EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Alkalimetalle KM-5: Modellbildung 27 27 Die 1. Gruppe – die Alkalimetalle Elektronenanordnung in der äußersten Sphäre: s 1 Die Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium bil- den die 1. Gruppe des Periodensystems. Sie sind einander in den Eigenschaften sehr ähnlich und auf Grund ihrer Stellung im PSE sehr unedle Metalle. (Was- serstoff ist kein Metall und wird daher nicht zu den Alkalimetallen gerechnet.) Vorkommen 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 Erdrin- de beteiligt – 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. Allgemeine Eigenschaften Alle Alkalimetalle sind besonders weich und können mit einem Messer ge- schnitten werden. Sie müssen unter Luftabschluss aufbewahrt werden. Reaktion mit Wasser Alkalimetalle geben ihr Valenzelektron leicht ab und reagieren mit Wasser un- ter Wasserstoffbildung und heftiger Wärmeentwicklung. 2 Me + 2 H 2 O → 2 MeOH + H 2 Die entstehenden Hydroxide sind gut wasserlöslich. Die stark basische (=alka- lische) Reaktion der Hydroxid-Lösung gab der Elementgruppe ihren Namen. Durch die Wärmeentwicklung und die Reaktionsgeschwindigkeit kann die Re- aktion von Alkalimetallen mit Wasser sehr heftig und gefährlich werden. Bei Experimenten dürfen daher höchstens erbsengroße Stücke verwendet wer- den. Es ist mit Schutzbrille und Schutzscheibe zu arbeiten. Da auch schon Luftfeuchtigkeit für die Reaktion ausreicht, müssen Alkalimetal- le unter Paraffinöl aufbewahrt werden. Die Reaktionsfähigkeit der Alkalimetalle nimmt mit steigender Ordnungszahl zu. Die Reaktion von Lithium mit Wasser verläuft relativ langsam. Es kommt zu keiner Entzündung des gebildeten Wasserstoffs. Natrium reagiert heftig und schmilzt dabei. Würde es festgehalten so entzündet sich der gebildete Wasserstoff. Kalium beginnt auf jeden Fall zu brennen, auch wenn es nicht festgehalten wird. In Versuchen darf es als maximal reiskorngroßes Stück ver- wendet werden. Rubidium und Caesium können schon durch die Luftfeuchtig- keit selbstentzündlich sein und explodieren beim Kontakt mit Wasser. Flammenfärbung Als Elemente der 1. Gruppe haben alle Alkalimetalle ein besonders leicht an- regbares Valenz-Elektron. Schon beim Erhitzen im Gasbrenner von Alkalimetal- len oder ihren Verbindungen wird dieses Elektron angeregt. Beim Zurückkeh- ren in den Grundzustand 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. Lithium zeigt karminrote Flammenfärbung, Natrium gelbe, Kalium blauviolette, Rubidium (lat.: rubidus = rotviolett) und Caesium (lat.: caesius = himmelblau) blassblaue. Rubidium wurde nach seinen charakteristischen roten und Caesium nach den blauen Spektrallinien ihrer Linienspektren benannt. Die Anregung der Valenz-Elektronen der Alkalimetalle kann auch durch einen Elektronenstoß erfolgen. Davon macht man bei der Natriumdampflampe Ge- brauch. Der Wirkungsgrad dieser Lampe ist besser als der von Glühbirnen und auch als der von Leuchtstofflampen. Daher wurden Natriumdampflampen heu- te vielfach zur Straßenbeleuchtung eingesetzt. Sie geben gelbes Licht. Heute werden dafür aber zunehmend LEDs (Light emitting diode) verwendet, die ei- nen noch besseren Wirkungsgrad haben. Abb. 027–1: Die Alkalimetalle 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. 027–2: Das Metall Natrium Abb. 027–3: Die Flammenfärbungen der Alkalimetalle Schüler-Experiment 1.2 Flammenfärbung VS Üb Übung 27.1 Gib die Reaktionsgleichung für die Re- aktion von Natrium mit Wasser an. Abb. 027–4: Entstehung der Flammenfärbung Lithium Natrium Kalium Rubidium Caesium Kern Elektron färbige Licht- emission Atom im Grundzustand Atom im Grundzustand Atom im angeregten Zustand Diese Energie- portion wird frei Diese Energie- portion wird zugeführt Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv