Wikibooks

Periodiek systeem/Alkalimetalen, voorkomen

< Periodiek systeem

Alkalimetalen, voorkomen[1]

bewerken

Algemeen voorkomen

bewerken

Het algemeen voorkomen van de alkali-metalen wordt bepaald door de mate waarin de atomen tijdens de verschillende kernfusieprocessen tijdens de big bang en in sterren verloopt. Volgens de regel van Oddo-Harkins zullen elementen met een even atoomnummer vaker voorkomen dan elementen met een oneven atoomnummer. Behalve voor waterstof is deze regel algemeen geldig. Net als elektronen hebben ook protonen een spin en vormen protonen in atoomkernen koppels met tegengestelde spin. De totale spin van het koppel is dan 0, wat tot een grotere stabiliteit leidt. Kernen met een oneven aantal protonen maken een grotere kans een proton in te vangen, waarbij hun atoomnummer 1 stijgt, en even wordt.[2][3][4] Aangezien de alkalimetalen allemaal oneven atoomnummers hebben zullen ze minder vaak in het zonnestelsel voorkomen dan atomen met een atoomnummer 1 hoger (de aardalkalimetalen) of 1 lager (de edelgassen).

Een tweede punt, dat voor de zwaardere alkali-metalen geldt, is dat vanaf rubidium de gewone kernfusie-processen in een ster niet in staat zijn deze kernen te synthetiseren. Daarvoor is een supernova nodig. Ook lithium is slecht vertegenwoordigd in de ruimte. Zowel de big bang als de productie van atoomkernen uit waterstof in sterren leverden weinig lithium op. daarnaast geldt ook dat er geen stabiele atoomkernen met 5 of 8 nucleonen zijn.[5]

 

In bovenstaande figuur is de geschatte abundantie weergegeven. Waterstof en helium, producten van de big bang, komen het meest voor. De volgende drie elementen (Li, Be, B) werden nauwelijks tijdens de big bang geproduceerd en ook het gewine kernfusieproces in sterren levert weinig van deze kernen op. De twee algemene trends uit deze figuur zijn:

  1. een alternerend patroon waarbij de even atoomnummers vaker voorkomen dan de neven nummers en
  2. een algemene daling in de abundantie als de atoomnummers hoger worden.

IJzer is komt extra veel voor (in vergelijking met de trends) omdat het de minimum-energie vertegenwoordigd tijdens het super nova proces.[5]]]

Bij het interpreteren van de grafiek is het belangrijk je te realiseren dat de verticale as logaritmisch is. Dit betekent dat er ongeveer op elk boor-atoom (1,4 op de schaal) 1 miljard waterstof-atomen (10,4 op de schaal) zijn.

Aards voorkomen

bewerken

In de vorige paragraaf ging het vooral over het voorkomen van de verschillende elementen in het universum als geheel. Voor de stofwolk waaruit het zonnestelsel is ontstaan moet dit ook ongeveer de samenstelling geweest zijn. Tijdens de vorming en de evolutie van het zonnestelsel vond een herverdeling plaats van de verschillende elementen waardoor de planetaire samenstelling afwijkt van die voor het heelal. Vervolgens droeg de geschiedenis en ontwikkeling van de Aarde zijn steentje bij, waardoor ook op (en in!) de aarde verschillen in samenstelling ontstonden. De massa van de aarde bedraagt ongeveer 5,98∙1024 kg. IJzer vormt met 32,1 % het leeuwendeel met zuurstof (30,1 % als goede tweede. Daarna nemen de hoeveelheden snel af: silicium: 15,1 %, magnesium: 13,9 %, zwavel: 2,9 %, nikkel: 1,8 %, calcium: 1,5 %, en aluminium: 1,4 %,. De resterende 1,2 % wordt gevormd door de andere elementen samen.

