Alkalni metali

U svakodnevnom životu pod rečju metal podrazumevamo hemijski element koji ima tehničku primenu, najčešće gvožđe. U hemiji, međutim metalima zovemo elemente sa zajedničkim osobinama, od kojih je jedna od najznačajnijih građenje baza (hidroksida). Elementi prve grupe najizrazitiji su metali. Njihovi hidroksidi su veoma jaki i zovu se alkalije. Po tome su ovi elementi dobili ime.

Litijum

• atomski broj: 3
• A_r: 6,94
• grupa: 1
• perioda: L
• blok: s
• osobine: alkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1615 K
• T.T: 453,7 K
• gustina: 0,534g/cm³
• elektronegativnost: 1
• otkriće: A. Arfedson, 1817.
• lat. naziv: litium
• oksidaciona stanja: +1 (-1 kriptati)
• raspored elektrona po nivoima:2, 1
• elektronska konfiguracija: 1s² 2s¹
• atomski poluprečnik: 145 pm
• brzina zvuka: 6000 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Li -> Li⁺, 513,3
• izotopi:
  1. Li-6
     • zastupljenost u prirodi: 7,5%
     • raspad: stabilan
  2. Li-7
     • zastupljenost u prirodi: 92,5%
     • raspad: stabilan

 

Natrijum

• atomski broj: 11
• A_r: 22,98
• grupa: 1
• perioda: M
• blok: s
• osobine: alkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1156 K
• T.T: 379,9 K
• gustina: 0,968g/cm³
• elektronegativnost: 0,9
• otkriće: Sir H. Davy, 1807.
• lat. naziv: natrium
• oksidaciona stanja: +1 (-1 kriptati)
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 1
• elektronska konfiguracija: [Ne]3s¹
• atomski poluprečnik: 180 pm
• brzina zvuka: 3200 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Na -> Na⁺, 495,8
• izotopi:
  1. Na-23
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Na-22
     • zastupljenost u prirodi: sintetički
     • raspad: beta⁺
     • vreme poluraspada: 2,6 godina
     • raspada se na: Ne-22

 

Kalijum

• atomski broj: 19
• A_r: 39
• grupa: 1
• perioda: N
• blok: s
• osobine: alkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1032 K
• T.T: 336,5 K
• gustina: 0,89g/cm³
• elektronegativnost: 0,8
• otkriće: Sir H. Davy, 1807.
• lat. naziv: kalium
• oksidaciona stanja: +1 (-1 kriptati)
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 8, 1
• elektronska konfiguracija: [Ar]4s¹
• atomski poluprečnik: 220 pm
• brzina zvuka: 2000 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • K -> K⁺, 418,8
• izotopi:
  1. K-39
     • zastupljenost u prirodi: 93,26%
     • raspad: stabilan
  2. K-41
     • zastupljenost u prirodi: 6,73%
     • raspad: stabilan
  3. K-40
     • zastupljenost u prirodi: 0,012%
     • raspad: beta^-, beta⁺, zarobljavanje elektrona
     • vreme poluraspada: 1,27 * 10⁹ godina
     • raspada se na: Ca-40, Ar-40

 

Rubidijum

• atomski broj: 37
• A_r: 85,47
• grupa: 1
• perioda: O
• blok: s
• osobine: alkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 961 K
• T.T: 312 K
• gustina: 1,53g/cm³
• elektronegativnost: 0,8
• otkriće:R. Bunsen, G. Kirchoff, 1861.
• lat. naziv: rubidium
• oksidaciona stanja: +1 (-1 kriptati)
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 8, 1
• elektronska konfiguracija: [Kr]5s¹
• atomski poluprečnik: 235 pm
• brzina zvuka: 1300 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Rb -> Rb⁺, 403
• izotopi:
  1. Rb-85
     • zastupljenost u prirodi: 72,17%
     • raspad: stabilan
  2. Rb-87
     • zastupljenost u prirodi: 27,83%
     • raspad: beta^-
     • vreme poluraspada: 4,88 * 10¹⁰ godina
     • raspada se na: Sr-87
  3. Sintetizovano je još nekoliko izotopa rubidijuma - 83, 84, 86.

 

Cezijum

• atomski broj: 55
• A_r: 132,9
• grupa: 1
• perioda: P
• blok: s
• osobine: alkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 944 K
• T.T: 301 K
• gustina: 1,93g/cm³
• elektronegativnost: 0,7
• otkriće:R. Bunsen, G. Kirchoff, 1860.
• lat. naziv: caesium
• oksidaciona stanja: +1 (-1)
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 18, 8, 1
• elektronska konfiguracija: [Xe]5s¹
• atomski poluprečnik: 260 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Cs -> Cs⁺, 376
• izotopi:
  1. Cs-133
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Cs-135
     • zastupljenost u prirodi: u tragovima
     • raspad: beta^-
     • vreme poluraspada: 2,3 * 10⁶ godina
     • raspada se na: Ba-135
  3. Sintetizovano je još nekoliko izotopa cesijuma - 134, 137.

 

Francijum

 

• atomski broj: 87
• A_r: 223
• grupa: 1
• perioda: Q
• blok: s
• osobine: alkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 950 K
• T.T: 300 K
• gustina: 1,87g/cm³
• elektronegativnost: 0,7
• otkriće:M. Perey, 1939.
• lat. naziv: francium
• oksidaciona stanja: +1
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
• elektronska konfiguracija: [Rn]6s¹
• atomski poluprečnik: 270 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Fr -> Fr⁺, 400
• izotopi:
  1. Fr-223
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: beta^-, alfa
     • vreme poluraspada: 22 minuta⁶ godina
     • raspada se na: Ra-221, At-119
  2. Francijum nema stabilnih izotopa. Sintetisan je izotop 222.

 

Dobijanje

Izvor ovih elemenata jeste zemljina kora (redom Na, K, Rb, Cs, Li) i morska voda (rastvorene soli). U prirodi se ne nalaze u slobodnom stanju već u obliku soli - hlorida, nitrata, sulfata... Iz ovih jedinjenja metali se izoluju elektrolizom rastopa.

Najpoznatiji i najvažniji primer ovakve reakcije je elektroliza rastopa NaCl (kod 800⁰C). Reakcijom se natrijumov katjon redukuje u elementarni natrijum (na katodi), a hloridni anjon u elementarni hlor (na anodi).

Na⁺ + e^- -> Na

1/2Cl^- -> Cl₂ + e^-

Zbirno:

NaCl -> Na + 1/2Cl₂

Ostale važnije rude natrijuma su glauberova (Na₂SO₄*10H₂O), boraks (Na₂B₄O₇*10H₂O), čilska šalitra (NaNO₃). Rude kalijuma su šalitra (KNO₃), silvinit (KCl), karnalit (KCl*MgCl₂*6H₂O). Rubidijum se nalazi u leucitu i polucitu, cezijum u polucitu, a litijum u lepidolitu, spoludenu, ambilognitu.

Reakcije

Alkalni metali su najreaktivniji metali. Reaktivnost im se povećava povećanjem atomske težine.

Reaguju sa kiseonikom iz vazduha gradeći okside, perokside i superokside - težnja ka superoksidima raste posratom atomske težine.

4Li + O₂ -> 2 Li₂O

2Li + O₂ -> Li₂O₂

4Na + O₂ -> 2 Na₂O

2Na + O₂ -> Na₂O₂

K + O₂ -> KO₂

Cs + O₂ -> CsO₂

Sa azotom direktno reaguje samo Li (gradi litijum-nitrid):

6Li + N₂ -> 2 Li₃N

Svi alkalni metali reaguju sa kiselinama (HA) i halogenima i vodnikom (X₂). Reakcije su burnije što je halogen i metal reaktivniji (elektronegativniji i pozitivniji). Grade soli.

2M + X₂ -> 2MX

2M + 2HA -> 2MA + H₂

2M + H₂A -> M₂A + H₂ ...

Veoma specifična je njihova reakcija sa vodom pri čmu se grade baze (alkalije). Vrlo je burna.

2M + 2H₂O -> 2MOH + H₂

Jedinjenja nekih alkalnih metala boje plamen u razaličite boje, što može da posluži i za njihovo analitičko dokazivanje.

Primena

Primenu kao tehnički metal od alkalnih metala imaju samo natrijum i litijum koji ulaze u sastav nekih lakih legura, jer su dovoljno inertni. Alkalni metali nisu korozivni jer se na njihovoj površini stvara tanka prevlaka oksida koja sprečava dalju oksidaciju.

Svi alkalni metali su vrlo dobra sredstva redukcije i naolaze primenu prilikom redukcije organskih jedinjenja. Najviše se koriste natrijum i kalijum jer su najjeftiniji.

Natrijum se koristi i za hlađenje nuklearnih reaktora. Litijum se koristi za izradu nekih baterija (Leklaše- alkalične). Mnogo veću primenu imaju jedinjenja alkalnih metala.

Literatura:

- Periodic Table (mini)

- PSE sa Sveta Hemije

Jedinjenja alkalnih metala

Alkalni metali grade jedinjenja jonskog karaktera. Obično su to čvrste kristalne supstance. Njhiva jedinjenja mogu se podeliti na alkalije (baze) i soli - od kojih su najvažniji hloridi, sulfati, nitrati, karbonati, hidrogenkarbonati, sulfiti, nitriti...

Alkalije se dobijaju tehnički elektrolizom vodenog rastvora neke soli metala u posudi sa polupropusnom membranom. Primer je elektroliza rastvora NaCl.

Na⁺ + e^- -> Na

Cl^- -> 1/2Cl₂ + e^-

Natrijum stupa u reakciju s vodom gradeći NaOH, a polupropustiva membrana sprečava ponovnu reakciju u cilju građenja natrijumove soli. Sve alkalije su vrlo dobro rastvorive u vodi i vrlo su reaktivne. Imaju veliku primenu, posebno NaOH i KOH.

Soli alkalnih metala se dobijaju na mnogo načina ili se nalaze u prirodi. Sve su čvrste supstance, često hidratisane. Imaju veoma veliku primenu. Većina se rastvara u vodi.

Jedinjenja litijuma

Jedinjenja natrijuma

• natrijum-hidroksid

Jedinjenja kalijuma

Jedinjenja rubidijuma

Jedinjenja cezijuma

Jedinjenja francijuma