Periodiek systeem/Alkalimetalen

Werk in uitvoering.
Aan dit artikel wordt voorlopig nog (druk) gewerkt. Gelieve dit artikel niet te bewerken, totdat dit sjabloon is weggehaald.



De alkalimetalen is een groep elementen die in het periodiek systeem onder elkaar staan onder IUPAC groepsnummer 1. waterstof| wordt niet tot de alkalimetalen gerekend, omdat waterstof niet de chemische eigenschappen van een (alkali)metaal vertoont. Omdat waterstof ook in geen van de andere groepen echt thuishoort, wordt dit soms wel tot de alkalimetalen gerekend. Hierdoor behoren tot de alkalimetalen de elementen lithium, natrium, kalium, rubidium, cesium en francium. Van de laatste zijn eigenlijk te weinig gegevens bekend om te bepalen of het zich wel als een alkalimetaal gedraagt, gezien de hoge readioactiviteit van het element (met een halfwaardetijd van 21,8 minuten voor de langstlevende isotoop).

1
H
3
Li
11
Na
19
K
37
Rb
55
Cs
87
Fr
WaterstofLithiumNatrium
Waterstof: 2 gezichten, de Hindenburg gevuld met waterstof en natriumhydride Lithium onder parafinaolie Natrium vers gesneden
kaliumRubidiumCeasiumFrancium
Pas gesneden kalium Rubidium in een ampul Ceasium onder een microscoop Marguerite Perey, ontdekker van Francium

WaterstofBewerken

KenmerkenBewerken

De alkalimetalen hebben gemeen dat zij een elektronenconfiguratie van [X]ns1 hebben. Dit betekent dat zij in de buitenste elektronenschil alleen één elektron in de s-orbitaal hebben. Dit heeft tot gevolg dat de alkalimetalen een vrij lage ionisatie-energie hebben, waardoor zij makkelijk éénwaardig positieve ionen kunnen vormen om de edelgasconfiguratie te bereiken. Hun gehele chemie wordt daardoor beheerst. Zij vormen op deze wijze bijvoorbeeld gemakkelijk zouten met halogenen, zoals NaCl.

Wanneer de alkalimetalen in hun metaalvorm zijn, zijn zij sterke reductoren en bijzonder onedel. Zij gaan gemakkelijk reacties aan met elektronegatieve elementen zoals zuurstof en jodium.

Alkalimetalen zijn goede thermische en elektrische geleiders die wat betreft de elektrische geleiding van alle metalen het ideaal van een vrij-elektron geleider met een parabolische band het dichtst benaderen.

De elementen lithium, natrium, kalium en rubidium zijn zachte, zilverwitte metalen met een typische metaalglans. Ze moeten vanwege de hoge reactiviteit met zuurstof onder olie of anderszins afgesloten van de lucht bewaard worden, maar zelfs onder olie raakt de buitenkant bij natrium al snel geoxideerd. De kleur kan dus alleen gezien worden wanneer het blokje wordt doorgesneden. Cesium heeft door relativistische effecten, waarbij het elektron uit de s-orbitaal op een andere manier in het atoom aanwezig is, een goudgele glans.

VoorkomenBewerken

Geen van de alkalimetalen komt als vrij element voor op aarde (met uitzondering, als het een metaal is, van waterstof). Dit komt door de hoge reactiviteit; wanneer zij in aanraking komen met [w:Lucht|[lucht]] of water, vormen zij immers gelijk oxides en hydroxides met de aanwezige zuurstof. De alkalimetalen komen wel voor in zouten, waarvan natrium en kalium verreweg het vaakst.

Natrium komt vooral voor in NaCl, keukenzout, waarvan grote vindplaatsen bestaan, maar ook bijvoorbeeld in zee (hoewel een stuk onzuiverder). Kalium komt voor in mineralen als sylviet (vrij zuiver  , sylviniet (een mengsel van   en  ), en carnalliet ( . Natrium en Kalium worden vaak ook gewonnen uit andere mineralen, zoals |borax en chilisalpeter, waar zij een bijproduct vormen bij de productie van bijvoorbeeld borium of stikstofverbindingen.

In tegenstelling tot natrium en kalium komen lithium, rubidium en cesium nauwelijks voor. Wanneer zij toch voorkomen, is dat in silicaat-mineralen.

GebruikBewerken

Van de alkalimetalen vindt natrium de meeste toepassingen, meestal in een verbinding. Zo is   (keukenzout) een veel gebruikte stof (210 megaton in 2000), vooral in de chlooralkali-industrie en voor het ijsvrij houden van de wegen.   (natronloog) vindt veel toepassing in de synthese van organische en anorganische chemicaliën, de papierindustrie, zeepproductie, waterzuivering en aluminiumproductie. Natronloog is de meestgebruikte sterke base.

Het metaal natrium vindt onder andere toepassing in oplaadbare batterijen. Hier reageert natrium met zwavel tot  . Deze zijn anno 2006 nog niet grootschalig in productie genomen, maar de resultaten in proeven zijn veelbelovend. Ook lithium wordt gebruikt in batterijen, waarvoor het zeer geschikt is door de hoge negatieve reductiepotentiaal in combinatie met een laag gewicht per ladingseenheid. Lithium wordt gebruikt in batterijen voor camera's in combinatie met ijzersulfide.

ReactiesBewerken

Alkalimetalen reageren heftig met zuurstof, maar reageren nog heftiger met water. Bij de reactie met water ontstaat namelijk MOH (M = alkalimetaal), waterstof en warmte.

 

Deze reactie wordt typisch uitgevoerd door een klein stukje net gesneden natrium in een bekerglas met water te doen. Natrium heeft een kleinere dichtheid dan water en blijft dus drijven. De reactie speelt zich af aan de onderzijde van het stukje natrium en het wateroppervlak. De warmte vrijkomende reactiewarmte komt deels in het water, deels in het stukje natrium terecht. Op de temperatuur van het water heeft deze warmte weinig effect. Water heeft een grote soortelijke warmte en is meestal in ruime mate aanwezig. Op het natrium heeft de toegevoerde warmte wel effect. De soortelijke warmte en de massa zijn veel kleiner. De temperatuur van het metaal stijgt, het natrium smelt en bij verdergaande reactie bereikt het de ontstekingstemperzuur van waterstof. Het gas zal gaan branden en nog meer warmte ontwikkelen, die ook weer deels in het metaal terecht komt. Als het stukje metaal in het begin groot genoeg was zal het zijn kooktemperatuur bereiken en in de gasfase overgaan. Hierbij komt natriumdamp van 960 °C heet in contacy met luchtzuurstof en zal in een explosieve reactie de laatste hoeveelheid natrium verbraanden.

Door de hoge reactiviteit van alkalimetalen ten opzichte van water wordt natrium nog wel eens gebruikt als droogmiddel (=waterontrekkend middel) voor koolwaterstoffen en ethers. Wanneer het natrium immers onaangetast blijft in de koolwaterstof, bevindt er zich geen water meer in.

De metalen reageren niet alleen met water, maar ook met andere zuurstof-verbindingen, zoals OH-functies die gevonden worden in stoffen als methanol en ethanol. Met eventuele resten natrium moet na een reactie dan ook zeer zorgvuldig worden omgegaan, en meestal worden deze resten dan ook afgeblust, met zuivere ethanol of propaan-2-ol:

 

Deze reactie verloopt minder heftig dan met ethanol en zeker in vergelijking met die van water. De reactie is dan ook een stuk veiliger.

Geggevens van alkalimetalen
NaamSmblNrSmpntKkpntENR
WaterstofH1-259,14-252,87
Smbl: Symbool
Nr: Atoomnummer
Smbl: Symbool
Smpntl: Smeltpunt (°C)
Kkpnt: Kookpunt (°C)
EN: Elektronegativiteit (Pauling)
R: Atoomstraal (pm)

Bronnen

Bron(nen):
Housecroft, CE ; Sharpe, A.G. et al. , Inorganic Chemistry, second edition - ISBN 0-13-039913-2 - Hoofdstuk 10 Group 1: the alkali metals


 

Informatie afkomstig van https://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.