De alkalimetalen komen, door hun hoge reactiviteit, niet in metallische vorm in de natuur voor. Het zijn lithofielen: zij reageren makkelijk met zuurstof en blijven daardoor dicht bij het oppervlak van de aarde. De koppeling aan zuurstof betekent ook een makkelijke verbinding met silicium, waarbij mineralen van lage dichtheid gevormd worden. Deze zakken niet makkelijk omlaag in de richting van de Ten gevolge va hun grote aardkern. Door de grootte van hun atomen (en ionen) passen kalium, rubidium en cesium ook niet goed in de kristalroosters van silicaten.[6]

Natrium en kalium zijn rijkelijk tegenwoordig op aarde, beiden komen voor in de lijst van de tien meest voorkomende elementen in de aardkorst.[7][8] Dit is niet in tegenspraak met de eerste alinea van deze paragraaf, want daarin wordt de samenstelling van de hele aarde besproken. Het grootste deel van het ijzer bevindt zich in de aardkern, hier gaat het om de aardkorst. Natrium draagt naar gewicht ongeveer 2,6 % uit van de aardkorst, waarmee het als belangrijkste alkalimetaal genoteerd staat en als zesde staat in de lijst van alle elementbijdrages aan de massa van de korst.[9] Kalium is goed voor 1,5 % van de massa van de aardkorst, en daarmee goed voor een zevende plaats in de algemene bijdragenlijst.[9] Natrium wordt aangetroffen in een groot aantal mineralen, waarvan gewoon zout, natriumchloride, de meest bekende is. Het komt in ongelooflijk grote hoeveelheden voor opgelost in zeewater. In vaste vorm komt het onder andere voor in mineralen als haliet, amfibool, kryoliet, chilisalpeter en zeoliet.[9] veel van deze zoutlagen zijn het gevolg van het indampen van oude zeeën, wat ook vandaag nog optreedt in gebieden als het Great Salt Lake, en de Dode Zee.[10] Ondanks hun bijne even grote bijdrage aan de massa van de aardkorst is narium veel nadrukkelijker aanwezig dan kalium. Hetgrotere kalium-ion lost minder makkelijk op dan natrium en bovendien wordt het beter door silicaten in de bodem vastgehouden. Als laatste speelt de biosfeer ook een rol: kalium wordt door planten beter opgenomen dan natrium.[10]

 
spodumeen, een belangrijk lithium mineraal

Ondanks de grote gelijkenis, komt lithium typisch niet voor samen met natrium en kalium. Dit kan teruggevoerd worden op de maat van het ion.[10] Dankzij het feit dat het ion niet makkelijk gebonden wordt, komt het in zeewater voor in hoeveelheden die uiteenlopen van {{Nowrap|1=0,14 tot 0,25 ppm,[11][12] of 25 μmol/L[13]. De diagonale relatie met magnesium maakt het lithium mogelijk magnesium te vervangen in ferromagnesium mineralen. De concentratie lithium in de aardkorst is ongeveer 18 ppm, vegrelijkbaar met die van gallium en niobium. Het commercieel belangrijkste lithium-mineraal is spodumeen dat wereldwijd in grote hoeveelheden voorkomt.[10]

Rubidium komt ongeveer evenveel voor als zink en zelfs meer dan koper. Het komt van nature voor in de mineralen leuciet, polluciet, carnalliet, zinnwaldiet en lepidoliet[14] hoewel al deze mineralen naast rubidium ook andere alkalimetalen bevatten.[15]

Cesium komt meer voor dan een aantal veel bekendere elementen als antimoon, cadmium, tin en wolfraam, maar minder dan rubidium.[16]

Francium-223, het enige natuurlijk voorkomende isotoop van francium,[17][18] is het vervalproduct via α-straling van actinium-227. Het komt in zeer kleine hoeveelheden voor in uranium-houdende mineralen.[19] Geschat wordt dat er in een monster uranium voor elk francium-atoom ongeveer 1018 uraniumatomen zijn.[20][21]


