Metal alkaliczny - Alkali metal


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Metale alkaliczne
Wodór Hel
Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon
Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon
Potas Wapń skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton
Rubid Stront Itr Cyrkon niobu molibden technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon
Cez Bar Lantan Cer prazeodym neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm iryd Platyna Złoto Rtęć (element) Tal Prowadzić Bizmut Polon Astat Radon
francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton ameryk Kiur Berkelium kaliforn einstein Fermium mendelew Nobelium Lawrencium rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium has Meitner Darmstadtium roentgenium copernicium Nihonium flerow Moscovium liwermor Tennessine Oganesson
numer grupy IUPAC 1
Imię po elemencie grupa litu
banalna nazwa metale alkaliczne
Numer grupy CAS
(USA, wzór ABA)
IA
stary numer IUPAC
(Europa, wzór AB)
IA

↓  Period
2
Obrazek: metal litowo przechowywane w parafinie
Litu (Li),
+3
3
Obrazek: metaliczny sód
Sodu (Na)
11
4
Obrazek: metal potasu
Potas (K)
19
5
metalowy rubidu w szklanej ampułce: image
Rubid (Rb)
37
6
Obrazek: Cez metalu w szklanej ampułce
Cez (Cs)
55
7 Frans (Fr)
87

Legenda

pierwotny
przez rozpad promieniotwórczy pierwiastek
Liczba atomowa Kolor
czarny = stały

Do metali alkalicznychgrupy (kolumn) w układzie okresowym składający się z pierwiastków chemicznych litu (Li), sodu (Na), potasu (K), rubid (Rb) cezu (Cs) i frans (FR). Grupa ta znajduje się w bloku s układu okresowego pierwiastków, jak metalami alkalicznymi mają zewnętrzną elektron w S-orbitalnego : Ten wspólny wyniki w ich konfiguracji elektronowej mają bardzo podobne właściwości charakterystycznych. Rzeczywiście, metale alkaliczne zapewniają najlepszy przykład tendencji grupy właściwości układu okresowego z elementów wykazujących dobrze scharakteryzowanego homologicznej zachowanie.

Metalami alkalicznymi są lśniące, miękkie , wysoce reaktywnych metali w normalnych warunkach temperatury i ciśnienia i szybko tracą swoją zewnętrzną elektronów , tworząc kationy z ładunku +1. Mogą być łatwo ciął nożem ze względu na ich miękkość, odsłaniając błyszczącą powierzchnię nalotów szybko powietrze z uwagi na utlenianie pod wpływem wilgoci powietrza i tlenu (a w przypadku litu, AZOT ). Ze względu na dużą reaktywność, trzeba je przechowywać w oleju, aby zapobiec reakcji z powietrzem, i są naturalnie tylko soli i nie w postaci wolnej elementów. Cezu, piąty metalu alkalicznego, jest najbardziej reaktywnym ze wszystkich metali. W nowoczesnym IUPAC nomenklaturze metali alkalicznych, składające się na grupy 1 elementy , z wyjątkiem wodoru (H), który nominalnie grupę 1 elementu, ale na ogół nie uważa się za metali alkalicznych, ponieważ rzadko wykazują działanie porównywalne z metalami alkalicznymi. Wszystkie metale alkaliczne, reaguje z wodą, przy czym cięższe metale alkaliczne reakcji bardziej intensywnie niż lżejsze.

Wszystkich wykrytych metale alkaliczne występują w przyrodzie i ich związków: w kolejności od obfitości sodu jest najbardziej rozpowszechnionym, a następnie przez potas, lit, rubid, cez i frans wreszcie, co jest bardzo rzadkie ze względu na jej bardzo wysoką radioaktywności ; frans występuje tylko najdrobniejszych śladów w przyrodzie jako etap pośredni w niejasnych gałęzi bocznych naturalnych łańcuchów rozpadu . Eksperymenty zostały przeprowadzone próby syntezy ununennium (uue), który może być kolejnym członkiem grupy, ale wszystkie one nie powiodły się. Jednakże ununennium mogą być sole metali alkalicznych z powodu efektów relatywistycznymi , które przewiduje się, że ma bardzo duży wpływ na właściwości chemiczne pierwiastków superciężkich ; Nawet jeżeli to nie okazuje się metal alkaliczny, to przewiduje się, że pewne różnice we właściwościach fizyko-chemicznych z jego lżejsze homologów.

Większość metali alkalicznych mają wiele różnych zastosowań. Jedną z najlepiej znanych zastosowań czystych pierwiastków jest stosowanie rubidu i cezu w zegarach atomów , z których cezu atomowy zegary najbardziej dokładne i precyzyjne reprezentację czasu. Typowym zastosowaniem związków sodu jest lampa sodowa , bardzo skutecznie emituje światło. Sól kuchenna , lub chlorek sodu, jest stosowany od starożytności. Sodu i potasu, są również istotne elementy , mające główne role biologiczne elektrolitów i chociaż inne metale alkaliczne nie są istotne, są również różne efekty na ciele, zarówno korzystnych i szkodliwych.

Historia

Próbkę petalitu
Petalit minerał litu, z którego po raz pierwszy wyizolowany litu

Związki sodu były znane od czasów starożytnych; sól ( chlorek sodu ) jest ważnym towarem w działalności człowieka, jak zeznał przez angielskie słowo wynagrodzenia , odnosząc się do salarium , pieniądze wypłacane rzymskich żołnierzy na zakup soli. Chociaż potas była używana od czasów starożytnych, to nie była rozumiana przez większość swojej historii być fundamentalnie inna substancja z solami mineralnymi sodu. Georg Ernst Stahl uzyskano dane eksperymentalne sugerują, doprowadziły go do zasadniczą różnicę soli sodu i potasu w 1702 roku, a Henri-Louis Duhamel du Monceau mógł okazać się tę różnicę w 1736 Dokładny skład chemiczny związki potasu i sodu, a status pierwiastka potasu i sodu, nie jest znana, i tym samym Antoine Lavoisier nie obejmuje albo alkalicznego w swojej liście pierwiastków chemicznych w 1789 roku.

Czysty potasu raz pierwszy wyizolowano w 1807 w Anglii Sir Humphry Davy , który pochodzi od tego ługu potażu (KOH), wodorotlenek potasu, z wykorzystaniem elektrolizy stopionej soli z nowo wynalezionego galwanicznym stos . Poprzednie próby w procesie elektrolizy wodnego roztworu soli nie powiodły się ze względu na potasowe skrajne reaktywność. Potasu pierwszy metal, który wyodrębniono za pomocą elektrolizy. W tym samym roku Davy podano ekstrakcji sodu z podobnych substancji sody kaustycznej (NaOH ług) o podobnej techniki wykazując elementów, a tym samym ich sole, być różne.

Johann Wolfgang Döbereiner był jednym z pierwszych zauważyć podobieństwa między tym, co jest obecnie znany jako metali alkalicznych.

Petalit ( Li Al Si 4 O 10 ) został odkryty w 1800 roku przez brazylijskiego chemika Jose Bonifácio de andrada w kopalni, na wyspie UTO, Szwecja . Jednakże, dopiero w 1817, że Johann Arfvedson , a następnie pracuje w laboratorium chemika Jöns Jacob Berzelius , wykrytej obecności nowego elementu przy analizie petalit rudy . Ten nowy element odnotowano w nim w celu wytworzenia związków podobnych do tych, sodu i potasu, chociaż jego węglanu i wodorotlenek są mniej rozpuszczalne w wodzie i bardziej zasadowym niż innych metali alkalicznych. Berzelius dał nieznanego materiału nazwa „ Lithion / Lithina ”, od greckiego słowa λιθoς (transliteracja jak Lithos , co oznacza „kamień”), aby odzwierciedlić jego odkrycia w stałym mineralnym, w przeciwieństwie do potasu, która została odkryta w popiele roślin i sodu, który został częściowo znane z dużej obfitości we krwi zwierząt. Nazwał metalu wewnątrz materiału „ litem ”. Litu, sodu i potasu, są częścią odkryciu częstotliwością , ponieważ znajdują się wśród szeregu triad elementów w tej samej grupy , które zaobserwowano w Johann Wolfgang Döbereiner 1850 jako mające podobne właściwości.

Próbkę Lepidolite
Lepidolite minerał rubid, z których pierwszy był rubidu izolowane

Rubidu i cezu były pierwsze elementy mają być wykryte za pomocą spektroskopu wynaleziony w 1859 roku przez Roberta Bunsena i Gustava Kirchhoffa . W następnym roku, odkryli cezu w wodzie mineralnej z Bad Dürkheim , Niemcy. Ich odkrycie rubidu przyszedł następnego roku w Heidelbergu , w Niemczech, znalezienie go w mineralnej Lepidolite . Nazwy rubidu i cezu pochodzić z najważniejszych linii w ich widmach emisji : jasnoczerwony linii dla rubidu (od łacińskiego słowa rubidus , co oznacza, ciemnoczerwoną lub jasnoczerwony), a linia błękitny dla cezu (pochodzące od łacińskie słowo caesius , czyli błękitny).

Około 1865 roku John Newlands wytwarza szereg papierów, gdzie wymienione elementy w celu zwiększenia masy atomowej i podobne właściwości fizyczne i chemiczne, które nawrotu co osiem; porównał taką okresowość do oktaw muzyki, gdzie zauważa oktawę od siebie mają podobne funkcje muzyczne. Jego wersja umieścić wszystkie jony metali alkalicznych, a następnie znanymi (Li cezu), jak również miedzi , srebra i talu (które pokazują odpowiednio w +1 utlenienia charakterystykę metali alkalicznych), a także w grupie. Jego tabeli umieszczone wodoru z halogenów .

Dymitr Mendelejewa układu okresowego jest zaproponowany w 1871 roku pokazano wodoru i metali alkalicznych, w ramach jego grupy I, a także miedź, srebro i złoto

Po 1869 Dymitr Mendelejewa proponowane jego Okresowego Umieszczenie litu w górnej grupie z sód, potas, rubid, cez i tal. Po dwóch latach Mendelejewa poprawione Jego tabeli wprowadzania wodoru w grupie 1 powyżej litu, a także ruchomy talu z grupy boru . W ten 1871 wersji, miedź, srebro i złoto umieszczano dwukrotnie, raz w ramach grupy IB , a raz w części „grupy VIII” obejmujący dzisiejsze grupy 8 do 11. Po wprowadzeniu tabeli 18 kolumn, elementy grupy IB przeniesiono do ich bieżącego położenia, w bloku d , podczas gdy metale alkaliczne pozostawiono w grupy IA . Później nazwa grupy została zmieniona na grupie 1 w 1988 roku nazwę trywialny „metale alkaliczne” wynika z faktu, że wodorotlenki grupy 1 wszystkie elementy są silne alkalia po rozpuszczeniu w wodzie.

Były co najmniej cztery błędne i niepełne odkrycia przed Marguerite Perey z Instytutu Curie w Paryżu, Francja w 1939 roku odkryto francium oczyszczając próbkę aktynu-227 , które zostały zgłoszone mieć energia rozpadu 220  keV . Jednakże, zauważyliśmy Perey cząstek zmaleć poniżej poziomu energii 80 keV. Perey, że aktywność ta rozpad może być spowodowane przez wcześniej niezidentyfikowanego produktu rozpadu, jeden, który został oddzielony podczas oczyszczania, a pojawiły się ponownie z czystą aktynu -227. Różne testy wyeliminowana możliwość Nieznanego będącego elementem toru , radu , ołowiu , bizmutu lub talu . Nowy produkt wykazywał własności chemiczne metali alkalicznych (takich jak współstrącanie z soli cezu), co pozwoliło Perey aby sądzić, że jest to Element 87, powodowane przez rozpad alfa aktynu-227. Perey następnie próbowali ustalić proporcję rozpadu beta do rozpadu alfa w aktynu-227. Swój pierwszy test umieścić alfa rozgałęzienia 0,6%, postać, że później zmieniony do 1%.

227
89
Ac
α (1,38%) 21.77 y 223
87
ks
β -22 min 223
88
Ra
a- 11,4 d

Kolejnym elementem poniżej frans ( EKA -francium) w układzie okresowym będzie ununennium (Uue), element 119. Synteza ununennium została pierwsza próba w 1985 roku przez bombardowanie docelową einsteinium -254 z wapniem -48 jonów w akcelerator superHILAC w Berkeley, w Kalifornii. Atomy nie stwierdzono, prowadzi do ograniczającej z wydajnością 300 nb .

