1.csoport: az alkálifémek
az “alkáli” szó egy arab szóból származik, amely “hamut”jelent. A fa hamuból számos nátrium – és káliumvegyületet izoláltak (Na2CO3 és K2CO3 még mindig alkalmanként “szóda hamunak” és “hamuzsírnak”nevezik). Az alkáli csoportban, ahogy lefelé haladunk, vannak elemek lítium (Li), nátrium (Na), kálium (K), rubídium (Rb), cézium (Cs) és Francium (Fr). Ezen elemek számos fizikai tulajdonságát összehasonlítjuk a \(\PageIndex{1}\) táblázatban. Ezeknek az elemeknek csak egy elektron van a legkülső héjukban. Minden elem fémes tulajdonságokkal rendelkezik, vegyértékük +1, Ezért könnyen feladják az elektront.
| 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 |
| rubídium | \(5s^1\) | 39 | 1.53 | 2.47 | 403 |
| cézium | \(6s^1\) | 28 | 1.88 | 2.65 | 376 |
ahogy lefelé haladunk a csoportban (Li-ről Fr-re), a következő tendenciák figyelhetők meg (\(\PageIndex{1}\) táblázat):
- mindegyiknek egyetlen elektronja van egy ‘ s ‘ vegyértékű pályán
- az olvadáspont csökken
- a sűrűség növekszik
- az atom sugara növekszik
- az ionizációs energia csökken (az első ionizációs energia csökken))
az alkálifémek legalacsonyabb \(I_1\) értékei az elemek
ez azt a viszonylagos könnyedséget jelenti, amellyel a külső ‘s’ pályán lévő magányos elektron eltávolítható.
az alkálifémek nagyon reaktívak, könnyen veszítenek 1 elektront, hogy 1+ töltésű iont képezzenek:
\
ennek a reaktivitásnak köszönhetően az alkálifémek a természetben csak vegyületekként találhatók meg. Az alkálifémek közvetlenül kombinálódnak a legtöbb nemfémmel:
- hidrogénnel reagálva szilárd hidrideket képez
\
(Megjegyzés: hidrogén van jelen a fémhidridben, mint a hidrid H-ion)
- reagáljon kénnel, hogy szilárd szulfidokat képezzen
\
klórral reagálva szilárd kloridokat képez
\
az alkálifémek vízzel reagálva hidrogéngázt és alkálifém-hidroxidokat állítanak elő; ez egy nagyon exoterm reakció (\(\pageindex{1}\) ábra).
\
az alkálifémek és az oxigén közötti reakció összetettebb:
- gyakori reakció az O2 – iont tartalmazó fémoxidok képződése
\
más alkálifémek fémperoxidokat képezhetnek (O22-iont tartalmaz)
\
k, Rb és Cs is képezhetnek szuperoxidokat (O2-ion)
\
színek abszorpció útján
a vegyi anyag színe akkor keletkezik, amikor egy atom vegyértékelektronját látható sugárzás gerjeszti egyik energiaszintről a másikra. Ebben az esetben az elektront gerjesztő fény sajátos frekvenciája felszívódik. Így a fennmaradó fény, amelyet lát, fehér fény, amely nem rendelkezik egy vagy több hullámhosszal (így színesnek tűnik). Az alkálifémeknek, miután elvesztették legkülső elektronjaikat, nincsenek olyan elektronjaik, amelyeket látható sugárzás gerjeszthet. Az alkálifémsók és vizes oldatuk színtelen, kivéve, ha színes aniont tartalmaznak.
színek emisszió útján
amikor az alkálifémeket lángba helyezik, az ionok redukálódnak (elektront nyernek) a láng alsó részén. Az elektront a láng magas hőmérséklete gerjeszti (magasabb pályára ugrik). Amikor a gerjesztett elektron visszaesik egy alacsonyabb pályára, foton szabadul fel. A nátrium vegyértékelektronjának átmenete a 3p-ről a 3s alhéjra 589 nm hullámhosszúságú foton felszabadulását eredményezi (sárga)
láng színek:
- lítium: bíbor piros
- nátrium: sárga
- kálium: halványlila