  1. ↑ Deze pagina is een bewerking van de paragraaf Alkali metal, Occurrence op de Engelstalige Wikipedia, naar de tekst op 16 juni 2023
  2. ↑ Oddo, Giuseppe (1914). Die Molekularstruktur der radioaktiven Atome. Zeitschrift für Anorganische Chemie 87: 253–268. DOI: 10.1002/zaac.19140870118.
  3. ↑ Harkins, William D. (1917). The Evolution of the Elements and the Stability of Complex Atoms. I. A New Periodic System Which Shows a Relation Between the Abundance of the Elements and the Structure of the Nuclei of Atoms. Journal of the American Chemical Society 39 (5): 856–879. DOI: 10.1021/ja02250a002.
  4. ↑ John North: (2008) Cosmos an illustrated history of astronomy and cosmology  (Rev. and updated)  p. 602 Uitgever: Univ. of Chicago Press ISBN 978-0-226-59441-5
  5. ↑ 5,0 5,1 Lodders, Katharina (2003). Solar System Abundances and Condensation Temperatures of the Elements. The Astrophysical Journal 591 (2): 1220–1247. DOI: 10.1086/375492.
  6. ↑ Francis Albarède: (2003) Geochemistry: an introduction Uitgever: Cambridge University Press ISBN 978-0-521-89148-6
  7. ↑ Abundance in Earth's Crust. WebElements.com.
  8. ↑ List of Periodic Table Elements Sorted by Abundance in Earth's crust. Israel Science and Technology Directory.
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN: 0-8493-0486-5.
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.), pag.: 69. Butterworth-Heinemann. ISBN: 978-0-08-037941-8.
  11. ↑ Lithium Occurrence. Institute of Ocean Energy, Saga University, Japan.
  12. ↑ Some Facts about Lithium. ENC Labs.
  13. ↑ Klaus Schwochau: (1984) Inorganic Chemistry ISBN 978-3-540-13534-0
  14. ↑ Wise, M. A. (1995). Trace element chemistry of lithium-rich micas from rare-element granitic pegmatites. Mineralogy and Petrology 55 (13): 203–215. DOI: 10.1007/BF01162588.
  15. ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.), pag.: 70. Butterworth-Heinemann. ISBN: 978-0-08-037941-8.
  16. ↑ {{Cite web |url=https://pubs.usgs.gov/of/2004/1432/2004-1432.pdf |publisher=United States Geological Survey |access-date=27 December 2009 |title=Mineral Commodity Profile: Cesium |first1=William C. |last1=Butterman |first2=William E. |last2=Brooks |first3=Robert G. Jr. |last3=Reese |year=2004 |archive-url=https://web.archive.org/web/20091122210358/https://pubs.usgs.gov/of/2004/1432/2004-1432.pdf |archive-date=22 November 2009 |url-status=dead}
  17. ↑ Wieser, Michael E.; Berglund, Michael (2009). Atomic weights of the elements 2007 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. 81 (11): 2131–2156 (International Union of Pure and Applied Chemistry). DOI: 10.1351/PAC-REP-09-08-03. Gearchiveerd van origineel op 9 oktober 2022. Geraadpleegd op 7 February 2012.
  18. ↑ Wieser, Michael E.; Coplen, Tyler B. (2011). Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. 83 (2): 359–396 (IUPAC). DOI: 10.1351/PAC-REP-10-09-14. Gearchiveerd van origineel op 9 oktober 2022. Geraadpleegd op 11 February 2012.
  19. ↑  (2006) CRC Handbook of Chemistry and Physics  p. 12 Uitgever: CRC ISBN 978-0-8493-0474-3
  20. ↑ John Emsley: (2001) Nature's Building Blocks Uitgever: Oxford University Press ISBN 978-0-19-850341-5
  21. ↑ Gagnon, Steve. Francium. Jefferson Science Associates, LLC.
Informatie afkomstig van https://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.