Elemente, Schulbuch

Li Na K Rb Cs Fr Lithium Natrium Kalium Rubidium Caesium Francium 1. Gruppe 1817 1807 1807 1860 1860 1939 entdeckt Farbe silberglänzend silberweiß silberglänzend silberweiß blassgolden ---------------- Abb. 162.1: Die Alkalimetalle Abb. 162.2: Die Schmelz- und Siedepunkte der Alkalimetalle Abb. 162.3: Die Dichte der Alkalimetalle Li Na K Rb Cs Li Na K Rb Cs 162 7 CHEMISCHE EIgEnSCHAFTEn EInIgER STOFFE 7.2 DIe 1. GRUPPe – ALKALIMeTALLe Elektronenanordnung in der äußersten Schale: s 1 Die Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium bilden die 1. Gruppe des Periodensystems. Sie sind einander in den Eigenschaften sehr ähnlich und auf Grund ihrer Stellung im PSE sehr unedle Metalle. (Wasserstoff ist kein Me- tall und wird daher nicht zu den Alkalimetallen gerechnet.) Alle Alkalimetalle sind besonders weich und können mit einem Messer geschnitten werden. Auf Grund ihrer guten Reaktionsfähigkeit kommen sie in der Natur nur in Form ihrer Salze vor. In diesen sind sie als einfach positiv geladene Ionen gebunden. Natrium und Kalium sind zu einem großen Prozentsatz am Aufbau der Erdrinde be- teiligt – vor allem in Form von Silicatmineralien. Lithium kommt in der Natur sehr selten vor, ebenso wie Rubidium und Caesium. Francium besteht ausschließlich aus kurzlebigen Radionukliden und spielt in der Chemie keine Rolle. Durch ihre starke Reduktionswirkung reagieren die Alkalimetalle exotherm mit Was- ser unter Wasserstoffentwicklung. 2 Me + 2 H 2 O → 2 MeOH + H 2 Die entstehenden Hydroxide sind gut wasserlöslich, sodass sich die Metalle nicht passivieren können. Die stark basische (= alkalische) Reaktion der Hydroxid-Lösung gab der Elementgruppe ihren Namen. Durch die Wärmeentwicklung und die Reaktionsgeschwindigkeit kann die Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser sehr heftig und gefährlich werden. Bei Experimenten dürfen daher höchstens erbsengroße Stücke verwendet werden. Es ist mit Schutz- brille und Schutzscheibe zu arbeiten (Versuch 163.1). Da auch schon Luftfeuchtigkeit für die Reaktion ausreicht, müssen Alkalimetalle unter Paraffinöl aufbewahrt wer- den. Die Reaktionsfähigkeit der Alkalimetalle nimmt mit steigender Ordnungszahl zu. Die Reaktion von Lithium mit Wasser verläuft langsamer, es kommt zu keiner Entzün- dung des gebildeten Wasserstoffs. Kalium beginnt auf jeden Fall zu brennen, auch wenn es nicht festgehalten wird. In Versuchen darf es als maximal reiskorngroßes Stück verwendet werden. Rubidium und Caesium können schon durch die Luftfeuch- tigkeit selbstentzündlich sein und explodieren beim Kontakt mit Wasser. Größere Stücke Alkalimetalle dürfen keinesfalls mit Wasser in Kontakt kommen, da dies durch den gebildeten Wasserstoff immer zu heftigen Knallgasexplosionen führt. Als Elemente der 1. Gruppe haben alle Alkalimetalle ein besonders leicht anregbares Valenz-Elektron. Schon beim Erhitzen im Gasbrenner von Alkalimetallen oder ihren Verbindungen wird dieses Elektron angeregt. Beim Zurückkehren in den Grundzu- stand gibt das angeregte Elektron seine Energie in Form von Lichtquanten aus dem sichtbaren Spektralbereich ab. Alkalimetalle und ihre Verbindungen zeigen dabei charakteristische Flammenfärbungen, die zu ihrem Nachweis dienen können. Lithi- um zeigt karminrote Flammenfärbung, Natrium gelbe, Kalium blauviolette, Rubidium (lat.: rubidus = rotviolett) rotviolette und Caesium (lat.: caesius = himmelblau) blass- blaue. Rubidium wurde nach seinen charakteristischen roten und Caesium nach den blauen Spektrallinien ihrer Linienspektren benannt (Abb. 163.4). Die Anregung der Valenz-Elektronen der Alkalimetalle kann auch durch Elektronen- stoß erfolgen. Davon macht man bei der Natriumdampflampe Gebrauch. Der Wir- kungsgrad dieser Lampe ist besser als der von Glühbirnen und auch als der von Leuchtstofflampen. Daher werden Natriumdampflampen heute vielfach zur Stra- ßenbeleuchtung eingesetzt. Sie geben gelbes Licht. ■ 162.1: Weshalb lassen sich Alkalimetalle nicht durch Elektrolyse ihrer wässrigen Salzlösungen herstellen? ■ 162.2: Formulier die Reaktionsgleichungen für die Reaktionen von Natrium bzw. Kalium mit Wasser! ÜBUNGEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Ver ags öbv