Groupe 1: Les Métaux Alcalins
Le mot « alcali » est dérivé d’un mot arabe signifiant « cendres ». De nombreux composés de sodium et de potassium ont été isolés des cendres de bois (Na2CO3 et K2CO3 sont encore parfois appelés « carbonate de sodium » et « potasse »). Dans le groupe alcalin, au fur et à mesure que nous descendons dans le groupe, nous avons des éléments Lithium (Li), Sodium (Na), Potassium (K), Rubidium (Rb), Césium (Cs) et Francium (Fr). Plusieurs propriétés physiques de ces éléments sont comparées dans la table \(\PageIndex{1}\). Ces éléments ont tous un seul électron dans leurs coquilles les plus externes. Tous les éléments présentent des propriétés métalliques et ont valence + 1, donc ils abandonnent facilement l’électron.
| 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 |
| Césium | \(6s^1\) | 28 | 1.88 | 2.65 | 376 |
Au fur et à mesure que nous descendons du groupe (de Li à Fr), les tendances suivantes sont observées (Table\(\PageIndex{1}\)):
- Tous ont un seul électron dans une orbitale de valence « s »
- Le point de fusion diminue
- La densité augmente
- Le rayon atomique augmente
- L’énergie d’ionisation diminue (énergie de première ionisation)
Les métaux alcalins ont les valeurs \(I_1\) les plus basses des éléments
Cela représente la facilité relative avec laquelle l’électron isolé dans l’orbitale « s » externe peut être éliminé.
Les métaux alcalins sont très réactifs, perdant facilement 1 électron pour former un ion avec une charge 1 +:
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En raison de cette réactivité, les métaux alcalins ne se trouvent dans la nature que sous forme de composés. Les métaux alcalins se combinent directement avec la plupart des non-métaux:
- Réagir avec l’hydrogène pour former des hydrures solides
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( Remarque : l’hydrogène est présent dans l’hydrure métallique sous forme d’hydrure H-ion)
- Réagir avec le soufre pour former des sulfures solides
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Réagir avec le chlore pour former des chlorures solides
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Les métaux alcalins réagissent avec l’eau pour produire de l’hydrogène gazeux et des hydroxydes de métaux alcalins; c’est une réaction très exothermique (Figure\(\PageIndex{1}\)).
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La réaction entre les métaux alcalins et l’oxygène est plus complexe:
- Une réaction courante consiste à former des oxydes métalliques contenant l’ion O2-
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D’autres métaux alcalins peuvent former des peroxydes métalliques (contient de l’ion O22)
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K, Rb et Cs peuvent également former des superoxydes (ion O2)
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Couleurs par absorption
La couleur d’un produit chimique est produite lorsqu’un électron de valence dans un atome est excité d’un niveau d’énergie à un autre par un rayonnement visible. Dans ce cas, la fréquence particulière de la lumière qui excite l’électron est absorbée. Ainsi, la lumière restante que vous voyez est une lumière blanche dépourvue d’une ou plusieurs longueurs d’onde (apparaissant ainsi colorée). Les métaux alcalins, ayant perdu leurs électrons les plus externes, n’ont pas d’électrons pouvant être excités par un rayonnement visible. Les sels de métaux alcalins et leur solution aqueuse sont incolores à moins qu’ils ne contiennent un anion coloré.
Couleurs par émission
Lorsque les métaux alcalins sont placés dans une flamme, les ions sont réduits (gagner un électron) dans la partie inférieure de la flamme. L’électron est excité (saute à une orbitale plus élevée) par la température élevée de la flamme. Lorsque l’électron excité retombe sur une orbitale inférieure, un photon est libéré. La transition de l’électron de valence du sodium de la sous-coque 3p vers la sous-coque 3s entraîne la libération d’un photon d’une longueur d’onde de 589 nm (jaune)
Couleurs de flamme:
- Lithium: rouge cramoisi
- Sodium: jaune
- Potassium: lilas