Χημικές Ιδιότητες Αλκαλιμετάλλων

Ποιες είναι οι χημικές ιδιότητες των αλκαλικών μετάλλων;

Οι χημικές ιδιότητες των αλκαλιμετάλλων μπορούν να περιγραφούν ως τα μεγαλύτερα ηλεκτροθετικά χαρακτηριστικά όλων των στοιχείων. Αυτό σημαίνει ότι αντιδρούν με ένα ευρύ φάσμα μη μετάλλων. Η χημική αντιδραστικότητα του λιθίου είναι πιο παρόμοια με τα μέταλλα της Ομάδας 2 (IIa) από τα άλλα μέταλλα της ομάδας του. Τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με άνθρακα, άζωτο και υδρογόνο περισσότερο από άλλα αλκαλικά μέταλλα.

Τα αλκαλιμέταλλα έχουν τις ακόλουθες χημικές και φυσικές ιδιότητες:

Υψηλή αντιδραστικότητα σε τυπική πίεση και θερμοκρασία
Χάνετε γρήγορα ένα ηλεκτρόνιο για να σχηματίσετε κατιόντα +1
Γυαλιστερό
Ασημί
Απαλό

Είναι μαλακά, με αποτέλεσμα να κόβονται εύκολα με ένα πλαστικό μαχαίρι. Η φωτεινή τους επιφάνεια αμαυρώνεται γρήγορα στον αέρα. Τα αλκαλικά μέταλλα είναι πολύ αντιδραστικά και πρέπει να διατηρούνται κάτω από λάδι για να αποφευχθεί η αντίδραση του αέρα. Όλα τα στοιχεία της Ομάδας 1, εξαιρουμένου του υδρογόνου, σύμφωνα με το IUPAC εμφανίζουν αυτά τα χαρακτηριστικά. Τα βαρέα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν πιο βίαια με το νερό παρά με το φως.

Αντιδράσεις με οξυγόνο

Τα αλκαλικά μέταλλα τείνουν να παράγουν ιοντικά στερεά με αριθμό οξείδωσης +1. Έτσι, οι ουδέτερες ενώσεις οξυγόνου μπορούν εύκολα να χαρακτηρίσουν τα είδη οξυγόνου. Τα είδη ιοντικού οξυγόνου είναι το οξείδιο, το υπεροξείδιο, το υπεροξείδιο και το όζον. Οι ενώσεις M και οξυγόνου αλκαλιμετάλλου είναι M2O2, υπεροξείδιο, MO2, μονοξείδιο, M2O, υπεροξείδιο και όζον, MO3. Το ρουβίδιο, το καίσιο και ίσως το κάλιο δημιουργούν το M4O6, ένα σεσκιοξείδιο με δύο ανιόντα υπεροξειδίου και ένα ανιόν υπεροξειδίου και το λίθιο παράγουν μόνο μονοξείδιο και υπεροξείδιο.

4M(s) + O2(g)→ 2M2O

4Li + O2→ 2Li2O

2Na + O2→Na2O

Όλα τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν απευθείας με το οξυγόνο, σχηματίζοντας μονοξείδια (Li2O και Na2O) και υπεροξείδια (MO2). Ο ρυθμός αντίδρασης με οξυγόνο ή αέρα εξαρτάται από την κατάσταση του μετάλλου (στερεό ή υγρό) και τον βαθμό ανάμειξης με οξυγόνο ή αέρα. Αν αναφλεγούν σε υγρή μορφή, τα αλκαλικά μέταλλα παράγουν τεράστιες ποσότητες θερμότητας και καπνού οξειδίου.

Η ελεύθερη ενέργεια του σχηματισμού οξειδίων μετάλλων αλκαλίων κυμαίνεται από 133 kcal/mole για το οξείδιο του λιθίου έως 63 kcal/mole για το οξείδιο του καισίου στους 25 °C (77 °F), με το οξείδιο του λιθίου να έχει εξαιρετικά υψηλή ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού λόγω στα μικροσκοπικά ιόντα λιθίου κοντά στο άτομο οξυγόνου. Περνώντας το οξυγόνο μέσα από ένα διάλυμα αλκαλιμετάλλου υγρού-αμμωνίας σχηματίζονται τα υπεροξείδια (Li2O2 και Na2O2). Ωστόσο, η οξείδωση του μονοξειδίου του νατρίου παράγει εμπορικά υπεροξείδιο του νατρίου.

Οι υψηλές πιέσεις οξυγόνου μπορεί να παράγουν υπεροξείδιο του νατρίου (NaO2), ενώ η καύση στον αέρα παράγει υπεροξείδια ρουβιδίου, καλίου και καισίου.

M + O2(g)→ MO2 όπου M είναι K/Rb/ Ce

Από την άλλη πλευρά, το λίθιο και τα μέταλλα της αλκαλικής γαίας δεν περιέχουν καθαρά υπεροξείδια, αν και μπορεί να οξειδωθούν προς υπεροξείδιο των βαρύτερων συστατικών τους. Η αντίδραση των υπεροξειδίων με το όζον παράγει κυανιούχα κάλιο, ρουβίδιο και καισίου, τα οποία είναι λιγότερο σταθερά από τα κατώτερα οξείδια.

Αντιδράσεις με νερό

Όλα τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν βίαια με το νερό, σύμφωνα με το M + H2O →MOH + 1/2 H2. Ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από την μεταλλική επιφάνεια που εκτίθεται στο υγρό. Μικρά μεταλλικά σταγονίδια ή λεπτές μεμβράνες αλκαλιμετάλλων μπορεί να είναι εκρηκτικά. Ο ρυθμός αντίδρασης του νερού με αλκαλικά μέταλλα αυξάνεται με το ατομικό βάρος του μετάλλου.

Τα βαρύτερα αλκαλιμέταλλα απομακρύνουν εύκολα λιγότερα διαλυτά υδροξείδια από την δραστική επιφάνεια, συνεχίζοντας την αντίδραση αμείωτη. Όταν αναμειγνύουμε αλκαλιμέταλλο και ισομοριακότητα νερού, παράγουν υδροξείδιο αλκαλιμετάλλου και μισό γραμμομόριο αερίου υδρογόνου. Το παραγόμενο υδρογόνο μπορεί να αντιδράσει με το οξυγόνο για να αυξήσει τη θερμότητα που παράγεται.

Αντιδράσεις με αμέταλλα

Μόνο το λίθιο και το άζωτο αντιδρούν για να σχηματίσουν νιτρίδιο (Li3N), καθιστώντας το πιο παρόμοιο με τα μέταλλα της αλκαλικής γαίας από τα μέταλλα της Ομάδας 1. Το λίθιο παράγει επίσης ένα σταθερό υδρίδιο, ενώ άλλα αλκαλιμέταλλα δημιουργούν αντιδραστικά υδρίδια. Το λίθιο, όπως και το ασβέστιο, παράγει ένα καρβίδιο (Li2C2). Αν και αντιδρούν με τον γραφίτη, δεν σχηματίζουν σταθερά καρβίδια για τη δημιουργία ενώσεων παρεμβολής.

Είναι δυνατή η καύση αλκαλιμετάλλων για τη δημιουργία αλογονιδίων αναμειγνύοντάς τα με διάφορα αλογόνα. Οι εξώθερμες αντιδράσεις παράγουν έως και 235 kcal/mole φθοριούχου λιθίου. Τα αλκαλιμέταλλα της ομάδας 15 και 16 (Va και VIa) αντιδρούν με αμέταλλα. Η άμεση αντίδραση των μετάλλων αλκαλίων με το θείο παράγει μια σειρά από θειούχα. Ο φώσφορος συνδυάζεται με αλκαλικά μέταλλα για να δημιουργήσει φωσφίδια με τον γενικό τύπο M3P.

Σχηματισμός κραμάτων

Υπάρχει ομοιότητα στα συστατικά που εμπλέκονται στο κράμα που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς του κράματος στα αλκαλικά μέταλλα. Κάποια ανομοιότητα στον ατομικό όγκο οδηγεί σε συστήματα ευτηκτικού τύπου, ενώ μεγαλύτερη ανομοιότητα οδηγεί σε συστήματα πλήρως μη αναμίξιμα. Το ρουβίδιο, το κάλιο και το καίσιο υφίστανται μετάβαση υψηλής πίεσης από μέταλλα τύπου s σε μέταλλα τύπου d, παράγοντας ατομικούς όγκους παρόμοιους με πολλαπλά μέταλλα μετάπτωσης στην ίδια πίεση. Επιτρέπει στα αλκαλικά μέταλλα να δημιουργούν κράματα με μέταλλα μετάπτωσης όπως το νικέλιο ή ο σίδηρος.

