Das Periodensystem der Elemente online
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Periodensystem
Allgemeine Gruppen-Informationen
1, Alkalimetalle
Alte Bezeichnung:
Alkalimetalle (Gruppe 1a)
Gemeinsame Elektronenkonfiguration:
ns
1
<< Wasserstoff
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Erdalkalimetalle >>
Allgemeines:
Die Alkalimetalle sind eine Gruppe von sechs sehr reaktiven Metallen. Ihnen ist gemeinsam, dass sie in ihrer äußersten Schale nur ein einziges Außenelektron haben. Daher ist ihr chemisches Verhalten durch das Bestreben geprägt, dieses Elektron abzugeben und somit eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Daher reagieren sie auch (fast) ausschließlich in der Oxidationsstufe +1. (Es gibt darüberhinaus auch Komplexverbindungen mit so genannten Kronenethern, in welchen Natrium und Kalium, nicht aber Lithium eine ns
2
-Konfiguration ausbilden, also formell in der Oxidationsstufe -1 vorliegen.)
Chemie:
Als extrem elektropositive Elemente reagieren die Alkalimetalle naturgemäß heftig mit den Nichtmetallen und Molekülen, die eine polare Atombindung aufweisen: Nichtmetalle können im Allgemeinen durch
Aufnahme
weniger Elektronen in ihre äußere Schale eine Edelgaskonfiguration erreichen; Stoffe mit polarer Atombindung enthalten einen elektronegativeren Partner, der durch Reaktion mit Alkalimetallen eine (stabilere, weil energetisch günstigere) Ionenbindung ausbilden kann. Das Paradebeispiel für die Reaktion der Alkalimetalle mit einem Stoff mit polarer Atombindung ist jene mit dem Wasser. Aber auch mit weniger elektropositiven
Metallen
(Zinn, Blei, Antimon usw.) bzw. Halbmetallen (Silicium, Germanium, Arsen usw.) reagieren die Alkalimetalle unter Bildung von so genannten Zintl-Phasen - das sind Verbindungen, die in ihrem Typus zwischen Ionen- und Metallbindung stehen; dabei entstehen Alkalimetall-Kationen, freie Elektronen und polarisierte (Halb)metall-Anionen.
Leichte und schwere Alkalimetalle:
Die Gruppe der Alkalimetalle lässt sich in zwei Untergruppen aufteilen: Die Startglieder Lithium und Natrium haben einige abweichende Eigenschaften, wodurch sie sich von Kalium, Rubidium und Cäsium abheben. Lithium im Besonderen zeigt auch eine deutliche Schrägbeziehung zum Magnesium.
Die Reaktivität nimmt erwartungsgemäß vom Lithium zum Cäsium (Francium) stark zu; was mit dem Abstand des einzelnen Außenelektrons zum Atomkern zusammen hängt, welches ja von Lithium noch relativ am Stärksten angezogen wird.
Lithium
reagiert am wenigsten heftig mit Wasser, aus welchem es zwar lebhaft Wasserstoff entwickelt, dabei aber weder diesen entzündet, noch während der Reaktion schmilzt. Es verbrennt an der Luft - anders als die schwereren Alkalimetalle, aber wie es auch Magnesium tut - zu einem Nitrid und nicht zu einem (Per)oxid. Lithium bildet auch kovalent gebaute organische Verbindungen, die den Grignard-Reagenzien des Magnesiums analog sind. Außerdem ist bei ihm - wenngleich auch sehr schwach, das hydratisierte Kation hydrolytisch gespalten; d.h. Lithiumsalzlösungen reagieren überaus schwach sauer. Lithiumfluorid, -carbonat, -phosphat sind schwerlösliche Salze, Lithiumperchlorat und Lithiumhexachloroplatinat dagegen leichtlösliche Salze.
Natrium
steht in seinem Verhalten zwischen Kalium und Lithium, ähnelt aber insgesamt noch eher dem Lithium: Es bildet zwar keinerlei kovalent gebaute Verbindungen mehr, und verbrennt an der Luft zu einem Oxid (Natriumperoxid), ähnelt dem Lithium aber in Bezug der Löslichkeit seiner Salze: Natriumfluorid und Natriumphosphat sind mäßig löslich, Natriumperchlorat und Natriumhexachloroplatinat gut löslich. Die Reaktion mit Wasser verläuft heftiger als beim Lithium, aber weniger heftig als bei den schweren Alkalimetallen: Sofort nach Kontakt mit der Wasseroberfläche schmilzt das Metall zu einer Kugel zusammen, die heftig unter Wasserstoffentwicklung abreagiert. Setzt sich diese Kugel an einem Rand fest, so kann sie den Wasserstoff auch entzünden.
Kalium
reagiert allgemein heftiger als Natrium und Lithium, und steht insgesamt den schweren Homologen
Rubidium
und
Cäsium
näher: Wie sie hat es leichtlösliche Fluoride, Phosphate und Carbonate, während die Perchlorate und Hexafluoroplatinate schwerlöslich sind. Man kann sich diesen Umstand zum Nachweis zunutze machen. Die Löslichkeiten nehmen dabei im Falle von Fluorid, Carbonat und Phosphat vom Kalium zum Cäsium zu, im Falle der Perchlorate und Hexafluoroplatinate vom Kalium zum Cäsium hin ab. Die Reaktionen mit Wasser laufen stets unter Feuererscheinungen ab, im Falle von Rubidium und Cäsium explosionsartig. Beim Verbrennen an der Luft bilden alle drei Metalle Hyperoxide (MeO
2
, mit dem Ion [O
2
]
-
).
Francium
hat keine stabilen, und auch keine einigermaßen langlebigen Isotope. Das Isotop mit Massenzahl 223 ist mit einer Halbwertszeit von ca. 22 Minuten das langlebigste. Daher ist es abwegig, von dem Metall überhaupt eine wägbare Menge herstellen zu können, und - selbst wenn dies gelänge - könnte aufgrund der immensen Radioaktivität und der damit einhergehenden Energie-Emission diese Menge nicht stabil gehalten werden: Das Francium würde augenblicklich verdampfen!
Die Alkalimetalle sind insgesamt betrachtet eine sehr einheitliche Elementgruppe - ähnlich denen ihnen im PSE gegenüberstehenden Halogenen.