Bespreking van de alkalimetalen

Alkalimetalen zijn de metalen lithium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) en francium (Fr) uit groep 1 van het periodiek systeem. Het zijn zachte, zilverwitte metalen met een metaalglans en ze kunnen met een mes gesneden worden. Ze moeten vanwege de hoge reactiviteit afgesloten worden van lucht en water. De kleur kan alleen gezien worden op de verse snede als het metaal wordt doorgesneden. Van francium is weinig bekend. Alkalimetaal komt van Arabisch: al kalja dat betekent potas, de oude benaming voor kaliumcarbonaat. Humphry Davy ontdekte in 1807 het element kalium via elektrolyse van kaliumhydroxide uit kaliumcarbonaat.

Algemeen eigenschappen

Alkalimetalen hebben een zelfde buitenste elektronenconfiguratie namelijk [X]ns1, waarin X staat voor edelgas elektronenschil en ns1 voor de buitenste baan die één elektron bevat. (zie afbeelding 1) Alkalimetalen hebben een lage ionisatie-energie, de buitenste elektron gaat aan de wandel, deze metalen vormen gemakkelijk eenwaardig positieve ionen. Hun chemische gedrag wordt daardoor bepaald, ze zijn reactief. Het atoom streeft naar de toestand, waarbij zijn buitenmantel verzadigd is met elektronen, dat betekent in dit geval 8 elektronen, het is een energetisch gunstige toestand, de zgn. “edelgasconfiguratie”.

Edelgasconfiguratie

Indien de alkalimetaal natrium gecombineerd met bijvoorbeeld de halogeen chloor, wordt de buitenste zone volgens afbeelding 2 gevuld met in totaal 8 elektronen –en vormen natriumchloride (tafelzout). Het molecuul NaCl heeft dus in zijn buitenste elektronenschil een edelgasconfiguratie (buitenste schillen van beide atomen zijn vol) en het molecuul is dus stabiel.
Alkalimetalen vormen gemakkelijk zouten met halogenen, zoals keukenzout (NaCl), deze metalen zijn bijzonder onedel en gaan gemakkelijk reacties aan met elektronegatieve elementen zoals zuurstof en jodium.

Zout of natriumchloride ( NaCl ) is een goed voorbeeld van een ionische binding. Natrium ( Na ) heeft 1 valantie elektron en Chloor ( Cl ) heeft 7 elektronen in zijn buitenste baan. Als Natrium zijn valentie elektron verliest is zijn buitenste baan vol (edelgastoestand 8 elektronen). en Na wordt een positief ion.Chloor krijgt een elektron van Na en daarmee is zijn buitenbaat ook vol (edelgastoestand 8 elektronen) en is dan een negatief ion.
Alkalimetalen zijn goede thermische en elektrische geleiders.

Alkalimetalen in lucht en water

Alkalimetalen reageren heftig met zuurstof en water. Bij de reactie met water ontstaat alkalihydroxide Am(OH), (Am = alkalimetaal), waterstof (H2) en reactiewarmte. Bij ontbranding van waterstof wordt de reactie krachtig tot explosief. De alkalimetalen zijn erg reactief en vormen ionen met een lading van 1+. Het zijn de meest onedele metalen. Alkalimetalen zijn van boven naar beneden in het periodiek systeem steeds reactiever. Als een alkalimetaal in water wordt gegooid, ontstaat tijdens de exotherme reactie waterstof dat door de reactiehitte ontbrandt. In veel gevallen vindt er een explosie plaats. Bij deze reactie wordt alkalimetaal geoxideerd (staat elektron af) tot positief ion en wordt water gereduceerd (neemt elektron op) tot OH- ion en H2 volgens de reactie vergelijking:
Am + H2O → AM(OH) +H2 + warmte.

De alkalimetalen reageren uiteraard niet alleen met lucht en water, maar met een hele reeks stoffen waaronder de verbindingen van waterstof en zuurstof.

Voorkomen op aarde

Alkalimetalen komen vanwege hun reactiviteit niet als element in de natuur voor. In aanraking met lucht vormen ze gelijk verbindingen.

• De alkalimetalen komen meestal voor in zouten.
• Natrium komt vooral voor in keukenzout (NaCl), het meest voorkomende zout op Aarde.
• Kalium komt voor in sylviet (KCl), sylviniet (een mengsel van KCl en NaCl), en carnalliet (KCl • MgCl2 • 6 H2O).
• Lithium, rubidium en cesium kunnen voorkomen in silicaat-mineralen

Toepassingen

De alkalimetalen worden wegens hun reactiviteit gebruikt in talrijke verbindingen.

• Natrium wordt het meest toegepast.
• NaCl (keukenzout) is een veel gebruikte stof , vooral in de chloorindustrie en bijvoorbeeld voor het ijsvrij houden van wegen.
• NaOH (natriumhydroxide) (opgelost in water vormt het een zeer sterke base (NaOH)) vindt toepassing in de synthese van organische chemicaliën, in de zeep- papier- en aluminiumindustrie en in de waterzuivering.
• Natronloog is de meest gebruikte sterke base.
• Het metaal natrium wordt oa. gebruikt in oplaadbare batterijen. Hier reageert de natrium met zwavel tot Na2Sn.
• Lithium wordt eveneens gebruikt in batterijen.
• Door de hoge reactiviteit van alkalimetalen met water worden ze bijvoorbeeld gebruikt als droogmiddel in koolwaterstoffen. Als er vrije natrium voorkomt is de koolwaterstof 100% droog.