254
99
Es
+ 48
20
Ca
302
119
Uue
* → żadne atomy

Jest wysoce prawdopodobne, że ta reakcja będzie mógł tworzyć żadnych atomów ununennium w najbliższej przyszłości, ze względu na wyjątkowo trudne zadanie podejmowania wystarczających ilości einstein-254, który jest preferowany do produkcji ultraheavy elementów ze względu na jego dużą masę, stosunkowo długi okres półtrwania 270 dni i dostępność w znacznych ilościach kilku mikrogramów, w celu wytworzenia wystarczająco dużej cel zwiększenia czułości eksperymentu do pożądanego poziomu; einsteinium nie znaleziono w naturze i jest jedynie produkowany w laboratoriach, w ilości mniejszej niż potrzebna dla skutecznej syntezy elementów superciężkich. Biorąc jednak pod uwagę, że ununennium to tylko pierwszy okres 8 elementem na przedłużony okresowego , może on również być odkryte w najbliższej przyszłości przez inne reakcje, a nawet próbę syntezy jest obecnie w toku w Japonii. Obecnie żaden z okresu 8 elementów zostały jeszcze odkryte, a możliwe jest również, ze względu na kroplówki niestabilności , że tylko dolna okres 8 elementów, aż do całego elementu 128, są fizycznie możliwe. Brak próby syntezy dokonano żadnych cięższych metali alkalicznych: ze względu na ich bardzo wysokiej liczbie atomowej, będą wymagać nowych, bardziej zaawansowanych metod i technologii do wykonania.

Występowanie

W Układzie Słonecznym

Szacuje liczebności pierwiastków układu słonecznego. Wodór i hel są najbardziej powszechne, od Wielkiego Wybuchu . Kolejne trzy elementy (litu, berylu i boru ) są rzadkie, ponieważ są słabo syntetyzowany w Big Bang również gwiazdy. Dwie główne tendencje w pozostałych elementów gwiezdnych produkowane są następujące: (1) powoduje zmianę w obfitości pierwiastków jak mają parzystych lub nieparzystych atomowych, oraz (2) ogólny spadek obfitości, jako elementy stają się cięższe. Żelazo jest szczególnie powszechne, ponieważ reprezentuje minimalną radionuklidu energii, które mogą być wykonane przez fuzji helu w supernowych.

Zasada Oddo, Harkins że posiada elementy o parzystych liczbach atomowych są bardziej powszechne, że te z nieparzystych atomów, z wyjątkiem wodoru. Zasada ta stwierdza, że pierwiastki o liczbach atomowych nieparzystych mają jeden niesparowany protonu i są bardziej prawdopodobne, aby uchwycić kolejny, tym samym zwiększając ich liczbę atomową. W elementach o parzystych liczbach atomowych protony są połączone, przy czym każdy człon pary równoważącego spin inne, zwiększające trwałość. Wszystkie metale alkaliczne mają nieparzyste liczby atomowe i nie są tak często, jak również pierwiastków o liczbie atomowej przylegających do nich ( gazów szlachetnych i metali ziem alkalicznych ) w układzie Słonecznym. Cięższe metali alkalicznych, są mniej liczne niż lżejsze jak sole metali alkalicznych z rubidu dalej można zsyntetyzować tylko w supernowych a nie w gwiaździstym nukleosyntezy . Litu znacznie mniej liczne niż sodowe i potasowe, które jest słabo syntetyzowane zarówno pierwotna nukleosynteza i gwiazdek: Big grupowy mogą wytwarzać tylko śladowe ilości litu, berylu i boru ze względu na brak stabilnego pierścieniu 5 lub 8 nukleony oraz najwyższą nukleosynteza może jedynie przejść przez wąskie gardło tym procesie potrójnej alfa , klejenia trzech jąder helu w celu utworzenia dwutlenku węgla i pomijanie tych trzech elementów.

Na ziemi

Spodumen ważnym mineralnych litu

Ziemia wykonane z tego samego obłoku materii utworzonej wokół Słońca, ale planety nabyte różne kompozycje podczas Powstanie i ewolucja Układu Słonecznego . Z kolei historii naturalnej Ziemi spowodowane części tej planecie mają różne stężenia pierwiastków. Masa Ziemi wynosi około 5,98 x 10 24  . KG Składa się on głównie z żelaza (32,1%), tlen (30,1%), krzemu (15.1%), magnez (13,9%), siarki (2,9%), niklu (1,8%), wapń (1,5%) i glinu ( 1,4%); a pozostałe 1,2% stanowią śladowych ilości innych pierwiastków. Ze względu na planetarnym różnicowania , rdzeń Uważa się, że składa się głównie z żelaza (88,8%), a mniejsze ilości niklu (5,8%), siarki (4,5%), a mniej niż 1% pierwiastków śladowych.

Metali alkalicznych, z powodu ich dużej reaktywności, nie występują naturalnie w czystej postaci w naturze. Są lithophiles i dlatego pozostają blisko powierzchni Ziemi, ponieważ łączą one łatwo z tlenem i tak silnie kojarzy się z krzemionki , tworząc stosunkowo niskiej gęstości minerałów, które nie opadają w dół do rdzenia Ziemi. Potas, rubid i cez, są również niezgodne elementy ze względu na ich dużą jonowej promieniach .

Sód i potas są bardzo obfite w ziemi, zarówno będąc wśród dziesięciu najczęściej występujących pierwiastków w skorupie ziemskiej ; sodu stanowi około 2,6% Ziemia skorupy jest mierzony ciężar, dzięki czemu w szóstym pierwiastkiem ogólny i najbardziej obficie metalu alkalicznego. Potas stanowi około 1,5% skorupy ziemskiej i jest siódmym najobficiej elementem. Sodowego w wielu różnych minerałów, z których najbardziej rozpowszechnioną jest zwykła sól (chlorek sodu), które pojawia się w ogromnej ilości rozpuszczonego w wodzie morskiej. Pozostałe osady stałe obejmują Halite , amfibole , kriolit , nitronatryt i zeolitu . Wiele z tych stałych depozytów wystąpić w wyniku odparowania mórz starożytnej, która nadal występuje teraz w miejscach takich jak Utah „s Great Salt Lake i Morza Martwego . Pomimo ich prawie równej obfitości w skorupie ziemskiej, sodu jest znacznie bardziej powszechne niż potasu w morzu, zarówno ze względu Potas jest większy rozmiar umożliwia jego sole mniej rozpuszczalne i ponieważ potasu związany krzemianów w glebie, co potasu wypłukuje jest wchłaniana znacznie łatwiej od roślin niż sód.

Mimo jego podobieństwa chemicznego litu zazwyczaj nie występują razem sodu lub potasu, ze względu na swe mniejsze rozmiary. Ze względu na swoją stosunkowo niską reaktywność, można je znaleźć w wodzie morskiej w dużych ilościach; Szacuje się, że woda morska wynosi około 0,14 do 0,25 części na milion (ppm) lub 25 uM . Przekątnej związek magnezu często pozwala zastąpić magnezu w ferromagnesium minerałów, gdy jego stężenie skorupowego wynosi około 18  ppm , porównywalne do tego z galu i niobu . Komercyjnie najważniejszym mineralnych litu spodumen , który występuje w dużych osadów na całym świecie.

Rubid jest około bogate w cynk i bardziej liczne niż miedź. Występuje naturalnie w minerały leucytu , pollucytu , karnalit , zinnwaldite i Lepidolite , chociaż żaden z nich zawierają tylko rubidu i żadnych innych metali alkalicznych. Cez jest w większej ilości niż w kilku powszechnie znanych elementów, takich jak antymon , kadmu , cyny i wolframu , ale znacznie mniej liczne niż rubidu.

Frans-223 , jedynym naturalnie występującym izotopem francium, to produkt z rozpadu alfa aktynu-227 i można je znaleźć w śladowych ilościach w uranu minerałów. W danej próbce uranu, to szacuje się, że tylko jeden frans atom co 10 18 atomów uranu. Obliczono, że istnieje co najwyżej 30 g francium w skorupie ziemskiej w dowolnym czasie, ze względu na bardzo krótki okres półtrwania 22 minut.

Nieruchomości

Fizycznych i chemicznych

Właściwości fizyczne i chemiczne metali alkalicznych może być łatwo wytłumaczyć ich mający ns 1 wartościowości konfigurację elektronową , co powoduje słabe wiązanie metaliczne . W związku z tym, wszystkie metali alkalicznych, są miękkie i mają niską gęstość , temperaturę topnienia i temperaturę wrzenia , a także podgrzewa sublimację , parowanie i dysocjacji . Wszyscy krystalizacji w sześcienny korpusu skupione struktury krystalicznej i mają charakterystyczny kolor płomienia , ponieważ ich zewnętrzny s elektronów jest łatwo podniecony. NS 1 konfiguracja skutkuje również metali alkalicznych o bardzo dużej atomowej i jonowej promienia , jak również bardzo wysoką termiczną i przewodność elektryczną . Ich chemia jest zdominowany przez utratę ich samodzielnego wartościowości elektronów w oddalonych s-orbitalnych, aby utworzyć stan utlenienia +1, ze względu na łatwość jonizującego elektronowym i bardzo wysoki drugi energia jonizacji. Większość z chemii zaobserwowano tylko w ciągu pierwszych pięciu członków grupy. Chemia francium nie jest dobrze znana ze względu na jej skrajnej radioaktywności ; Zatem, prezentacja jego właściwości tutaj jest ograniczona. Co niewiele wiadomo o francium pokazuje, że jest bardzo blisko do cezu w zachowaniu, jak oczekiwano. Właściwości fizyczne francium nawet sketchier ponieważ nigdy nie zaobserwowano element luzem; W związku z tym wszelkie dane można znaleźć w literaturze, są z pewnością spekulatywne ekstrapolacji.

Właściwości metali alkalicznych
Imię Lit Sód Potas Rubid Cez francium
Liczba atomowa 3 11 19 37 55 87
Średnia waga atomowej  ( u ) 6,94 (1) 22.98976928 (2) 39,0983 (1) 85,4678 (3) 132.9054519 (2) [223]
Konfiguracja elektronów [ On ] 2s 1 [ Ne ] 3s 1 [ Ar ] 4s 1 [ Kr ] 5s 1 [ Xe ] 6s 1 [ Rn ] 7S 1
Temperatura topnienia (° C) 180,54 97,72 63,38 39,31 28,44 ?
Temperatura wrzenia (° C) 1342 883 759 688 671 ?
Gęstość  (g • cm -3 ) 0,534 0,968 0.89 1,532 1.93 ?
Ciepło topnienia  (kJ · mol -1 ) 3.00 2,60 2,321 2,19 2.09 ?
Ciepło parowania  (kJ · mol -1 ) 136 97,42 79,1 69 66,1 ?
Ciepło tworzenia  z monoatomowego gazu (kJ · mol -1 ) 162 108 89,6 82,0 78,2 ?
Oporność elektryczna  przy 25 ° C (n Ω ° cm ) 94,7 48,8 73,9 131 208 ?
Promień atomowy  ( pm ) 152 186 227 248 265 ?
Promień jonowy z hexacoordinate M + jonu (pm) 76 102 138 152 167 ?
Pierwszy energia jonizacji  ( kJ · mol -1 ) 520,2 495,8 418,8 403,0 375,7 392,8
Elektronów powinowactwa  (kJ · mol -1 ) 59,62 52,87 48,38 46,89 45,51 ?
Entalpia dysocjacji  M 2  (kJ · mol -1 ) 106,5 73,6 57,3 45,6 44.77 ?
Pauling elektroujemność 0.98 0.93 0.82 0.82 0.79 ?
Potencjał standardowy ( E ° (M + → M 0 ) V ) -3,04 -2,71 -2,93 -2,98 -3,03 ?
Płomień Test koloru
główny emisji / absorpcyjną długością fali ( nm )
Crimson
670,8
żółty
589,2
fioletowy
766,5
Czerwono-fioletowy
780,0
niebieski
455,5
?

Metalami alkalicznymi są bardziej podobne do siebie niż elementy w każdej drugiej grupy mają się do siebie nawzajem. Rzeczywiście, podobieństwo jest tak duża, że jest bardzo trudno oddzielić potas, rubid i cez, ze względu na ich podobne jonowej promieni ; litu i sodu są różne. Na przykład, podczas ruchu w dół tabeli, wszystkie znane metali alkalicznych wykazują zwiększenie promienia atomowego , zmniejszając elektroujemności zwiększenie reaktywności oraz zmniejszenie temperatur topnienia i wrzenia oraz topienia się i parowania. Na ogół, ich gęstość zwiększa się, gdy porusza się w dół tabeli, z wyjątkiem tego, że potasu ma gęstość mniejszą niż sód. Jednym z niewielu właściwości metali alkalicznych, która nie wykazuje bardzo gładką trendu jest ich potencjały redukcji : wartość litowo jest nienormalna, będąc bardziej negatywne niż inni. Jest tak dlatego, Li + jonowy ma bardzo wysoką energię uwodnienia w fazie gazowej: chociaż litowo zaburzają strukturę wody znacznie powodując większą zmianę entropii, ta wysoka energia hydratacji jest tyle, aby potencjał redukcji wskazuje jako przy czym najbardziej elektrododatni metal alkaliczny, mimo trudności jonizujące w fazie gazowej.

Stabilne metali alkalicznych metalami srebrne oprócz cezu, który ma jasną barwę złotą: jest to jedno z trzech metali, jasno zabarwionych (pozostałe dwie są miedź i złoto). Dodatkowo, ciężkie metale ziem alkalicznych wapnia , strontu i baru , jak również dwuwartościową lantanowców europ i iterb są jasnożółty, że kolor jest bardziej widoczne niż w przypadku cezu. Ich połysk matowieje szybko powietrze z powodu utleniania. Wszyscy krystalizacji w sześcienny korpusu skupione struktury krystalicznej i mają charakterystyczny kolor płomienia , ponieważ ich zewnętrzny s elektronów jest łatwo podniecony. Rzeczywiście, te kolory barwienie płomienia palnika są najczęstszym sposobem identyfikowania ich od wszystkich ich sole z wspólnych jonów są rozpuszczalne.

Potasu gwałtownie reaguje z wodą w temperaturze pokojowej
Cezu reaguje gwałtownie z wodą, nawet w niskich temperaturach

Wszystkie metale alkaliczne są bardzo reaktywne i nie znajdują się w elementarnych form w naturze. W związku z tym, są one zazwyczaj przechowywane w olej mineralny lub nafta (olej parafinowy). Reagują one agresywnie z halogenów z wytworzeniem halogenków metali alkalicznych , które są białe jonowe krystaliczne związki, które są wszystkie rozpuszczalne w wodzie z wyjątkiem fluorku litu ( Li F ). Metale alkaliczne reagować z wodą z wytworzeniem silnie alkaliczne wodorotlenki , a zatem należy obchodzić się z wielką starannością. Cięższe metali alkalicznych reaguje bardziej intensywnie niż lżejsze; Na przykład, gdy zostaną upuszczone w wodzie, cezu daje większy niż wybuch potasu jeżeli stosuje się taką samą ilość moli każdego metalu. Metale alkaliczne mają najniższej energii jonizacji w odpowiednich okresach okresowym z powodu ich niskiej rzeczywiste obciążenie jądrowego i zdolność do osiągnięcia na gaz szlachetny konfigurację traci tylko jednego elektronu . Nie tylko metale alkaliczne reakcji z wodą, ale również w donorów protonów, takich jak alkohole i fenole , gazowego amoniaku i alkinów ostatni wykazując fenomenalną stopień reaktywności. Ich wielką moc, jak środki redukujące, sprawia, że są bardzo użyteczne w uwalniając inne metale z ich tlenkami lub halogenków.

Druga energia jonizacji wszystkim z metalami alkalicznymi, są bardzo wysokie, jak to jest w pełni otoczone, który jest również bliżej pierścienia; w ten sposób, prawie zawsze tracą pojedynczego elektronu, tworząc kationów. W alkalides stanowią wyjątek: są one nietrwałe związki, które zawierają metale alkaliczne w stanie utlenienia 1, co jest niezwykłe, jak przed odkryciem alkalides nie oczekiwano, że będą zdolne do formowania metali alkalicznych aniony i uważano za w stanie pojawić się w soli tylko jako kationy. W alkalide aniony wypełnieniu s-podpowłok , która nadaje im wystarczającą stabilność istnieje. Wszystkie trwałe sole metali alkalicznych, z wyjątkiem litu znane są w stanie tworzyć alkalides oraz alkalides mają duże zainteresowanie teoretycznej ze względu na nietypowy stechiometrii i niskiego potencjału jonizacji . Alkalides chemicznie podobny do electrides , które są sole z uwięzionym elektrony działa jako anionów. Szczególnie interesująca jest przykładem alkalide jest „odwrotny wodorek sodu ” H + Na - (zarówno jony jest skompleksowany ), w przeciwieństwie do zwykle wodorku sodu, Na + H - : jest niestabilny w izolacji z powodu dużej energii wynikające przy przemieszczeniu dwóch elektronów z wodorem do sodu, chociaż szereg pochodnych przewiduje się być metastabilny lub stabilny.

W roztworze wodnym, tworząc jony metali alkalicznych, jony Aqua o wzorze [K (H 2 O) N ] + , w którym n oznacza liczbę solwatacji. Ich numery koordynacyjne i kształty dobrze zgadzają się z tymi spodziewać z ich jonowego promieniach. W roztworze wodnym cząsteczki wody bezpośrednio przyłączone do jonu metalu mówi się, że należą do pierwszej sferze koordynacyjnej , znany również jako pierwszy lub podstawowej, solwatacji powłoki. Wiązanie pomiędzy cząsteczką wody i jonów metalu jest celownik wiązaniem kowalencyjnym z atomem tlenu, zarówno donorem elektronów do wiązania. Każda cząsteczka koordynowana woda może być przyłączony przez wiązanie wodorowe z innymi cząsteczkami wody. Te ostatnie są uważane przebywania w drugiej sfery koordynacyjnej. Jednakże w odniesieniu do kationów metali alkalicznych, druga kula koordynacja nie jest dobrze zdefiniowana jako wsad +1 kationu nie jest na tyle wysoka, aby polaryzacji cząsteczek wody w pierwotnej solwatacji powłoki na tyle, żeby tworzyć silne wiązania wodorowe z tymi, którzy drugi koordynacja kuli, tworząc bardziej stabilną całość. Liczba solwatacji dla Li + została eksperymentalnie określona jako 4, tworząc czworościenne [Li (H 2 O) 4 ] + : chociaż numery rozpuszczenie 3 do 6, nie stwierdzono dla jonów wodnych litu, numery solwatacji mniej niż 4, może być wynikiem tworzenia kontaktu pary jonowe i wyższych liczb solwatacji może być interpretowane w odniesieniu do cząsteczek wody, które zbliżają [Li (H 2 o) 4 ] + poprzez powierzchnię czworościanu, chociaż cząsteczkowej dynamiczne symulacje może wskazywać na istnienie o oktaedrycznej hexaaqua jonów. Istnieje również prawdopodobnie sześć cząsteczek wody w zakresie podstawowej solwatacji jonu sodowego, tworząca ośmiościenny [sodu (H 2 O) 6 ] + jonowy. Podczas gdy wcześniej sądzono, że metale cięższe alkalicznych tworzy również oktaedrycznych jony hexaaqua, to ponieważ stwierdzono, że potasu, rubidu prawdopodobnie stanowią [K (H 2 O) 8 ] + i [R b (H 2 O) 8 ] + jony , które mają kwadratowy antiprismatic strukturę i cezu tworzą 12 współrzędna [CS (H 2 o) 12 ] + jonowej.

Lit

Chemia litu wykazuje kilka różnic się od pozostałej części grupy, mała Li + kation polaryzuje anionów i nadaje związki bardziej kowalencyjnego charakteru. Litu i magnezu ma ukośną związek ze względu na ich podobne promienia atomu tak, że wykazują one pewne podobieństwa. Na przykład, lit tworzy stabilne azotki , własność wspólną dla wszystkich metali ziem alkalicznych (grupa magezu'S) ale unikalny wśród metali alkalicznych. Ponadto wśród odpowiednich grup tylko litu i magnezu tworzą związki metaloorganiczne i znacznym charakterze kowalencyjne (na przykład Li Me i MgMe 2 ).

Fluorek litu tylko halogenek metalu alkalicznego, który jest słabo rozpuszczalny w wodzie, i wodorotlenek litu jest tylko wodorotlenek metalu alkalicznego, który nie jest łatwo topnieje . Odwrotnie, nadchloran litu i inne sole litu z dużymi anionami, które nie mogą być spolaryzowany jest znacznie bardziej stabilne niż analogicznych związków innych metali alkalicznych, prawdopodobnie dlatego, Li + ma wysoką energię solwatacji . Efekt ten oznacza również, że większość proste sole litowe są powszechnie spotykane w postaci uwodnionej, ponieważ bezwodna formy są bardzo higroskopijne : pozwala to sole, takie jak chlorek litu i bromek litu, które mają być stosowane w osuszaczy i klimatyzacyjne .

francium

Frans przewiduje się również wykazują pewne różnice ze względu na jego wysoką masę atomową , powodując elektrony do poruszania się znaczne frakcje prędkością światła, a tym samym skutki relatywistyczne bardziej widoczne. W przeciwieństwie do zmniejszenia tendencji electronegativities i energii jonizacji metali alkalicznych, elektroujemność i energia jonizacji frans są przewidywane jest wyższa niż cezu jest spowodowana relatywistycznego stabilizacji 7s elektronów; Również jego promień atomowy ma być rażąco niska. Tak więc, w przeciwieństwie do oczekiwań, cez jest najbardziej reaktywny z metalami alkalicznymi, a nie frans. Wszystkie znane właściwości fizyczne frans również odbiegać od wyraźnych tendencji, począwszy od litu cezu, takich jak pierwszy energia jonizacji powinowactwem elektronowym i anionu polaryzowalność, chociaż ze względu na niedostatek znanych danych o frans wiele źródeł dają ekstrapolowane wartości ignorując że Efekty relatywistyczne dokonać trend z litu do cez stać zastosowania w francium. Niektóre z kilku właściwości frans które przewidywanego względność biorąc pod uwagę to powinowactwo elektronów (47,2 kJ / mol) i entalpia dysocjacji FR 2 cząsteczki (42,1 kJ / mol). Cząsteczka CSFR polaryzacji jak Cs + Fr - , wskazując, że 7S podpowłoką z frans jest znacznie silniejsze oddziaływanie efekty relatywistycznymi niż 6s podpowłoce cezu. Dodatkowo frans ponadtlenkowej (Fro 2 Oczekuje) mają znaczący charakter kowalencyjnego, w przeciwieństwie do innych ponadtlenków metali alkalicznych, z powodu wkładu spojenia z tych 6p elektronów frans.

Jądrowy

Pierwotne izotopy metali alkalicznych
Z
Metal alkaliczny
Stabilny
rozpady
niestabilne: kursywa
nieparzyste nieparzyste izotopy kolorze różowym
3 lit 2 - 7
Li
6
Li
 
11 sód 1 - 23
na
   
19 potas 2 1 39
K
41
K
40
K
37 rubid 1 1 85
rb
87
rb
 
55 cez 1 - 133
cs
   
87 francium - - Brak izotopy pierwotne
( 223
fr
jest radiogeniczny nuklidu )
Promieniotwórcze: 40 K t 1/2 1,25 x 10 9 lat; 87 Rb, t 1/2 4,9 x 10 : 10 lat; 223 ks t 1/2 22,0 min.

Wszystkie metale alkaliczne mają numery nieparzyste atomowych; W związku z tym, ich izotopów musi być dziwne nieparzysta (zarówno protonowej i ilość neutronów są nieparzyste) lub nieparzysta nawet ( liczba protonów jest nieparzysta, a liczba neutronów jest parzysty). Odd-nieparzyste jądra mają nawet liczby masowe , natomiast nieparzyste nawet jądra mają numery nieparzyste masowych. Odd-dziwne pierwotne nuklidy są rzadkie, ponieważ większość dziwnie dziwne jądra są wysoce niestabilne pod względem rozpadu beta , ponieważ produkty rozpadu są nawet nawet, a zatem są silniej związani ze względu na efekty parowania jądrowych .

Ze względu na dużą rzadkość nieparzystych nieparzyste jąder, prawie wszystkie pierwotne izotopy metali alkalicznych są nieparzyste, nawet (wyjątkami są światło stabilnym izotopem litowo-6 i długożyciowe radioizotop potasu i 40). Dla danego nieparzystej liczby masowej, może być tylko jedna beta stabilny nuklidu , ponieważ nie ma różnicy energii wiązania między parzystych parzystych i nieparzystych nawet porównywalne z tym między parzystych parzystych i nieparzystych dziwne, pozostawiając inne nuklidy z takiej samej liczby masowe ( izobar ) wolne do rozpadu beta kierunku najniższego masy izotopu. Efekt niestabilności nieparzystą liczbę każdego typu nukleony że elementy nieparzystych, jak metali alkalicznych, mają mniej stabilne izotopy niż parzystych elementów. Spośród 26 monoizotopowych elementów , które mają tylko jeden stabilny izotop, wszystkie oprócz jednego mają nieparzystą liczbę atomową i wszystko, ale też mieć parzystą liczbę neutronów. Beryl jest jedynym wyjątkiem od obu zasad, ze względu na małą liczbę atomową.

Każdy z metali alkalicznych, z wyjątkiem litu i cezu co najmniej jednym z naturalnie występującym izotopem promieniotwórczym : sód-22 i sód-24radioizotopy śladowych wytwarzany cosmogenically , potas, 40 i rubid-87 bardzo długi okres półtrwania i dlatego występują naturalnie, a wszystko izotopy franciumradioaktywne . Cez został również uważany za radioaktywny na początku 20 wieku, choć nie ma ona naturalnie występujące izotopy promieniotwórcze. (Frans jeszcze nie zostały odkryte w tym czasie). Naturalny długożyciowych radioizotop potas, 40, stanowi około 0,012% naturalnego potasu, a więc naturalna potasu słabo radioaktywnych. Ten naturalny radioaktywność stał się podstawą błędnym zastrz odkrycia do elementu 87 (następne po metalu alkalicznego cezu) w 1925. Natural rubidu Podobnie jest nieco promieniotwórczych, 27,83% jest długożyciowe radioizotop rubidu-87.

Cezu-137 , z okresem półtrwania 30.17 lat, jest jednym z dwóch głównych produktów średnich żyjące rozszczepienia wraz z stront-90 , które są odpowiedzialne za większość radioaktywności z wypalonym paliwem jądrowym po kilku latach chłodzenia, aż do kilkuset lat po użyciu. Stanowi najbardziej radioaktywności pozostało z awarii w Czarnobylu . Cez-137 ulega wysokiej energii rozpadu beta i ostatecznie staje się stabilny baru-137 . Jest to silny nadajnik promieniowania gamma. Cezu-137 posiada bardzo niski współczynnik wychwytu neutronów i nie można realnie usunąć w ten sposób, ale można dopuścić do rozpadu. Cezu-137 został wykorzystany jako znacznika w badaniach hydrologicznych, analogicznych do wykorzystania trytu . Niewielkie ilości cezu-134 i cezu-137 zostały uwolnione do środowiska podczas prawie wszystkich testach broni jądrowej i niektórych wypadków jądrowych , przede wszystkim w wypadku Goiânia i katastrofy w Czarnobylu . Począwszy od roku 2005, cez-137 jest głównym źródłem promieniowania w strefie alienacji wokół elektrowni atomowej w Czarnobylu . Jego właściwości chemiczne, jako jedną z metalami alkalicznymi, że jest to jeden z najbardziej problematycznych produktów rozszczepienia krótkich i średnich niepowtarzalne, ponieważ łatwo przesuwa się i rozprzestrzenia się w przyrodzie w wyniku wysokiej rozpuszczalności ich soli, i jest pochłaniana przez korpus, który błędy go za jego zasadniczego kongenerów sodu i potasu.

okresowe trendy

Metalami alkalicznymi są bardziej podobne do siebie niż elementy w każdej drugiej grupy mają się do siebie nawzajem. Na przykład, podczas ruchu w dół tabeli, wszystkie znane metali alkalicznych wykazują zwiększenie promienia atomowego , zmniejszając elektroujemności zwiększenie reaktywności oraz zmniejszenie temperatur topnienia i wrzenia oraz topienia się i parowania. Na ogół, ich gęstość zwiększa się, gdy porusza się w dół tabeli, z wyjątkiem tego, że potasu ma gęstość mniejszą niż sód.

Promienie atomowe i jonowe

Skuteczne ładunek jądra elektronu atomu

Promień atomowy metali alkalicznych zwiększają schodząc grupę. Ze względu na efekt ekranujący , gdy atom posiada więcej niż jedną powłokę elektronów , każdy czuje elektronów elektryczne odpychanie od innych elektronów, jak również elektryczny atrakcję z jądra. W metali alkalicznych The elektronów zewnętrzna tylko odczuwa ładunek netto +1, a niektóre za jądrowego (która jest równa liczbie atomowej ) jest anulowana przez wewnętrzne elektronów; liczba wewnętrznych elektrony metalu alkalicznego jest zawsze o jeden mniejszą niż opłata jądrowego. W związku z tym tylko czynnikiem, który wpływa na promień atomowy metali alkalicznych jest liczba powłok elektronowych. Ponieważ liczba ta zwiększa się w dół grupy, promień atomowy należy również zwiększyć dół grupę.

Jonowy promienie metali alkalicznych są znacznie mniejsze niż ich promieni atomowych. Jest tak, ponieważ zewnętrzna elektronów metali alkalicznych znajduje się w innej powłoce elektronów niż wewnętrzna elektronów, a zatem, gdy jest on usuwany wynikowy ma jeden atom mniej powłoka elektronowa i mniejsze. Dodatkowo efektywne ładunek jądra jest większa, co przyciąga elektrony silniej do jądra i jonowych zmniejsza promienia.

Pierwsza energia jonizacji

Okresowe tendencja energia jonizacji: każdy okres rozpoczyna się w minimum dla metali alkalicznych, a kończy się w pewnej maksymalnej wartości dla gazów szlachetnych .

Pierwszy energia jonizacji w elemencie lub cząsteczki jest energia wymagana do przemieszczania najbardziej luźno przytrzymywanym elektronu z jednym molem atomów gazowych elementu lub cząsteczki do utworzenia jednego mola jonów gazowych z ładunkiem elektrycznym +1. Czynniki wpływające na pierwszy energia jonizacji są ładunek jądra ilość osłon wewnętrznymi elektronów, a odległość od najbardziej luźno elektronu z pierścienia, który jest zawsze zewnętrzną elektronów w pierwiastki z grupy głównej . Pierwsze dwa czynniki zmieniają efektywnej ładunek nuklearny czuje najbardziej luźno elektronów. Ponieważ zewnętrzna elektronów metali alkalicznych zawsze uważa się taką samą skuteczność ładunek jądra (+1), jedynym czynnikiem, który wpływa na pierwszy energia jonizacji jest odległością zewnętrznej elektronów jądra. Ponieważ ta odległość w dół zwiększa grupę elektron zewnętrzna uważa mniej atrakcję z jądra, a tym samym pierwszy energia jonizacji maleje. (Tendencja ta jest podzielona w francium powodu relatywistycznej stabilizacji i skurczu 7s orbitalnych, przynosząc francium za walencyjne elektron bliżej jądra, niż można by oczekiwać od nierelatywistyczną obliczeń. To sprawia francium najbardziej oddalonymi elektron czuć więcej atrakcji z jądra, zwiększając jego pierwsza energia jonizacji nieznacznie poza tym cezu).

Druga energia jonizacji metali alkalicznych, jest znacznie większa niż w pierwszym a drugim co luźno elektron znajduje się w pełni wypełniona powłoki elektronowej , a zatem jest trudny do usunięcia.

Reaktywność

Reaktywności metali alkalicznych zwiększają schodząc grupę. Jest to wynikiem połączenia dwóch czynników: pierwszy energia jonizacji energii atomizacji metali alkalicznych. Ponieważ pierwsza energia jonizacji metali alkalicznych zmniejsza się w dół grupę łatwiej elektron zewnętrzna należy usunąć z atomu i brać udział w reakcjach chemicznych , zwiększając reaktywność dół grupy. Miary energii rozpylający Siłę wiązania metalowego elementu, który opada w dół z grupy jak atomy wzrostem promienia i w ten sposób wiązanie metaliczne mogą zwiększać długość, dzięki czemu delokalizację elektronów dalej od przyciągania jądrach cięższe metale alkaliczne. Dodawanie rozpylania i pierwsze energii jonizacji daje ilość ściśle związany z (ale nie jest równa stopniu) energię aktywacji reakcji metalu alkalicznego z inną substancją. Ilość ta zmniejsza schodząc grupę, a więc nie energia aktywacji; Tak więc, reakcje chemiczne mogą wystąpić szybsze i reaktywności wzrasta w dół grupy.

elektroujemność

Zmienność Paulinga elektroujemności (oś y) jako jeden opada na główne grupy układu okresowego stołu od sekund do okresu szóstym

Elektroujemności jest właściwość chemiczna , która opisuje tendencję z atomu lub grupy funkcyjnej, w celu przyciągnięcia elektronów (lub gęstość elektronów ) w kierunku siebie. Jeżeli wiązanie pomiędzy sodu i chloru w chlorku sodowego była kowalentne , parę wspólnych elektronów będą przyciągane do chloru z powodu dodatniego ładunku jądrowego na zewnętrznych elektronów +7 w chlorze, lecz jedynie w +1 sodu. Parę elektronów jest przyciągana blisko tak, atom chloru, że są one praktycznie do atomu chloru (e wiązanie jonowe ). Jednakże, jeśli atom sodu zastąpiony atomem litu elektrony nie przyciągane w pobliżu atomu chloru, jak poprzednio, ponieważ atom litu jest mniejsza, przez co para elektronów silniej przyciągane do większego rzeczywistego za jądrowego z litu. Dlatego też, większe atomy metali alkalicznych (w dalszej części grupę) będzie mniej elektroujemne, co para klejenie słabiej przyciągane do nich. Jak wspomniano wcześniej, przewiduje się frans się wyjątek.

Ze względu na wyższą elektroujemność litu, niektóre jego związki mają więcej kowalencyjnego charakteru. Na przykład, jodek litu ( Li I ) rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych , właściwość większości związków kowalencyjnych. Fluorek litu (Li F ) jest jedynym halogenków metali alkalicznych , które nie są rozpuszczalne w wodzie, a wodorotlenek litu (Li OH ) jest jedynym wodorotlenku metalu alkalicznego nie jest rozpływa się .

Temperatury topnienia i wrzenia

Temperatura topnienia substancji jest punkt, w którym zmienia się stan z ciała stałego do cieczy , podczas gdy temperatura wrzenia substancji (w stanie ciekłym), to jest punkt, w którym ciśnienie par cieczy wynosi ciśnienie środowiska otaczającego płynu i cały płyn zmienia stan na gazie . Jako metal ogrzewa się do jego temperatury topnienia, to wiązań metalicznych utrzymując atomów w miejscu osłabienia tak, że atomy mogą się poruszać, a wiązania metalowe ostatecznie całkowicie przełamać się z metalami w temperaturze wrzenia. Dlatego też, objętych topnienia i wrzenia metali alkalicznych wskazują, że wytrzymałość wiązań metalicznych metali alkalicznych zmniejsza się w dół grupy. To dlatego, że atomy metalu są utrzymywane razem przez siły przyciągania elektromagnetycznego dodatnich jonów do delokalizacji elektronu. Jako atomy wzrost wielkości spada grupę (ponieważ ich atomów wzrasta promień), jądra jonów przenieść dalej od delokalizacji elektronu i stąd wiązanie metaliczne słabnie, tak że metal mogą łatwo topić i gotować, obniżając temperatur topnienia i wrzenia. (Zwiększona opłata jądrowa nie jest istotnym czynnikiem, ze względu na efekt ekranowania).

Gęstość

Metale alkaliczne wszystkie mają taką samą strukturę krystaliczną ( ciało skoncentrowane sześciennych ), a więc tylko odpowiednie czynniki liczba atomów, które mieszczą się w ramach pewnej objętości jak i masy, jednego z atomów, od gęstości jest zdefiniowana jako masa na jednostkę Tom. Pierwszy czynnik, zależy od wielkości i tym samym atomie promienia atomowego, który zwiększa schodzącej grupy; Tak więc, ilość alkaliów zwiększa atom metalu zejście grupy. Masa atom metalu alkalicznego również zwiększa spada grupę. Tak więc tendencja do gęstości metali alkalicznych zależy od ich mas atomowych i promieni atomowych; Jeśli dane na te dwa czynniki są znane, proporcje pomiędzy gęstościami metali alkalicznych mogą następnie być obliczona. Otrzymaną tendencja, że gęstości metali alkalicznych zwiększają dół tabeli, z wyjątkiem w potasu. Ze względu na o najmniejszej masie atomowej i największego promienia atomowego wszystkich elementów w ich okresów metali alkalicznych najmniej gęste metale w okresowym. Litu, sodu i potasu, są tylko trzy metale układu okresowego, które są mniej gęste niż woda: w rzeczywistości, sole litu jest najmniej gęsty znane w stałej temperaturze pokojowej .

związki

Metale alkaliczne, tworząc kompletny cykl związków o wszystkich występujących zwykle anionów, które także ilustrują tendencji w grupie. Związki te mogą być opisane jako obejmujące metali alkalicznych utraty elektronów gatunków akceptora i tworzące jony monopositive. Opis ten najdokładniejszym halogenków metali alkalicznych i staje się mniej dokładne kationowych i anionowych wzrost obciążenia, a jako anion staje się większy i polarisable. Na przykład, jonowe wiązanie ustępuje wiązanie metaliczne wzdłuż szeregu NaCl, Na 2 O, Na 2 S, Na 3 P, Na 3 jak, Na 3 SB Na 3 Bi, Na.

wodorotlenki

zewnętrzna wideo
Reakcje metali alkalicznych z wodą , prowadzone przez The Open University
Duża pomarańczowo-żółty wybuch
Reakcję 3 funtów (1.4 kg) ≈ sodu z wodą

Wszystkie metale alkaliczne lub gwałtownie reagują silnie z zimną wodą, wytworzenie wodnego roztworu o silnie podstawowego metalu alkalicznego, wodorotlenku i uwalniania wodoru. Reakcja ta staje się bardziej intensywne zejście z grupy: litu reaguje ciągle z musujących , ale sodu i potasu może zapalić się i rubid i cez, zanurzania w wodzie i generowania wodoru tak szybko, że tworzą się fale uderzeniowe wody, która może pęknąć pojemniki szklane. Gdy metal alkaliczny, jest odrzucany w wodzie, wytwarza się eksplozji, z których występują dwa oddzielne etapy. Metal reaguje z wodą, najpierw rozrywania wiązań wodorowych w wodzie i wytwarzania wodoru gaz; Ma to miejsce szybciej bardziej reaktywnych ciężkich metali alkalicznych. Po drugie, ciepło generowane przez pierwszą część reakcji często zapala się gazowy wodór, co powoduje, że do spalania gwałtownie do otaczającego powietrza. Ten wtórny wybuch wodór powoduje widocznego płomienia powyżej miski z wodą, jeziora lub innego akwenu, bez wstępnej reakcji metalu z wodą (co zdarza się głównie w wodzie). Wodorotlenki metali alkalicznych są najbardziej podstawowe znane wodorotlenki.

Najnowsze badania sugerują, że materiał wybuchowy zachowanie metali alkalicznych w wodzie jest napędzany przez Coulomba eksplozji zamiast wyłącznie szybkiego generowania samego wodoru. Wszystkie metale alkaliczne stopienia jako część reakcji z wodą. Cząsteczki wody jonizacji absolutne metalicznej powierzchni ciekłego metalu, pozostawiając powierzchnię naładowaną dodatnio jony metalu i wody ujemnie. Przyciąganie pomiędzy naładowanych jonów metali i wody szybko zwiększyć powierzchnię, powodując gwałtowny wzrost jonizacji. Gdy siły odpychające obrębie powierzchni ciekłego metalu przekracza sił napięcia powierzchniowego, energicznie eksploduje.

Same wodorotlenków najprostsze wodorotlenki znane, reakcji z kwasami z wytworzeniem soli, i z alkoholi z wytworzeniem oligomeryczne alkoholany . Łatwo reaguje z dwutlenkiem węgla z wytworzeniem węglany lub wodorowęglany , albo z siarkowodorem do utworzenia siarczków lub bisulfides i mogą być stosowane do oddzielania tiole z ropy naftowej. Reagują one z amfoteryczne tlenki, na przykład tlenki glinu , cynku , cyny , i prowadzić reakcję z wodorotlenkami metali alkalicznych, gliniany, otrzymując cynkany, cyniany i plumbates. Dwutlenek krzemu ma charakter kwasowy, a zatem wodorotlenków metali alkalicznych, mogą zaatakować krzemianowego .

związki międzymetaliczne

Ciekły stop potasowy w temperaturze pokojowej

Metale alkaliczne formie wielu międzymetalicznych związków ze sobą, oraz elementy do grup 2 do 13 układu okresowego o różnej stechiometrii, takie jak amalgamatu sodu z rtęci , w tym Na 5 tor 8 i Na 3 Hg. Niektóre z nich mają właściwości jonowe: Robienie stopów ze złotem , najbardziej elektroujemny metali, jako przykład, NaAu i JRD są metalowe, ale RbAu i CsAu są półprzewodniki. Potasowy jest stopem sodu i potasu, który jest bardzo przydatny, ponieważ jest ciekły w temperaturze pokojowej, chociaż środki ostrożności muszą być podjęte w związku z ekstremalną reaktywność w stosunku do wody i powietrza. Eutektyczną topi się w temperaturze -12.6 ° C. Stopu z 41% do 47% cezu, sodu, potasu i 12% ma najniższego punktu topnienia dowolnego metalu lub stopu, -78 ° C.

Związki z grupą 13 elementów

Międzymetaliczne związki metali alkalicznych, która ma cięższe zespół 13 elementów ( glinu , galu , indu i talu ), takie jak Natl, są złymi przewodnikami i półprzewodników , w przeciwieństwie do zwykłych stopów z powyższych elementów, co oznacza, że metal alkaliczny zaangażowany jest traci elektrony do anionów Zintl stron. Pomimo tego, że elementy 14 i poza grupy mają tendencję do tworzenia oddzielnych klastrów anionowe, grupy 13 elementów mają skłonność do tworzenia jonów polimerowe z kationów metali alkalicznych, znajdujących się między olbrzymiej jonowej kraty. Na przykład Natl składa się z polimerowego anionowego (-tl - -) n z kowalencyjnym diamentu sześcienny struktury z Na + jonów znajdujących się pomiędzy anionowym kraty. Większe metali alkalicznych nie zmieści podobnie do anionowego siatki i naciskałby cięższego zespół 13 elementów, które tworzą skupiska anionowej.

Boru jest szczególnym przypadkiem jest jedynym niemetalu w grupie 13. metalu alkalicznego borki wydają się być bogaty w boru, z udziałem znaczących wiązania bor boru udziałem deltahedral struktur, a nie są stabilne termicznie w wyniku metali alkalicznych o bardzo wysoką prężność par w podwyższonych temperaturach. To sprawia, że bezpośrednia synteza problematyczne, ponieważ metale alkaliczne nie reagują z borem poniżej 700 ° C, a zatem musi być wykonane w zamkniętych pojemnikach z metalem alkalicznym w nadmiarze. Ponadto, szczególnie w tej grupie reaktywność boru obniży się do grupy: litu reaguje całkowicie w temperaturze 700 ° C, ale sodu w temperaturze 900 ° C i potasu dopiero w 1200 ° C, a reakcja jest natychmiastowe dla litu, ale trwa godzin potasu. Rubid i cez borki nie zostały nawet scharakteryzowane. Znane są różne etapy, takie jak LiB 10 nab 6 nab 15 i KB 6 . Pod wysokim ciśnieniem wiązania bor bor litu borki zmiany z następujących zasad Wade do tworzenia anionów Zintl jak reszta grupy 13.

Związki z grupą 14 elementów

Boczna (z lewej) i górne (prawy) widoki związku grafit interkalacji KC 8

Litu i sodu reaguje z węglem , tworząc acetylenki Li 2 C 2 i Na 2 C 2 , które mogą być również otrzymane przez reakcję metalu z acetylenem . Potas, rubid i cez, reagują z grafitu ; atomów są wstawione między sześciokątnymi warstw grafitu, tworząc związki grafitu interkalacji o wzorze MC 60 (kolor ciemnoszary, prawie czarny), MC 48 (kolor ciemnoszary, prawie czarny), MC 36 (niebieski), MC 24 (stal na niebiesko) i MC 8 (brązu) (M = K, Rb lub Cs). Związki te są ponad 200 razy bardziej elektrycznie przewodzące niż czysty grafit, co sugeruje, że elektronowy wartościowość metalu alkalicznego są przekazywane do warstw grafitu (np M +
C -
8
). Po ogrzaniu KC 8 , eliminacji atomów potasu powoduje konwersję kolejno KC 24 , KC 36 , KC 48 i wreszcie KC 60 . KC 8 jest bardzo silnym środkiem redukującym i jest samozapalne i eksploduje w kontakcie z wodą. Chociaż większe metali alkalicznych (K, Rb i Cs) początkowo tworzą MC 8 , mniejsze początkowo tworzą MC 6 , a w rzeczywistości wymagają reakcji tych metali z grafitu, w wysokich temperaturach około 500 ° C w celu wytworzenia. Oprócz tego, są metale alkaliczne, takie silne środki redukujące można nawet zmniejszyć Buckminsterfullerene do wytworzenia stałych fullerides M N C 60 ; sodu, potasu, rubidu i cezu może tworzyć fullerides gdzie n = 2, 3, 4 lub 6, i rubid i cez można dodatkowo osiągnąć n = 1.

Gdy metali alkalicznych reaguje z cięższych pierwiastków w grupę węglową ( krzem , german , cynę i ołów ), substancje jonowe o strukturze podobnej do klatki, tak jak są formowane, takie jak krzemków M 4 Si 4 (M = K, Rb, lub CS), które zawierają M + i czworościennej Si 4-
4
jonów. Chemia metali alkalicznych germanides , obejmujący germanide jonów Ge 4- i innego klastra ( Zintl ) jonów, takich jak Ge 2-
4
, Ge 4-
9
, Ge 2-
9
i [(GE 9 ) 2 ] 6 jest w dużej mierze analogiczne do odpowiadających im krzemkami. Alkaliczne stannides przeważnie niejonowe, czasami z jonem stannide ( Sn 4 ), a czasami więcej jonów kompleksowych Zintl takie jak Sn 4-
9
, który znajduje się w nonastannide czteropotasowego (K 4 Sn 9 ). Jednoatomowej plumbide jonowego ( Pb 4 ) jest znana, a nawet jego formacji przewiduje się niekorzystny energetycznie; plumbides metali alkalicznych, jony Zintl bardzo złożone, takie jak Pb 4-
9
. Te germanides metali alkalicznych, stannides i plumbides mogą być wytwarzane przez redukcję german, cyna i ołów z metalicznym sodem w ciekłym amoniaku.

Azotki i pnictides

Komórka elementarna ball-and-stick modelu z azotku litu . Na podstawie wielkości czworościenny należałoby oczekiwać struktury, ale to byłby geometrycznie niemożliwe: azotek zatem litowo nabiera tej unikalnej strukturze krystalicznej.

Litu, najlżejsze metali alkalicznych jest jedynym metali alkalicznych, które reagują z azotem w normalnych warunkach , a jego azotek jest jedynym stabilnym azotku metalu alkalicznego. Azot jest reaktywny gaz, gdyż złamanie silne wiązanie potrójne, w tym azotu w cząsteczce (N 2 ) wymaga dużo energii. Tworzenie się azotku metalu alkalicznego będzie zużywać energię jonizacji metalu alkalicznego (tworząc M + jony), przy czym ilość energii potrzebnej do zerwania wiązanie potrójne w N 2 i tworzenie N 3- jonów, a cała energia uwalniana z tworzenie się azotku metalu alkalicznego wynosi od energia sieci azotku metalu alkalicznego. Energia kratownica jest zmaksymalizowane małe, silnie naładowanych jonów; metale alkaliczne nie tworzą jony naładowanych, tworząc tylko jonów z ładunkiem +1, więc tylko litu, najmniejsza metalu alkalicznego, może uwalniać wystarczającej ilości energii do siatki reakcję azotem egzotermicznej , tworząc azotek litu . Reakcje innych metali alkalicznych, z azotem nie uwalniać wystarczającej ilości energii siatki, a zatem jest endotermiczne , a więc nie tworzą azotków, w warunkach standardowych. Azotku sodu (N 3 N) i azotek potasu (K 3 N), podczas gdy istnieją, są bardzo niestabilne, jest podatne na rozkładającego z powrotem do ich elementów składowych, nie mogą być wytwarzane przez reakcję elementów ze sobą, w warunkach standardowych. Zawada przestrzenna zabrania istnienia azotku rubidu lub cezu. Jednakże, sodu i potasu postać bezbarwnych azydku sole obejmujące liniowe N -
3
anion; ze względu na duże rozmiary kationów metali alkalicznych, są one wystarczająco stabilna termicznie, aby być w stanie stopienia przed rozkładającego.

Wszystkie metale alkaliczne reagują łatwo z fosforu i arsenu w celu utworzenia fosforków i arsenides o wzorze M 3 Pn (gdzie M oznacza metal alkaliczny i Pn oznacza azotowce - fosfor, arsen, antymon lub bizmut ). Wynika to z większego rozmiaru P 3- i As 3- jonów, tak że potrzeba mniej energii kraty dopuszczane do soli do formy. Nie są to jedyne fosforki i arsenides metali alkalicznych, na przykład potasu ma dziewięć różnych znanych fosforki, z Wzory K 3 P, K 4 P 3 K 5 p 4 , KP K 4 P 6 K 3 P 7 K 3 P 11 KP 10,3 , KP 15 . Podczas gdy większość metali tworzą arsenides jedynie alkalicznych i metali ziem alkalicznych tworzą przeważnie niejonowe arsenides. Struktura Na 3, w jakim jest to kompleks z niezwykle małych odległościach Na-sodowej 328-330 pm, które są krótsze niż w metalicznego sodu, a to oznacza, że nawet w tych metali elektrododatnich wiązanie nie może być bezpośrednio jonowej. Inne arsenides metali alkalicznych, które nie są zgodne z ogólnym wzorze M, 3 , które są znane, jak np LIAS, który ma metaliczny połysk i wysoką przewodnością elektryczną wskazujący obecność pewnej wiązanie metaliczne . W antimonides są nietrwałe i oddziaływania jak Sb 3- jonowa jest silnym środkiem redukującym; Reakcja z nich z kwasami, tworząc toksyczne i niestabilnego gazu Wodorek antymonu (ŚBH 3 ). W istocie mają one pewne właściwości metalicznych oraz antimonides metali alkalicznych stechiometrii MSB obejmować antymonu atomów połączonych spiralnie Zintl struktury. Bismuthides nie są jeszcze całkowicie jonowe; są związki międzymetaliczne zawierające wiązania części metalowych i części jonowych.

Tlenki i tlenowców

Schemat ball-and-stick pokazuje dwa regularne ośmiościanów które są połączone ze sobą za pomocą jednej twarzy.  Wszystkie dziewięć wierzchołki struktury są fioletowe kule reprezentujące rubidu, a na środku każdego ośmiościanu to mała czerwona kula reprezentująca tlen.
rb
9
O
2
klastra, składający się z dwóch zwykłychośmiościennychpołączone ze sobą przez jedną powierzchnią
Schemat ball-and-stick pokazuje trzy regularne ośmiościan ośmiościennych gdzie każdy jest podłączony do obu pozostałych przez jednego twarzy każdego.  Wszystkie trzy ośmiościanów mieć jedną krawędź wspólnego.  Wszystkie jedenaście wierzchołki struktury są fioletowe kule reprezentujące cez, a na środku każdego ośmiościanu to mała czerwona kula reprezentująca tlen.
cs
11
O
3
klastra, składający się z trzech regularnych ośmiościan ośmiościennych, gdzie każdy jest połączony do obu pozostałych, jednej powierzchni każdego. Wszystkie trzy ośmiościanów mieć jedną krawędź wspólnego.

Wszystkie metale alkaliczne reakcji energicznie tlen w warunkach standardowych. Tworzą one różne rodzaje tlenków, takich jak proste tlenki (zawierające O 2- jon), nadtlenków (zawierający O 2
2
jonowego, gdzie jest to pojedyncze wiązanie pomiędzy dwoma atomami tlenu) ponadtlenków (zawierający O -
2
ion), i wiele innych. Litowo spala się w powietrzu w celu utworzenia tlenku litu , sodu, jednak reaguje z tlenem w celu wytworzenia mieszaniny tlenku sodu i nadtlenek sodu . Potasu stanowi mieszaninę nadtlenku potasu oraz nadtlenkiem potasu , przy rubidu i cezu tworzą wyłącznie nadtlenku. Zwiększa się ich reaktywność zej grupy: podczas litu, sodu i potasu palić jedynie w powietrzu, rubid i cez, są samozapalne (samorzutnie zapalać w powietrzu).

Mniejsze metali alkalicznych, mają tendencję do polaryzacji większe aniony (nadtlenek i nadtlenkowe) z powodu ich małej wielkości. To przyciąga elektrony w bardziej skomplikowanych anionów w kierunku jednej z jego składowych atomami tlenu, z utworzeniem jonu tlenkowego i atom tlenu. Powoduje to, że lit, w celu wytworzenia tlenku wyłącznie w wyniku reakcji z tlenem w temperaturze pokojowej. Ten efekt staje się znacznie słabsze dla większych sodu i potasu, co pozwala im na tworzą mniej stabilne nadtlenków. Rubid i cez, w dolnej części grupy jest tak duża, że nawet najmniejsze stabilne ponadtlenki mogą tworzyć. Ponieważ ponadtlenkowa uwalnia większość energii po uformowaniu, dysmutaza jest korzystnie utworzone przez większe metali alkalicznych, gdy bardziej złożone aniony nie są spolaryzowane. (Istnieją tlenków i nadtlenków metali alkalicznych takich, ale nie tworzą na bezpośrednią reakcję metalu z tlenem w warunkach standardowych). Ponadto, niewielki rozmiar Li + i O 2- jony przyczyniają się do ich tworzenia stabilnej jonowy struktura siatkowa. W kontrolowanych warunkach, jednakże wszystkie sole metali alkalicznych, z wyjątkiem frans są znane tworzą tlenki, nadtlenki i ponadtlenków. Nadtlenki metali alkalicznych i ponadtlenków są silnymi utleniaczami . Nadtlenek sodu i dysmutazę potasu reaguje z dwutlenkiem węgla do wytworzenia węglanu metalu alkalicznego i gazowy tlen, co pozwala na ich stosowanie w podwodnych oczyszczacze powietrza; Obecność pary wodnej , naturalnie obecne w oddechu, sprawia, że usuwanie dwutlenku węgla przez nadtlenkiem potasu, nawet bardziej skuteczne. Wszystkie trwałe sole metali alkalicznych, z wyjątkiem litu mogą tworzyć czerwone ozonków (Mo 3 ) na drodze reakcji w niskiej temperaturze sproszkowanego bezwodnego wodorotlenku z ozonem : the ozonki może być następnie ekstrahowano za pomocą ciekłego amoniaku . Powoli rozkładają się w standardowych warunkach z ponadtlenków i tlenu, i hydrolizuje się bezpośrednio do wodorotlenków w kontakcie z wodą. Potasu, rubidu i cezu tworzą również sesquioxides M 2 O 3 , które mogą być lepiej Rozpatrywane disuperoxides nadtlenek, [(M +
)
4
(O 2
2
) (o -
2
)
2
]
.

Rubidu i cezu mogą tworzyć wiele różnych suboxides z metali w formalnym stopniu utlenienia poniżej +1. Rubid mogą tworzyć Rb 6 O i R 9 O 2 (w kolorze miedzi) podczas utleniania w powietrzu, a cezu stanowi ogromną różnorodność tlenków, takich jak ozonek GUS 3 i kilka kolorowych suboxides , takich jak Cs 7 O (brązu) , Cs 4 O (czerwono-fioletowy), Cs 11 O 3 (fioletowy), Cs 3 O (ciemno zielony), GUS, Cs 3 O 2 , a także Cs 7 O 2 . Te ostatnie mogą być ogrzewana pod zmniejszonym ciśnieniem, w celu wytworzenia Cs 2 O.

Metale alkaliczne mogą także reagować analogicznie cięższych tlenowców ( siarka , selen , tellur i polonu ), a wszystkie tlenowców metali alkalicznych są znane (z wyjątkiem frans'S). Reakcji z nadmiarem tlenowce można podobnie prowadzić w niższych tlenowców, jonami tlenowce zawierające łańcuchy atomów tlenowce mowa. Na przykład, sód może reagować z siarką, z wytworzeniem siarczku ( Na 2 S ) i różnych polisiarczków o wzorze Naz 2 S x ( x od 2 do 6), zawierających S 2-
x
jonów. Ze względu na zasadowy SE 2- TE 2- jonów metali alkalicznych, selenki i tellurki odczyn zasadowy w roztworze; poddany reakcji bezpośrednio z selenu i telluru, polyselenides metali alkalicznych i polytellurides są uformowane wraz z selenki i tellurki z Se 2-
x
i Te 2-
x
jony. Można je otrzymać bezpośrednio z pierwiastków w ciekłym amoniaku lub gdy powietrze nie jest obecne, a bezbarwny, rozpuszczalne w wodzie związki, które z powrotem szybko utlenia się powietrzem do selenu i telluru. Sole metali alkalicznych polonides są związki jonowe zawierające Po 2- jonowa; są bardzo trwałe chemicznie i można je wytwarzać na drodze bezpośredniej reakcji z elementów w temperaturze około 300-400 ° C.

Halogenki, wodorki i pseudohalogenek

Metali alkalicznych jest jedną z najbardziej naładowany pierwiastków układu okresowego pierwiastków, a więc mają tendencję do wiązania jonowo najbardziej elektroujemnymi pierwiastków układu okresowego pierwiastków, z halogenów ( fluor , chlor , brom , jod i astat ), tworzących sole są znane jako alkalia halogenki metali. Reakcja jest bardzo wysoka, a czasami może powodować eksplozje. Wszystkich dwudziestu stabilne halogenkami metali alkalicznych są znane; niestabilne te nie są znane, z tym wyjątkiem astatide sodu, ze względu na dużą niestabilnością i rzadkie i frans astatu. Najbardziej znanym z dwudziestu jest oczywiście chlorek sodu , znanym również jako sól kuchenna. Wszystkie stabilnych halogenków metali alkalicznych mają wzór MX, w których M oznacza atom metalu alkalicznego, a X oznacza atom fluorowca. Wszystkie one są białe krystaliczne ciało stałe jonowych, które mają wysokie temperatury topnienia. Wszystkie halogenki metali alkalicznych są rozpuszczalne w wodzie z wyjątkiem fluorek litu (LiF), który jest nierozpuszczalny w wodzie, ze względu na jej bardzo wysoką kratowego entalpii . Wysoka kraty entalpia fluorku litu ze względu na małe wielkości Li + i F - jonów powodujących oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy nimi jest silne: podobny efekt odnosi się do fluorku magnezu , zgodnym z przekątną związek pomiędzy litem i magnezu.

Metale alkaliczne podobnie reagować z wodorem, z wytworzeniem jonowych, wodorki metali alkalicznych, w których wodorki działa anionów jako Pseudohalogenek : są one często stosowane jako środki redukujące, dając wodorków kompleksowych wodorków metalu lub wodoru. Inne pseudohalogenek są również znane, zwłaszcza na cyjanki . Są izostrukturalne z odpowiednimi halogenkami wyjątkiem cyjanek litu , co oznacza, że jony cyjanku może obracać się swobodnie. Trójskładnikowe alkalicznych, tlenki metali, halogenki, takie jak Na 3 ClO, K 3 bro (żółty), Na 4 Br 2 O, Na 4 I 2 O i K 4 Br 2 ó, są również znane. W polyhalides są dość niestabilne, chociaż te rubidu i cezu są znacznie stabilizowane przez słabego polaryzacyjnego mocy tych bardzo dużych kationów.

kompleksy koordynacyjne

18-korona-6 koordynującym jon potasu
Struktura 2.2.2-kryptand kapsułkowania kation potasowy (purpurowy). W stanie krystalicznym, otrzymany z dyfrakcji rentgenowskiej.

Kationy metali alkalicznych, zwykle nie tworzą kompleksy koordynacyjne z proste zasady Lewisa, ze względu na ich niską za tylko +1 i stosunkowo dużych rozmiarach; W ten sposób Li + form jonowych Większość kompleksów i cięższe jony metali alkalicznych tworzą mniej (chociaż odstępstwa występują słabych kompleksów). Litu w szczególności ma bardzo bogate chemii koordynacyjnej, w którym wykazuje liczby koordynacyjne od 1 do 12, chociaż ośmiościenny hexacoordination jest jego korzystnym sposobem. W roztworze wodnym , jony metali alkalicznych istnieć jako oktaedrycznych kompleksy heksahydrat ([M (H 2 O) 6 )] + ), z wyjątkiem jonów litu, który ze względu na swoje niewielkie rozmiary tworzy kompleksy czworościenne tetrahydrat ([li (H 2 O) 4 )] + ); metale alkaliczne takie tworzą kompleksy z powodu ich jony są przyciągane przez siły elektrostatyczne przyciąganie do polarnych cząsteczek wody. Z tego powodu, bezwodne sole zawierające kationy metali alkalicznych, są często stosowane jako środki suszące . Metale alkaliczne również łatwo tworzą kompleksy z eterów koronowych (na przykład 12-korona-4 dla Li + , 15-korona-5 w Na + , 18-korona-6 do K + , i 21-korona-7 dla Rb + ) i kryptandami z powodu przyciągania elektrostatycznego.

roztwory amoniaku

Metali alkalicznych, które rozpuszczają się powoli w ciekłym amoniaku , tworząc roztworów amoniakalnych solwatowanych M + i e - , które reagują z wytworzeniem wodoru i metalu alkalicznego amidu (MNH 2 , gdzie M oznacza metal alkaliczny) został po raz pierwszy zauważył Humphry Davy 1809 i odkryte przez W. Weyl w 1864. proces ten może być przyspieszony przez katalizator . Podobne rozwiązania są utworzone przez ciężka dwuwartościowych metali ziem alkalicznych, wapnia , strontu , baru , a jako dwuwartościowy lantanowców , europu i iterbu . Sól amidu jest całkiem nierozpuszczalny i łatwo wytrąca się z roztworu pozostawiając intensywnie zabarwionych roztworów amoniaku z metalami alkalicznymi. W 1907 roku, Charles Krause zidentyfikować kolor jako wynik obecności solwatowanych elektronów , które przyczyniają się do wysokiej przewodności elektrycznej tych rozwiązań. Przy niskich stężeniach (poniżej 3 m), roztwór jest ciemno niebiesko i ma dziesięć razy przewodnictwo wodnego roztworu chlorku sodu ; przy wyższych stężeniach (powyżej 3 m), roztwór jest w kolorze miedzi i ma w przybliżeniu taką przewodność ciekłych metali takich jak rtęć . Oprócz alkalicznego amidek metalu i solwatowanych elektronów, takie roztwory amoniaku zawiera również kation metalu alkalicznego (M + ), neutralny atom metalu alkalicznego (M), dwuatomowe cząsteczek metali alkalicznych (m 2 ) i aniony metali alkalicznych (M - ). Są one nietrwałe i ostatecznie staje się bardziej stabilna termodynamicznie alkalicznego amidek metalu gaz i wodór. Solwatowane elektrony są silnymi środkami redukującymi i są często stosowane w syntezie chemicznej.

metaloorganiczne

litoorganicznym

Struktura oktaedrycznych n -butylolitu heksamerów (C 4 H 9 Li) sześciu . Agregaty są utrzymywane razem przez przeniosły kowalencyjnych wiązań pomiędzy litem i końcowym węglem łańcucha butylu. Nie ma bezpośredniego wiązania litowo-litu w każdym związku litoorganicznego.
Stałe fenylolit formy jednoskośnej kryształy mogą być opisane jako składające się z dimerycznego Li 2 ( C 6 H 5 ) 2 podjednostek. Atomy litu i ipso atomy węgla w pierścieniu fenylowym tworząc płaską cztero-członowy pierścień. Płaszczyzna grup fenylowych jest prostopadły do płaszczyzny tego Li 2 C 2 pierścienia. Dodatkowy silny międzycząsteczkowe wiązanie występuje pomiędzy tymi dimerów fenylolit i gatunku elektronów grup fenylowych w sąsiednich dimerów, powodując nieskończonej struktury polimerowego drabiny.

Jako najmniejszej metalu alkalicznego litu, stanowi największy wybór i najbardziej stabilne związki metaloorganiczne , które są związane kowalencyjnie. Litoorganiczne związki nie są elektrycznie przewodzące lotne ciekłe lub stałe, które topią się w niskiej temperaturze i mają tendencję do tworzenia oligomerów ze strukturą (R h) x , gdzie R jest grupą organiczną. Jako elektrododatnim charakter litu umieszcza większość gęstości ładunku na wiązanie z atomem węgla, skutecznie tworząc karboanionu organolitu związki są bardzo mocne zasady i nukleofile . Do stosowania jako zasady, butyllithiums są często używane i są dostępne w handlu. Przykład związkiem litoorganicznym jest metylolit ((CH 3 Li) x ), która występuje w tetramerycznej ( x = 4, tetraedryczne) i heksameryczne ( x = 6 oktaedryczne) formy. Związki litoorganiczne, zwłaszcza n -butylolit, są przydatnymi reagentami w syntezie organicznej, ponieważ można by się spodziewać po przekątnej w stosunku danego LITOWYCH z magnezem, który odgrywa ważną rolę w reakcji Grignarda . Na przykład, alkyllithiums aryllithiums i mogą być stosowane do syntezy aldehydów i ketonów, w wyniku reakcji z metalem karbonylków . Reakcję z niklu tetracarbonyl , na przykład, zachodzi przez niestabilny acylową kompleksu niklu karbonylowej, która następnie ulega substytucji elektrofilowej , uzyskując pożądany aldehyd (za pomocą H + jako elektrofil) lub keton (z użyciem halogenku alkilowego) produktu.

Lir + [Ni (CO) 4 ] -CO   Li + [RCONi (CO) 3 ] -
Li + [RCONi (CO) 3 ] - H +rozpuszczalnik Li + + RCHO + [(rozpuszczalnik), Ni (CO) 3 ]
Li + [RCONi (CO) 3 ] - R'Br rozpuszczalnika Li + + R'COR + [(rozpuszczalnik), Ni (CO) 3 ]

Alkyllithiums i aryllithiums mogą reagować z N , N -dipodstawioną amidów z wytworzeniem aldehydów i ketonów i symetryczne ketony, na drodze reakcji z tlenkiem węgla . Rozkładają termicznie wyeliminować P-atom wodoru, wytwarzając alkenów i wodorek litowo : inna trasa jest reakcja eterów z alkilo- i aryllithiums które działają jako mocne zasady. W rozpuszczalnikach niepolarnych aryllithiums reagować jako karboaniony skutecznie ponownie, obracając dwutlenku węgla do aromatycznych kwasów karboksylowych (ARCO 2 H) oraz ketony arylowe, trzeciorzędowy karbinole (Ar 2 C (Ar) OH). Wreszcie, można je stosować do syntezy innych związków metaloorganicznych dzięki wymianie metal-fluorowiec.

Cięższe metale alkaliczne

W przeciwieństwie do związków litoorganiczny metaloorganiczne związki cięższe metali alkalicznych są przeważnie jonowej. Stosowanie organosodium związkami chemii jest częściowo ograniczone z uwagi na konkurencję związki litoorganiczne , które są dostępne w handlu i wykazują bardziej wygodny reaktywność. Głównym organosodium związek o znaczeniu handlowym jest cyklopentadienidopentakarboksylany sodu . Tetrafenyloboran sodu może być sklasyfikowany jako związek organosodium ponieważ w stałym sodu stan jest związany z grupami arylowymi. Związki metaloorganiczne wyższych metali alkalicznych, są bardziej reaktywne niż związki organosodium i ograniczoną użyteczność. Godnym odczynnik podstawa jest Schlosser , mieszanina n -butylolitu i potasu, tert -butanolan . Odczynnik ten reaguje z propenu , z wytworzeniem związku allylpotassium (KCH 2 CHCH 2 ). cis -2-buten i trans -2-buten Zrównoważyć w kontakcie z metalami alkalicznymi. Podczas gdy izomeryzacja jest szybkie litu i sodu, to jest wolne od ciężkich metali alkalicznych. Cięższe metale alkaliczne sprzyjać również przestrzennie zatłoczonych konformacji. Kilka struktur krystalicznych związków organopotassium odnotowano ustalenia, że, podobnie jak związki sodu są polimerowym. Organosodium, organopotassium, organorubidium oraz związki organocaesium są najczęściej niejonowy i są nierozpuszczalne (albo prawie) w niepolarnych rozpuszczalnikach.

Alkilowe lub arylowe pochodne sodu i potasu reagują z powietrzem. Powodują one rozszczepianie eterów , alkoholanów wytwarzania. W przeciwieństwie do związków alkilolitowych, alkylsodiums i alkylpotassiums nie może być wytworzony w wyniku reakcji metali z halogenkami alkilowymi, ponieważ sprzęgło Wurtza następuje:

RM + R'X → R-R”+ MX

Jako takie, mają być wykonane przez reakcję alkylmercury związki sodu lub potasu, metalu w obojętnych rozpuszczalnikach węglowodorowych. Podczas methylsodium tworzą tetramerów jak metylolit, methylpotassium więcej jonowych posiada arsenku niklu strukturę z dyskretnych anionów i kationów potasowych metylowych.

Metale alkaliczne i ich wodorki reakcji z węglowodorami kwasowych, na przykład cyclopentadienes i alkinów zaciskowych, w celu uzyskania soli. Ciekłym amoniaku, eter lub węglowodory, rozpuszczalniki są stosowane najczęściej, z której wynika tetrahydrofuran . Najważniejszym z tych związków jest cyklopentadienidopentakarboksylany sodu NAC 5 H 5 Ważnym prekursorem wielu metali przejściowych pochodnych cyklopentadienylowych. Podobnie, sole metali alkalicznych reaguje z cyklooktatetraen w tetrahydrofuranie, otrzymując metali alkalicznych cyclooctatetraenides ; Na przykład, dipotasowy cyclooctatetraenide (K 2 C 8 H 8 ) jest ważne, prekursor wielu pochodnych metali cyklooktatetraenyl, takich jak uranocene . W dużych i bardzo słabo polaryzacyjne kationy metali alkalicznych można stabilizować duże, aromatyczne polarisable rodników aniony, takie jak ciemnozieloną naphthalenide sodu , Na + [C 10 H 8 •] - , silny środek redukujący.

rozszerzenia

Empiryczne (Na, Cs, Mg-R) i przewidywaną (FR-UHP, UBN-Uch) promień atomowy metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych z trzeciego na okres IX , mierzony angstremów

Chociaż frans jest najcięższym metalu alkalicznego, która została wykryta, nastąpiła pewna praca teoretyczna przewidywania właściwości fizyczne i chemiczne hipotetycznych ciężkich metali alkalicznych. Jako pierwszy okres 8 elementu , nieodkryte elementem ununennium (elementu 119) przewiduje jako następną metalu alkalicznego, po frans i zachowywać się podobnie jak ich lekkich związków pokrewnych ; Jednakże przewiduje się również różnić się od lżejszych metali alkalicznych w pewnych właściwościach. Ich chemiczne przewiduje się bliższy potasu lub rubidu zamiast cezu lub frans. To niezwykłe jak okresowymi trendami , ignorując efekty relatywistyczne byłoby przewidzieć ununennium być jeszcze bardziej reaktywny niż cez i Frans. Ta obniżona reaktywność jest spowodowana relatywistycznego stabilizacji ununennium elektronów wartościowości jest zwiększenie ununennium w pierwszej energia jonizacji i zmniejszenie metaliczny i jonowej promienie ; efekt ten jest już widoczne dla francium. Zakłada się, że będą zachowywać ununennium chemicznie jako metalu alkalicznego, który jednak może nie być prawdą w wyniku efektów relatywistycznymi. Relatywistyczny stabilizacja 8S orbitalny zwiększa również ununennium za elektronów powinowactwo daleko wykraczającym poza cezu i francium; w istocie przewiduje się ununennium mieć powinowactwo elektronów wyższe od wszystkich metali alkalicznych lżejsze od niej. Efekty relatywistyczne również powodować bardzo duży spadek polaryzowalność z ununennium. Z drugiej strony, ununennium przewiduje się kontynuację tendencji malejących temperaturach topnienia schodząc do grupy, jest spodziewane, aby mieć temperaturę topnienia w zakresie od 0 ° C do 30 ° C.

Empiryczne (N-Pt) i przewidywaną (Uue) elektronów powinowactwa metali alkalicznych, od trzeciego do okresu VIII , mierzony elektronowoltów

Stabilizacja ununennium w wartościowości elektronów, a więc skurczenie przyczyna orbitalnej 8s promień atomowy być obniżony do 240  pm , bardzo blisko do tego, rubidu (247 pm), tak że chemia ununennium w stanie +1 utleniania powinna bardziej podobna do chemii rubidu niż do tej francium. Z drugiej strony, promień jonowy Uue + jonu przewiduje się większą niż Rb + , ponieważ 7P orbitale są destabilizowane a zatem większy niż ten p-orbitali dolnych powłok. Ununennium mogą pokazać +3 stopniu utlenienia , który nie jest widoczny w każdym z innego metalu alkalicznego, a ponadto na stan utlenienia +1, który jest charakterystyczny dla innych metali alkalicznych, a także główny utlenienia wszystkich znanych metali alkalicznych: to z powodu destabilizacji i rozbudowy 7p 3/2 Spinor, powodując jego peryferyjne elektrony mają mniejszą energię jonizacji niż to, co w przeciwnym razie należy się spodziewać. Rzeczywiście, oczekuje się, że wiele związków ununennium mieć dużą kowalencyjne postać, z powodu zaangażowania 7P 3/2 elektrony z wiązania.

Empiryczne (N-Pt Mg-R) i przewidywaną (Uue-UHP, UBN-Uch) energia jonizacji alkalicznych i metali ziem alkalicznych z trzeciego okresu IX, mierzony elektronowoltów

Nie tak wiele pracy zostało zrobione przewidywania właściwości metali alkalicznych poza ununennium. Chociaż prosta ekstrapolacja okresowego by umieścić elementu 169, unhexennium, pod ununennium obliczenia Diraca-Focka przewidzieć, że obok metalu alkalicznego, po ununennium może być w rzeczywistości elementem 165 unhexpentium, które przewiduje się, że ma konfigurację elektronową [Og] 5g 18 6f 14 7d 10 8S 2 8p 1/2 2 9s 1 . Ponadto, ten element będzie pośrednia między właściwościami metalu alkalicznego i grupę 11 elementów , a jednocześnie właściwości fizyczne i atomowych będzie bliżej pierwszego, jego chemiczne mogą być bardziej zbliżone do tego ostatniego. Dalsze obliczenia pokazują, że unhexpentium że zgodnie z tendencją wzrasta energia jonizacji poza cezu o energii jonizacji porównywalny z sodem i że powinien on nadal trend zmniejszania promienia atomowego poza cezu, mającą promień atomowy porównywalny z potasu , Jednakże, 7d elektrony unhexpentium może również być w stanie brać udział w reakcjach chemicznych oraz w 9s elektrony, ewentualnie pozwalając utlenienia niż +1, skąd prawdopodobnego zachowania metalu przejściowego unhexpentium. W związku z metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, zarówno jako bloku s elementy te prognozy tendencji i właściwości ununennium i unhexpentium także przeważnie posiadają bardzo podobne do odpowiednich metali ziem alkalicznych unbinilium (UBN) i unhexhexium (UHH).