Σε σύγκριση με το νάτριο, το κάλιο, το ρουβίδιο και το καίσιο τείνουν να σχηματίζουν ευτηκτικά συστήματα με παρόμοιους ατομικούς όγκους και ενέργειες ιονισμού. Το νάτριο και το λίθιο έχουν πολύ διαφορετικούς ατομικούς όγκους, προκαλώντας υγρή φάση στις διαλυτότητες. Από το κράμα λιθίου-νάτριου έως το κράμα λιθίου-καισίου, η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται. Σε θερμοκρασίες άνω των 1.100 °C (2.000 °F), το λίθιο και το καίσιο μπορεί να συνυπάρχουν ως δύο ξεχωριστές υγρές φάσεις.

Το σύστημα λιθίου-μαγνήσιου είναι ένα μοναδικό παράδειγμα στερεάς αναμίξεως σε δυαδικά συστήματα αλκαλικής γαίας-μετάλλου. Μόνο το βάριο και το νάτριο σχηματίζουν ενώσεις μετάλλων αλκαλικής γαίας και τα βαρύτερα αλκαλιμέταλλα τείνουν να αναμιγνύονται μαζί τους.

Ο ψευδάργυρος, το κάδμιο και ο υδράργυρος (Ομάδα 12 (IIb)) αντιδρούν με αλκαλιμέταλλα για να δημιουργήσουν ενώσεις. Εκτός από το αμάλγαμα με λίθιο (MHg2), ο υδράργυρος παράγει έξι αμαλγάματα με καθένα από τα πέντε αλκαλιμέταλλα. Το λίθιο και το νάτριο συνδυάζονται με κάδμιο και ψευδάργυρο για να παράγουν ενώσεις.

Η σημασία των χημικών ιδιοτήτων των αλκαλικών μετάλλων

Οι χημικές ιδιότητες της σημασίας των αλκαλιμετάλλων παρουσιάζονται στα ακόλουθα σημεία:

Οι υψηλότερες θερμοκρασίες προκαλούν τα αλκαλικά μέταλλα να παράγουν μεταλλικά υδρίδια. Τα μεταλλικά υδρίδια απελευθερώνουν ιόντα.
Τα αλκαλιμέταλλα ενδέχεται να παράγουν νιτρίδια όταν αντιδρούν ακόμη και με το ατμοσφαιρικό άζωτο.
Τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, χάνουν τη λάμψη τους και οξειδώνονται με το οξυγόνο. Αλλά τα οξείδια που παράγονται έχουν διαφορετική φύση.
Η αντίδραση αλκαλιμετάλλου και νερού παράγει βασικά υδροξείδια που απελευθερώνουν υδρογόνο. Η αντίδραση μετάλλου είναι εξώθερμη και αυξάνει την ενθαλπία από λίθιο σε καίσιο.

Συμπέρασμα

Το αλκάλι αναφέρεται στη βασική ή αλκαλική φύση των υδροξειδίων μετάλλων. Επειδή σχηματίζουν αλκάλια, τα οποία είναι ισχυρές βάσεις ικανές να εξουδετερώνουν τα οξέα όταν αντιδρούν με το νερό, οι ενώσεις είναι αλκαλικά μέταλλα.

Τα ευγενή αέρια αλκαλιμέταλλα έχουν ηλεκτρονική διαμόρφωση ns1. Βρίσκονται στην πρώτη στήλη του περιοδικού πίνακα. Το νάτριο (Na), το καίσιο (Cs), το ρουβίδιο (Ru), το κάλιο (K), το λίθιο (Li) και το φράγκιο (Fr) είναι αλκαλικά στοιχεία που καταλαμβάνουν διαδοχικές περιόδους από την πρώτη έως την έβδομη και το ραδιενεργό στοιχείο φράγκιο έχει μικρή ζωή.

Το υδρογόνο δεν είναι αλκαλικό μέταλλο. Είναι αέριο σε κανονική πίεση και θερμοκρασία και η υψηλή πίεση προκαλεί το υδρογόνο να αλλάξει ιδιότητες ή να γίνει αλκαλικό μέταλλο.