Alkalimetalle Eigenschaften

Die 1. Gruppe (1. Hauptgruppe) im Periodensystem der chemischen Elemente




Zu der Gruppe der Alkalimetalle gehören die chemischen Elemente Wasserstoff, Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium. Sie sind in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente.

Die Alkalimetalle sind reaktive Metalle, die mit anderen Elementen reagieren und sich teilweise in Verbindung mit Luft selbst entzünden. Ihr Aussehen ist silbrig glänzend. Alkalimetalle sind sehr weiche Metalle und lassen sich mit einem Messer schneiden. Sie haben eine geringe Dichte.

Obwohl Wasserstoff laut Periodensystem zu den Alkalimetallen gehört, weil es ähnliche chemische Eigenschaften besitzt, zählen einige es eher zu den Nichtmetallen, denn Wasserstoff ist unter normalen Bedingungen weder fest noch besitzt es metallische Eigenschaften.

Der Name der Gruppe der Alkalimetallen leitet sich von dem arabischen Wort „al kalja“ ab, welches das alte Wort für „Pottasche“ ist.

Alkalimetalle

Alkalimetalle

Die Elemente der ersten Hauptgruppe des Periodensystems werden als Alkalimetalle bezeichnet. Ihre äußere Elektronenschale ist so aufgestellt, dass dort sozusagen nur ein einziges Elektron umläuft, quasi etwas abgeschirmt von der elektrostatischen Anziehung des positiven Atomkerns durch die darunter befindlichen Elektronenschalen. Das ist der Grund dafür, dass diese Elemente ihr äußerstes, fast „überflüssiges“ Elektron sehr leicht abgeben, also sehr gern und sehr heftig chemische Bindungen mit anderen Elementen eingehen.




Zur ersten Hauptgruppe der Alkalimetalle gehören die Elemente (von schwer nach leicht sortiert mit Angabe der Atomgewichte) Francium(87), Caesium(55), Rubidium(37), Kalium(19), Natrium(11), Litium(3). Die Alkalimetalle erscheinen silbrig glänzend, es sind sehr reaktive Metalle.

Im Prinzip ist man fast geneigt, noch den Wasserstoff(1) an diese Reihe hinten anzuhängen, denn für das Wasserstoffgas gilt auch, dass auf der (äußeren) Elektronenschale nur ein einsames Elektron seine Bahnen zieht. Aber es ist das einzige Elektron des Atoms, d. h. darunter befindet sich keine abschirmende Elektronenschale, und das bedeutet, dass der Wasserstoffkern sein einziges Elektron doch relativ fest an sich klammert, wenngleich die Reaktion mit Sauerstoff, die vielen Schülern als so genannte Knallgasprobe gut in Erinnerung ist, doch auch recht heftig ausfallen kann. Das Ergebnis dieser Reaktion ist schließlich Wasser (H2O).

Herkunft des Namens

Ihre Bezeichnung leitet sich ab vom arabischen Wort „al-qalya“, das in etwa Pottasche bedeutet, das ist eine alte Bezeichnung für Kaliumcarbonat, das aus Pflanzenasche gewonnen wurde. So ist „potassium“ das englische und französische Wort für Kalium, und auch auf italienisch heißt es ganz ähnlich „potassio“. Sir Humphry Davy konnte eben aus Kaliumcarbonat ein Kaliumhydroxid synthetisieren. Mit Hilfe der so genannten „Schmelzflusselektrolyse“, also durch Zugabe von viel Energie konnte er im Jahre 1807 erstmalig elementares Kalium herstellen.

Eigenschaften der Alkalimetalle

Wie bereits erwähnt erscheinen die Alkalimetalle silbrig-weiß und metallisch glänzend mit Ausnahme von Caesium, das bereits bei geringsten Verunreinigungen einen leichten Goldton hat. Es handelt sich um leichte Metalle (geringe Dichte), die zudem auch recht weich sind, d. h. man kann sie einfach mit einem Messer zerschneiden.
Die Alkalimetalle sind äußerst reaktionsfreudig und reagieren daher mit sehr vielen Stoffen, auch schon mit der Luft. Besonders beliebte Reaktionspartner sind die Halogene, wozu z. B. das Chlor gehört. Das liegt daran, dass die äußeren Elektronenschalen der Halogene mit 7 Elektronen besetzt sind. Hier steuert das Alkalimetall sehr gern sein locker gebundenes Außenelektron bei, um ein Molekül zu bilden, dass dann eine „vollständige“ stabile „Achterschale“ hat. Das Ergebnis dieser heftigen Reaktionen sind dann die Salze wie Natriumchlorid oder Kaliumbromid.
Aber auch die äußerst heftige Reaktion mit Wasser führt zu einer sehr starken Wärmeentwicklung. Besonders die schwereren Alkalimetalle neigen sehr zur Selbstentzündung an der Luft. Aus diesem Grunde müssen die Alkalimetalle stets in Schutzflüssigkeiten wie Petroleum oder Parafin, also unter absolutem Luftabschluss aufbewahrt oder transportiert werden.

Warnhinweis

Kommt es doch einmal zu einem Brand vielleicht in einem chemischen Labor oder zu einem Unfall mit einem Transporter, der Alkalimetalle geladen hat, muss die Feuerwehr entsprechend reagieren. Würde man in diesem Fall versuchen, mit einem Wasserstrahl zu löschen, dann würde es ggf. zu einer ungeheuren Explosion kommen. Aus diesem guten Grunde müssen alle Gefahrstoffe bei Transporten schon von außen gut kenntlich gemacht sein. Unsere nationalen Warnhinweise wurden inzwischen abgelöst durch die aktuellen EU-Richtlinien darüber. Dies hier näher auszuführen, würde aber sicher den Rahmen des Themas sprengen.

Farbenspiele

Die Alkalimetalle und auch ihre Salze verbrennen in ihren jeweils ganz spezifischen Farben. Deshalb spielen diese Elemente und ihre Verbindungen auch eine große Rolle bei der Herstellung von Feuerwerkskörpern.
– Lithium (und seine Salze) erzeugen eher rote Flammen.
– Natrium ist untrennbar mit der Farbe gelb verbunden (Natriumdampflampe).
– Kalium führt zu violetten Färbungen.
– Rubidium macht das Licht auch wieder rot (Eselsbrücke Rubin).
– Caesium steht schließlich für blauviolett.

Bei sehr tiefen Temperaturen lassen sich aus den Alkalimetallen sogar Kristalle herstellen. Diese Kristallstrukturen sind kubisch-raumzentriert. Die maximal mögliche dichte Packung in hexagonaler Form kann man bei Lithium und Natrium erreichen.

Elemnte der Alkalimetalle

Wasserstoff

Name  Wasserstoff
Symbol  H
Ordnungszahl  1
Aussehen  farbloses Gas
CAS-Nummer  1333-74-0

Dieses leichteste und im Universum am häufigsten vorkommende Element macht etwa drei Viertel der Masse aus. Als erstes Element im Periodensystem – zu finden ganz oben links – hat der Wasserstoff hat das chemische Symbol H. Das Gas besteht aus vielen H2-Molekülen. H gilt als das „einfachste“ Element. Sein Atomkern setzt sich nur aus einem Proton zusammen; dieser und ist von einem einzelnen Elektron umgeben.

 

Lithium

Name  Lithium
Symbol  Li
 Ordnungszahl  3
Aussehen  silbrig weiß/grau
CAS-Nummer  7439-93-2

Die Entdeckung von Lithium begann bereits 1817 durch eine Analyse von zwei Mineralien vom schwedischen Chemiker Johann August Arfwedson. Er entdeckte ein bis dahin unbekanntes Metall, wobei es ihm gelang Lithiumoxid zu isolieren und es als Metall kennzeichnen zu können. 1818 kam der deutsche Chemiker Gustav Gottlieb Gmelin dazu, aus einer Lithiumverbindung eine Flamme zu erzeugen, die purpurrot erschien. Im gleichen Jahr gelang es noch Sir Humphrey Davy eine Schmelze aus dem Lithiumoxid zu erstellen, worauf nun unreines Lithium zu Stande kam. Einen deutlichen Reinheitsgrad gelang erst 1855 dem Chemikern Augustus Matthiessen und Robert Bunsen von der Universität in Heidelberg.

Natrium

Name  Natrium
Symbol  Na
Ordnungszahl  11
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-23-5

Natrium ist ein überaus wichtiges Element für unseren Körper. Unter anderem spielt es für die Weiterleitung von Nervenimpulsen, den Herzrhytmus und die Muskelarbeit eine entscheidende Rolle. Aber auch für die Wasserverteilung im Körper ist Natrium sehr wichtig.

 

Kalium

Name  Kalium
Symbol  K
Ordnungszahl  19
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-09-7

Kalium ist ein chemisches Element, was mit dem Elementensymbol K und der Ordnungszahl 19 im Periodensystem zu finden ist. Es gehört zu der Serie der Alkalimetalle und ist von der Farbe her silbrig weiß. Der Aggregatzustand von Kalium ist fest und verhält sich paramagnetisch.

 

Rubidium

Name  Rubidium
Symbol  Rb
Ordnungszahl  37
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-17-7

Rubidium ist in seiner Konsistenz sehr dem Kalium ähnlich, wobei es jedoch noch reaktionsfähiger und weicher als dieses ist. Das geschmolzene Rubidium ist überaus aggressiv und in der Lage, gar Porzellan und Glas anzugreifen. Frische Schnittflächen weisen einen silbrigen Glanz auf, wobei sie sich jedoch rasch mit einer grauen, matten Oxidationsschicht überziehen. Als eines der unedelsten Metalle, gilt Rubidium als äußerst starkes Reduktions-Mittel, welches mit sämtlichen Nichtmetallen reagiert.
Im Kontakt mit reinem Sauerstoff oder durch Feuchtigkeit gesättigter Luft entzündet sich Rubidium, wobei es mit einer rosa-violetten Flamme verbrennt. Kommt Rubidium in Kontakt mit Wasser, so kommt es zu einer explosionsartigen Reaktion, infolge derer die Base ‚Rubidiumhydroxid‘ gebildet wird. Aus Gründen der Sicherheit wird Rubidium deshalb in einem Vakuum, trockenem mineralischen Öl oder auch in einer Atmosphäre aus Inertgasen aufbewahrt.

Caesium

 Name  Caesium (Cäsium)
Symbol  Cs
Ordnungszahl  55
Aussehen  silbrig weiß glänzend
CAS-Nummer  7440-46-2

Cs ist das Elementsymbol für das chemische Element Cäsium (engl.: Cesium), dessen Ordnungszahl 55 beträgt. Der Atomkern enthält also 55 Protonen. Cäsium steht im Periodensystem in der ersten Hauptgruppe und gehört damit zu den Alkalimetallen wie Natrium oder Kalium. So hat auch Cäsium auf seiner äußeren Elektronenschale ein einzelnes Außenelektron, was das Atom sehr bindungsfreudig macht. Früher sprachen die Chemiker in diesem Fall von „Einwertigkeit“.

 

Francium

Name  Francium
 Symbol  Fr
Ordnungszahl  87
Aussehen  unbekannt
CAS-Nummer  7440-73-5

Da im Laufe der Zeit einige neue chemische Element entdeckt wurden, finden sich ein paar im Periodensystem, die einen eigenartigen Namen haben. Neben Einsteinium oder Mendelevium gehört dazu auch das Francium. Es handelt sich um ein radioaktives Element, das quasi mit allen Stoffen reagieren kann. Es hat die Ordnungszahl 87 und gehört in die Gruppe der Alkalimetalle. Es steht direkt unter Cäsium und ist damit um einiges gefährlicher. Es besitzt nämlich auch von allen Elementen bis hin zur Ordnungszahl 104 die in stabilsten Isotope. Da das Francium lediglich ein Elektron abgeben muss, um das für jedes Element optimale Energieniveau der Edelgase zu erreichen, sind seine Bemühungen, dieses eine Elektron loszuwerden, dementsprechend hoch. Selbst das langlebigste der elf verschiedenen Isotop hat eine Halbwertzeit von gerade einmal 22 Minuten. So ist es auch nicht möglich, größere Mengen des Elements herzustellen. Will man es studieren, so kann man dies nur tun, wenn es hoch verdünnt als sogenanntes Amalgam vorliegt.

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