Elemente und Moleküle, Schulbuch

21 1.5 aUSgeWÄhlTe grUPPen DeS PeriODenSYSTeMS selten vor, ebenso wie Rubidium und Caesium. Francium besteht ausschließlich aus kurzlebigen Radionukliden und spielt in der Chemie keine Rolle. Alkalimetalle geben ihr Valenzelektron leicht ab und reagieren mit Wasser unter Wasserstoffbildung und heftiger Wärmeentwicklung. 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 21.1) 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. 21.1) 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. ■ 21.1: Reaktion von Natrium mit Wasser Schutzbrille, Schutzscheibe! Man entnimmt der Vorratsflasche mit einer Pinzette ein Stück Natrium und reinigt es mit Filterpapier vom Paraffinöl. Das Natrium darf dabei nicht mit der Hand berührt werden. Dann schneidet man ein kleines Stück mit einem Messer ab und entrindet es. Die glänzende Schnittfläche läuft schon nach wenigen Sekunden grau an (Reak- tion mit Luftfeuchtigkeit). Das größere Stück wird sofort wieder in den Vorratsbehäl - ter unter Paraffinöl gelegt und dieser wird verschlossen. Ein maximal erbsengroßes Stück gut entrindetes Natrium wirft man in eine mit Was- ser gefüllte Glaswanne. Das Natrium schwimmt auf dem Wasser, schmilzt und be- wegt sich heftig. Hat man das Wasser mit einem Säure-Base-Indikator versetzt, so sieht man Schlieren von basischer Natriumhydroxid-Lösung. Die Reste vom Entrinden des Natriums entsorgt man in ein kleines Becherglas mit Ethanol. Auch hier reagiert Natrium unter Wasserstoffentwicklung; die Reaktion ist aber weitaus langsamer und gefahrlos. Nach der Reaktion wird das Ethanol mit Was- ser verdünnt und kann weggegossen werden. LeHReRVeRSUCH ■ 21.2: Flammenfärbungen der Alkali- metalle Glüh ein Magnesiastäbchen (besteht aus Magnesiumoxid, einer Verbindung mit be- sonders hohem Schmelzpunkt) im Gas- brenner aus, nimm mit dem noch glühen- den Stäbchen einige Kristalle von Alkalimetallverbindungen auf und bring sie in den heißen Teil der Brennerflamme! Beobachte die Flammenfärbung! (Es empfiehlt sich, die Reihenfolge Kalium – Lithium – Natrium einzuhalten, da die Kaliumflamme am schlechtesten sichtbar ist und leicht durch Verunreinigungen von Natrium überdeckt wird. Natrium zeigt die intensivste Flammenfärbung, die sich durch Ausglühen des Magnesiastäb- chens nur mehr sehr schwer entfernen lässt.) Die Flammenfärbungen können auch durch ein Handspektroskop beobachtet werden, wobei das Linienspektrum sicht - bar wird. SCHÜLeRVeRSUCH Abb. 21.1: Die Flammenfärbungen der Alkalimetalle Abb. 21.2: Metallisches Natrium karminrot gelb blassblau rotviolett blau- violett Caesium Rubidium Kalium Natrium Lithium Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv