Ηλεκτρονική Διαμόρφωση Αλκαλιμετάλλων

Τα αλκαλικά μέταλλα είναι η πρώτη ομάδα στοιχείων, η οποία περιλαμβάνει το λίθιο, το νάτριο, το κάλιο, το ρουβίδιο, το καίσιο και το φράγκιο. Ανήκουν σε στοιχεία s-block του περιοδικού πίνακα. (τα στοιχεία s-block υποδηλώνουν ότι το τελευταίο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο s-τροχιακό.)

Η αριστερή πλευρά του περιοδικού πίνακα περιέχει αλκαλικά μέταλλα, τα οποία είναι στοιχεία s-block. Τα αλκαλιμέταλλα είναι τα πιο αντιδραστικά στοιχεία που βρίσκονται στον κόσμο με την τάση τους να αποβάλλουν ηλεκτρόνια γρήγορα. Τα υδροξείδια μετάλλων τους αναφέρονται ως αλκάλια λόγω της βασικής ή αλκαλικής ποιότητας αυτών των ενώσεων. Ονομάζονται αλκαλιμέταλλα επειδή σχηματίζουν αλκάλια, τα οποία είναι ισχυρές βάσεις που μπορούν να εξουδετερώσουν γρήγορα τα οξέα όταν συνδυάζονται με το νερό.

Ηλεκτρονική διαμόρφωση

Η ηλεκτρική διάταξη ns1 αντιστοιχεί σε αλκαλικά μέταλλα. Μπορούν να βρεθούν στον περιοδικό πίνακα στην πρώτη σειρά στοιχείων. Υπάρχουν επτά αλκαλικά στοιχεία στον περιοδικό πίνακα:Λίθιο, Νάτριο, Κάλιο, Ρουβίδιο, Καίσιο και Φράγκιο. Ο χρόνος ημιζωής του φραγκίου, ενός ραδιενεργού στοιχείου, είναι απίστευτα σύντομος. Σε κανονικές θερμοκρασίες και πιέσεις, το υδρογόνο βρίσκεται πιο τυπικά ως αέριο παρά ως αλκαλικό μέταλλο. Το υδρογόνο μπορεί να προσλάβει ποιότητες ή να μετατραπεί σε αλκαλικό μέταλλο σε εξαιρετικά υψηλή πίεση.

Τα αλκαλικά μέταλλα έχουν ασημί γυαλάδα. Συνήθως διατηρούνται σε λάδι ή άλλα παρόμοια διαλύματα για να μην αντιδρούν με τον αέρα. Είναι τόσο ελαστικά που ακόμη και ένα μαχαίρι μπορεί να τα κόψει εύκολα. Το νάτριο είναι το πιο διαδεδομένο μεταξύ των αλκαλικών μετάλλων. Η ραδιενεργή φύση του φραγκίου το καθιστά εξαιρετικά σπάνιο.

Ταξινομημένα σύμφωνα με τον ατομικό τους αριθμό (αριθμός πρωτονίων), τις ηλεκτρικές διαμορφώσεις και τις επαναλαμβανόμενες χημικές ιδιότητες, ο Περιοδικός Πίνακας εμφανίζει τα χημικά στοιχεία. Τα στοιχεία με συγκρίσιμες ιδιότητες ομαδοποιούνται στην ίδια στήλη για εύκολη σύγκριση. Επίσης απεικονίζονται τέσσερις ορθογώνιοι ογκόλιθοι με χημικά χαρακτηριστικά που είναι περίπου τα ίδια. Γενικά, τα στοιχεία είναι μέταλλα στα αριστερά και αμέταλλα στα δεξιά μέσα σε μία μόνο σειρά (περίοδος).

Φυσικές ιδιότητες αλκαλικών μετάλλων

Ατομικές και ιοντικές ακτίνες στοιχείων

Υπάρχει γραμμική πρόοδος στην ατομική και ιοντική ακτίνα των στοιχείων. Επιπλέον, τα αλκαλιμέταλλα έχουν τις μεγαλύτερες ακτίνες από οποιαδήποτε άλλα στοιχεία του περιοδικού πίνακα.

Πυκνότητα  αλκαλικών στοιχείων 

Αν και τα αλκαλικά στοιχεία έχουν τη μεγαλύτερη ακτίνα και όγκο, έχουν τη μικρότερη πυκνότητα. Εξαιτίας αυτού, είναι απίστευτα εύκαμπτα και μπορούν να κοπούν με ένα μαχαίρι. Είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς ότι υπάρχει κάτι βαρύτερο από το νερό. Το κάλιο είναι το λιγότερο πυκνό από τα μέταλλα των αλκαλίων.

Ενέργεια ιονισμού και Ηλεκτροθετικότητα 

Κάθε μέταλλο αλκαλίου είναι ένα μονοσθενές, ηλεκτροθετικό μέταλλο. Για να αφαιρεθεί το ηλεκτρόνιο σθένους από το άτομο λιθίου, το μικρότερο άτομο θα απαιτήσει τη μέγιστη ενέργεια ιονισμού. Καθώς αυξάνεται η ατομική κλίμακα, τα εσωτερικά ηλεκτρόνια προστατεύουν το ηλεκτρόνιο σθένους, καθιστώντας την απομάκρυνσή του ευκολότερη και απαιτώντας λιγότερη ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια ιονισμού αυξάνεται με τον αριθμό των ατόμων στο μόριο.

Διαλυτότητα ιόντων ή ενυδάτωση αλκαλικών μετάλλων 

Η διαλυτότητα μειώνεται με την αύξηση του μεγέθους, με τα ιόντα καισίου να είναι τα λιγότερο υδατοδιαλυτά από τα ισότοπα των αλκαλιμετάλλων. Τα ιόντα λιθίου είναι τα πιο υδατοδιαλυτά. Ανάλογα με την ιοντική φύση και το μέγεθος της ουσίας, μπορεί να επηρεαστεί η υδατοδιαλυτότητα. Περισσότερα μόρια νερού μπορούν να διαλύσουν μικρότερα ιόντα λόγω της υψηλότερης πυκνότητας φορτίου και της χαμηλότερης απώθησης στα μόρια του νερού στο διάλυμα. Εξαιτίας αυτού, η ενθαλπία ενυδάτωσης αυξάνεται και τα ενυδατωμένα σωματίδια γίνονται πιο σταθερά.

Χρώμα της φλόγας

Στα στοιχεία s-block, η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την εναλλαγή μεταξύ πιθανών επιπέδων ενέργειας πέφτει μέσα στο ορατό φάσμα. Ως αποτέλεσμα, όταν θερμαίνονται, παράγουν ένα χαρακτηριστικό χρώμα στη φλόγα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναγνώρισή τους με βάση τα φάσματα εκπομπής ή απορρόφησής τους.

Χημικά χαρακτηριστικά των αλκαλικών μετάλλων 

Υδρίδια

Τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με το υδρογόνο για να δημιουργήσουν μεταλλικά υδρίδια σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Τα ιόντα υδριδίου απελευθερώνονται από μεταλλικά υδρίδια.

Νιτρίδια

Όταν τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με το άζωτο, μπορεί να δημιουργηθεί νιτρίδιο. Ακόμα και στην ατμόσφαιρα.

Οξείδια

Όταν τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, χάνουν την εκθαμβωτική τους εμφάνιση. Όταν το οξυγόνο αντιδρά με μια ουσία, παράγει ένα οξείδιο. Ωστόσο, ο τύπος των οξειδίων που παράγονται ποικίλλει. Το οξυγόνο οξειδώνεται διαφορετικά σε καθένα από αυτά.

Σε αντίθεση με τα υπεροξείδια και τα υπεροξείδια που σχηματίζονται από τα άτομα νατρίου και τα μεγαλύτερα αντίστοιχα τους, τα μικρότερα άτομα λιθίου δημιουργούν ένα τυπικό οξείδιο. Είναι αδύνατο να αποθηκεύσετε αλκαλικά μέταλλα οπουδήποτε εκτός από κηροζίνη, λόγω των αντιδράσεων που έχουν με το άζωτο, το οξυγόνο και το νερό που μεταφέρεται στον αέρα.

Εξαγωγή αλκαλικών μετάλλων

Τα αλκαλικά μέταλλα δεν μπορούν να εξαχθούν χρησιμοποιώντας την τυπική διαδικασία εκχύλισης. Η μετατόπιση και η ηλεκτρόλυση δεν είναι κατάλληλες επειδή αυτά τα μέταλλα έχουν τη μέγιστη ηλεκτροθετικότητα. Επιπλέον, η υψηλή τάση ηλεκτροδίων περιορίζει τη μείωση ουσιών όπως ο άνθρακας.

Η ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος μειώνει κατά προτίμηση τα ιόντα υδρογόνου σε αέριο υδρογόνο έναντι των ιόντων νατρίου. Η ηλεκτρόλυση των συντηγμένων αλάτων του υδροξειδίου του νατρίου και του χλωριούχου νατρίου είναι ο μόνος τρόπος για να ληφθεί νάτριο και κάλιο. Τα κράματα και τα αμαλγάματα σχηματίζονται όταν τα αλκαλικά μέταλλα συνδυάζονται με άλλα μέταλλα, όπως ο χαλκός, το νικέλιο και ο ψευδάργυρος.

Συμπέρασμα

Τα αλκαλικά μέταλλα έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο στο κέλυφος σθένους τους. Η ηλεκτρονική διαμόρφωση αυτών των στοιχείων είναι ns1. Όταν χαθεί το ηλεκτρόνιο του εξωτερικού κελύφους, σχηματίζονται κατιόντα με φορτίο +1 (μονοσθενή ιόντα). Το γεγονός ότι είναι τα πιο ηλεκτροθετικά στοιχεία σημαίνει επίσης ότι σπάνια ανακαλύπτονται στην καθαρή τους μορφή.