Group 1: The Alkalimetals
the word ”alkali” on johdettu arabiankielisestä sanasta, joka tarkoittaa ’tuhkaa’. Puun tuhkasta eristettiin monia natrium-ja kaliumyhdisteitä (Na2CO3: sta ja K2CO3: sta käytetään edelleen satunnaisesti nimityksiä ”sooda” ja ”potaska”). Alkali-ryhmässä on alkuaineita litium (Li), natrium (Na), kalium (K), Rubidium (Rb), Cesium (Cs) ja Francium (Fr). Useita näiden alkuaineiden fysikaalisia ominaisuuksia verrataan taulukossa \(\PageIndex{1}\). Näillä alkuaineilla on uloimmissa kuorissaan vain yksi elektroni. Kaikilla alkuaineilla on metallisia ominaisuuksia ja valenssi +1, joten ne luopuvat elektronista helposti.
| Element | Electronic Configuration | Melting Point (°C) | Density (g/cm3) | Atomic Radius | Ionization Energy (kJ/mol) |
|---|---|---|---|---|---|
| Lithium | \(2s^1\) | 181 | 0.53 | 1.52 | 520 |
| Sodium | \(3s^1\) | 98 | 0.97 | 1.86 | 496 |
| Potassium | \(4s^1\) | 63 | 0.86 | 2.27 | 419 |
| Rubidium | \(5s^1\) | 39 | 1.53 | 2.47 | 403 |
| Cesium | \(6s^1\) | 28 | 1.88 | 2.65 | 376 |
kun siirrymme alaspäin ryhmää (Li: stä Fr: ään), seuraavat suuntaukset havaitaan (taulukko \(\PageIndex{1}\)):
- kaikilla on yksi elektroni ” s ”- valenssiorbitaalilla
- sulamispiste pienenee
- tiheys kasvaa
- atomin säde kasvaa
- ionisoitumisenergia pienenee (ensimmäinen ionisoitumisenergia)
alkalimetalleilla on alkuaineiden alhaisimmat \(I_1\) arvot
tämä kuvaa sitä suhteellista helppoutta, jolla ulomman ” s ” – orbitaalin yksinäinen elektroni voidaan poistaa.
alkalimetallit ovat hyvin reaktiivisia menettäen helposti 1 elektronin muodostaen ionin, jolla on 1+ varaus:
\
tämän reaktiivisuuden vuoksi alkalimetalleja esiintyy luonnossa vain yhdisteinä. Alkalimetallit yhtyvät suoraan useimpiin epämetalleihin:
- reagoi vedyn kanssa muodostaen kiinteitä hydridejä
\
(Huom: vety esiintyy metallihydridissä hydridi H-ionina)
- reagoi rikin kanssa muodostaen kiinteitä sulfideja
\
reagoi kloorin kanssa muodostaen kiinteitä klorideja
\
alkalimetallit reagoivat veden kanssa muodostaen vetykaasua ja alkalimetallihydroksideja; tämä on hyvin eksoterminen reaktio (Kuva \(\PageIndex{1}\)).
\
alkalimetallien ja hapen välinen reaktio on monimutkaisempi:
- yleinen reaktio on muodostaa metallioksideja, jotka sisältävät O2-ionin
\
muut alkalimetallit voivat muodostaa metalliperoksideja (sisältää O22-Ionia)
\
K, Rb ja Cs voivat muodostaa myös superoksideja (O2-ioni)
\
värit absorptiolla
kemikaalin väri syntyy, kun atomin valenssielektroni kiihtyy energiatasolta toiselle näkyvän säteilyn vaikutuksesta. Tällöin elektronia kiihottavan valon tietty taajuus absorboituu. Näin jäljelle jäävä valo, jonka näet, on valkoista valoa, josta puuttuu yksi tai useampi aallonpituus (jolloin se esiintyy värillisenä). Alkalimetalleilla, jotka ovat menettäneet uloimmat elektroninsa, ei ole elektroneja, joita näkyvä säteily voi kiihottaa. Alkalimetallisuolat ja niiden vesiliuos ovat värittömiä, elleivät ne sisällä värillistä anionia.
värit emission kautta
alkalimetallien joutuessa liekkiin ionit pelkistyvät (saavat elektronin) liekin alaosaan. Elektroni kiihtyy (hyppää korkeammalle orbitaalille) liekin korkean lämpötilan vaikutuksesta. Kun jännittynyt elektroni putoaa takaisin alemmalle orbitaalille, vapautuu fotoni. Natriumin valenssielektronin siirtyminen 3P: stä alas 3S-alikuoreen johtaa 589 nm: n aallonpituudella olevan fotonin vapautumiseen (keltainen)
Liekkivärit:
- litium: karmiininpunainen
- natrium: keltainen
- kalium: liila