetaller
letmetaller _	Halvmetaller	ikke-metaller	Halogener	ædelgasser

Periodiske system
Dmitri Ivanovich Mendeleev Periodisk lov Elementgrupper
Formater	kort Ved blokke Udvidet forstørret Elektroniske konfigurationer Elektronegativitet Alternativ Isotoper af elementer
Varelister efter	...Navn ... Etymologier ...åbningstid ...oxidationstilstande ... Hårdhed ... Udbredelse hos mand : sporstoffer makronæringsstoffer Organogener ... Værdien af standard elektrokemiske potentialer
Grupper	en 2 3 fire 5 6 7 otte 9 ti elleve 12 13 fjorten femten 16 17 atten
Perioder	en 2 3 fire 5 6 7 otte
Familier af kemiske grundstoffer	ikke-metaller Halvmetaller (metalloider) Metaller Intransitive elementer overgangsmetaller Post-transition metaller Interne overgangsmetaller Lanthanider Aktinider Transuranium superovergangsmetaller letmetaller Tungmetaller Supertunge elementer (transaktinoider) Ildfaste metaller Platingruppe metaller ædelmetaller Ikke-jernholdige metaller radioaktive grundstoffer kunstige elementer Sjældne varer sjældne jordarters grundstoffer Sporstoffer Monoisotopiske elementer Polyisotopiske elementer
Periodisk tabel blok	s-elementer p-elementer d-elementer f-elementer g-elementer
Andet	Lanthanid sammentrækning actinoid sammentrækning Forudsagte elementer Symboler for kemiske grundstoffer liste
Det periodiske system Kategori:Periodisk system Portal: Kemi {{ Periodisk system af elementer }}