Prawdopodobne właściwości dalszych metali alkalicznych poza unhexpentium nie zostały jeszcze zbadane, jak z roku 2015; W rzeczywistości, to jest podejrzenie, że mogą one nie być w stanie istnieć. W okresie 8 do góry okresowego efekty relatywistyczne i powłoki Struktura być tak silne, że ekstrapolacja z zapalniczki kongenerów się całkowicie niedokładne. Ponadto relatywistyczne i struktura powłoki stabilizujące działanie (S orbitali i destabilizacji i rozszerzyć D-, F i G-orbitali wyższych powłoki) wykazują działanie przeciwne, powodując większe różnice między Relatywistyczna i nierelatywistyczną obliczenia właściwości elementów z tak dużą liczbę atomową. Zainteresowanie właściwości chemicznych ununennium i unhexpentium wynika z faktu, że oba te elementy są usytuowane blisko przewidywanych miejsc wysp trwałości , wyśrodkowany na elementach 122 ( 306 ubb) i 164 ( 482 UHQ).

pseudo metali alkalicznych

Wiele innych substancji, są podobne do metali alkalicznych w ich tendencję do tworzenia monopositive kationów. Analogicznie do pseudohalogenów , mają czasami nazywany „pseudo metali alkalicznych”. Substancje te zawierają pewne elementy i wiele więcej jonów wieloatomowych ; wieloatomowe, że jony są szczególnie podobne do metali alkalicznych w ich duży rozmiar i słabej mocy polaryzacyjnych.

Wodór

Element wodoru z jednego elektronu na obojętnego atomu jest zwykle umieszczony w górnej grupie 1 okresowego dla wygody, ale nie jest wodorem zwykle uważane za metalu alkalicznego; jeżeli uważa się za metalu alkalicznego, to ze względu na jego właściwości atomowych, a nie jego właściwości chemiczne. W typowych warunkach czystego wodoru występuje w postaci dwuatomowy gazu składa się z dwóch węgla w cząsteczce (H 2 ); Jednakże, metale alkaliczne stanowią jedynie cząsteczki (np dwuatomowych dilitowej Li 2 ) w wysokiej temperaturze, gdy są one w gazowym stanie.

Wodoru, takie jak metale alkaliczne, posiada jedną wartościowość elektronów i reaguje łatwo z halogenów , ale podobieństwa kończą powodu małej wielkości nagim protonu H + w stosunku do kationów metali alkalicznych. Jego umieszczenie powyżej litu jest przede wszystkim ze względu na swoją konfigurację elektronową . Czasami jest umieszczony nad węgla ze względu na ich podobne electronegativities lub fluoru ze względu na ich podobne właściwości chemiczne.

Pierwszy energia jonizacji wodoru (1312,0 kJ / mol ) jest znacznie wyższa niż w przypadku metali alkalicznych. Ponieważ wymagana jest tylko jedna dodatkowa elektronów wypełnić zewnętrznej powłoki z atomu wodoru, wodór często działa jak atom fluorowca, tworząc ujemny wodorku jonu, i jest bardzo rzadko uważany za halogen tej podstawie. (Metale alkaliczne mogą również tworzyć jony ujemne, znane jako alkalides , lecz są one nieco ponad osobliwości laboratoryjnych, jest niestabilna). Argumentem przeciwko miejsca docelowego jest to, że tworzenie się wodorek z wodoru endotermiczne, w przeciwieństwie do powstawania egzotermicznej halogenków od halogenów , Promień H - anionem również nie mieści się w tendencji do zwiększania rozmiaru zejście chlorowce: rzeczywiście, H - jest bardzo rozproszonych, ponieważ jego pojedynczy protonowej nie można łatwo kontrolować zarówno elektrony. Spodziewano się od pewnego czasu, że ciekły wodór to wykazują właściwości metaliczne; Chociaż wykazano, że nie jest to przypadek, w warunkach skrajnie wysokich ciśnień , takich jak te, które znajdują się rdzenie Jupiter i Saturn , wodór staje się metaliczny i zachowuje się jak metalu alkalicznego; Na tym etapie, to jest znany jako metaliczny wodór . Oporność ciekłego metalicznego wodoru przy 3000 K jest w przybliżeniu równa ciekłego rubidu i cezu w temperaturze 2000 K w odpowiednich ciśnień, kiedy ulegają przemianie niemetalu-metal.

1S 1 konfiguracja elektronowa wodoru, a pozornie podobne do tego z metali alkalicznych (NS 1 ) jest unikalny, ponieważ nie ma 1P podpowłoką. W związku z tym może ona utracić elektronów, z wytworzeniem Hydron H + lub do uzyskania jednego z wytworzeniem wodorku jonów H - . W pierwszym przypadku to przypomina powierzchownie metale alkaliczne; W tym ostatnim przypadku, atomy chlorowca, jednak różnice ze względu na brak 1p podpowłoce jest na tyle ważne, że żadna z grup odpowiada właściwości wodoru dobrze. Grupa 14 może nadawać się pod względem właściwości termodynamiczne, takie jak energia jonizacji i powinowactwem elektronowym , ale czyni nonsens chemicznym, ponieważ nie może być wodorem czterowartościowy. Tak więc żaden z trzech docelowych są w pełni zadowalające, chociaż grupa 1 jest najczęściej docelowe (jeśli jest wybrana), ponieważ Hydron jest jak dotąd najważniejszym z monoatomowego gatunków wodoru, będącej podstawą chemii kwasowo-zasadowej. Na przykład właściwości niekonwencjonalnych WODORU, wiążące się z niezwykłej konfiguracji elektronowej i małych rozmiarów, jonów wodorowych jest bardzo małe (promień około 150  fm porównaniu do wielkości 50-220 pm większości innych atomów lub jonów), a więc jest nie istnieje w systemach skróconego inny niż w połączeniu z innymi atomami lub cząsteczek. Rzeczywiście, przenoszenie protonów pomiędzy chemikaliów jest podstawą chemii kwasowo-zasadowej . Unikatowy wodorowe jest zdolność do utworzenia wiązań wodorowych , które są skutkiem z przeniesieniem ładunku, elektrostatycznego i elektronów współzależnych zjawiska przyczyniające się. Podczas analogicznych wiązań litowe są również znane są głównie elektrostatyczny. Niemniej jednak, wodór może przybierać tę samą rolę strukturalną co metali alkalicznych w niektórych kryształów cząsteczkowych i ma ścisły związek z najlżejsze (w szczególności metali alkalicznych, litu).

Amoniowych

Podobnie jak w przypadku metali alkalicznych, amoniak, poddaje się reakcji z kwasem chlorowodorowym , z wytworzeniem soli chlorku amonu .

Amonu jonowego ( NH +
4
) ma bardzo podobne właściwości do ciężkich metali alkalicznych, działając jako metalu alkalicznego pośredniej pomiędzy potasu i rubidu, często uważa się za blisko spokrewniony. Na przykład, większość metali alkalicznych, solerozpuszczalne w wodzie, to cecha sole amonowe akcji. Oczekuje się amonu zachowuje się stabilnie w metalu ( NH +
4
jonów w morzu delokalizacji elektronu) przy bardzo wysokich ciśnieniach (chociaż mniejsze niż typowe ciśnienie którym przejścia z izolacyjnego z zachowaniem metaliczny występuje około 100  GPa ), a także mogą występować wewnątrz olbrzymów lodowych Urana i Neptuna , które mogą mieć znaczący wpływ na ich wewnętrznych pól magnetycznych. Szacuje się, że przejście z mieszaniną amoniaku i wodór cząsteczek metalicznych amoniowy może występować tylko pod ciśnieniem poniżej 25 GPa. W warunkach standardowych, amonowe mogą tworzyć metalowy z rtęcią amalgamat.

Inne „pseudo metali alkalicznych” obejmuje alkiloamoniowe kationy, w których niektóre atomy wodoru w kationu są zastąpione przez grupy alkilowe lub arylowe. W szczególności, czwartorzędowe kationy amoniowe ( NR +
4
) są bardzo użyteczne, ponieważ są one trwale naładowane, i są one często stosowane jako alternatywa dla drogiego Cs + w celu stabilizacji bardzo duża i łatwo polarisable aniony, takie jak HI -
2
. Wodorotlenki tetraalkiloamoniowe, takie jak wodorotlenki metali alkalicznych, są bardzo mocne zasady, zdolne do reakcji z atmosferycznym dwutlenkiem węgla z wytworzeniem węglany. Ponadto, atom azotu może być zastąpiony przez fosfor, arsen, antymon lub atomu (cięższe niemetaliczne azotowce ), tworząc fosfoniowy ( pH +
4
) lub arsoniowy ( AsH +
4
), kationem, który może być podstawiony, podobne; podczas stibonium ( ŚBH +
4
) nie jest sam w sobie znany, niektóre jego pochodne organiczne scharakteryzowane.

Cobaltocene i pochodne

Cobaltocene Co (C 5 H 5 ) 2 , jest metalocen The kobalt analogiem ferrocenu . Jest to ciemny fiolet stałe. Cobaltocene ma 19 elektronów wartościowości, jeden więcej niż zwykle w kompleksy metali metaloorganicznych, na przykład z bardzo stabilny względem, ferrocen, zgodnie z zasadą 18 elektronów . Ten dodatkowy elektronów zajmuje orbitalnej, który antibonding względem wiązań Co-C. W konsekwencji, wiele reakcji chemicznych Co (C 5 H 5 ) 2 charakteryzują się tendencja do utraty to „dodatkowy” elektronów, dając bardzo stabilną kation 18 elektronów zwany cobaltocenium. Wiele soli cobaltocenium współosad z soli cezu i wodorotlenek cobaltocenium jest mocną zasadą, która pochłania atmosferycznego ditlenku węgla, z wytworzeniem węglanu cobaltocenium. Podobnie jak w przypadku metali alkalicznych cobaltocene jest silnym środkiem redukującym i decamethylcobaltocene jest silniejsza powodu łącznego efektu indukcyjnego grup metylowych dziesięć. Kobaltu mogą być podstawione przez ich cięższe kongeneru rodu otrzymując rhodocene , jeszcze silniejszy środek redukujący. Iridocene (z udziałem irydu ) przypuszczalnie być jeszcze silniejsze, ale nie jest bardzo dobrze badane ze względu na jego niestabilność.

Tal

Bardzo czyste talu sztuk w szklanej ampułce , przechowywany w argonu gazu

Talem jest najcięższym stabilny elementem grupy 13 układu okresowego pierwiastków. U dołu okresowego tabeli, obojętny działanie pary jest bardzo mocna, ze względu na relatywistycznej stabilizacji 6s orbitalnych malejącej energii wiązania jak atomy wzrost wielkości tak, że ilość energii uwalnianej do formowania dwóch więcej wiązań nie jest warto wysokie energie jonizacji 6s elektrony. Wyświetla +1 stopniu utlenienia , że wszystkie znane wyświetlacz metali alkalicznych, oraz związki talu z talu w jego +1 utlenienia przypominają odpowiednie potasu lub srebra związków stechiometrycznie powodu podobnego jonowej promieniach Tl + (164  pm ), K + (152 pm), Ag + (129 pm), jony. Został on czasami uważane metal alkaliczny w Europie kontynentalnej (ale nie w Anglii) w latach bezpośrednio po jego odkryciu, i został umieszczony tuż po cezu jako szósty metali alkalicznych w Dmitrija Mendelejewa „1869 s okresowym i Lothar Meyer ” s 1868 okresowego. (1871 okresowego pierwiastków Mendelejewa i 1870 Okresowego Meyera umieścić tal w jego aktualnej pozycji w grupie boru i lewej przestrzeni poniżej cezu wykroju). Jednakże, tal wyświetla również na stopniu utlenienia +3, które nie są znane wyświetlacze metali alkalicznych (chociaż ununennium, nieodkryte siódmy metalu alkalicznego, przewiduje się, że może wyświetlić stan utlenienia +3). Szósta metalu alkalicznego jest obecnie uważane za frans. Natomiast Tl + stabilizuje obojętnego efekcie para, to obojętne parę 6s elektronów jest nadal w stanie brać udział chemicznie tak, że elektrony są stereochemicznie aktywnego w roztworze wodnym. Dodatkowo, halogenki talu (z wyjątkiem tlf ) są całkowicie nierozpuszczalne w wodzie, a tli ma niezwykłą konstrukcję, ze względu na obecność aktywnego stereochemicznie obojętnym pary w talu.

Miedź, srebro i złoto

Kryształ z miedzianym kolorze metalu mineralnego stojąc na białej powierzchni
Miedź
Kryształ srebrzyste krystalicznej metalu leżącego na powierzchni szare
Srebro
Kryształ żółtego metalu leżącego na powierzchni białego
Złoto

Te grupy 11 metale (lub metali Coinage), miedź , srebro i złoto , są zwykle podzielone na metalach przejściowych danych mogą tworzyć jony niecałkowicie d muszli. Fizycznie, mają stosunkowo niskie temperatury topnienia i wysokie wartości elektroujemności związanych z metalami po transformacji . „Wypełniony d podpowłoką i wolne s elektronów Cu, Ag i Au, przyczyniają się do ich dużej przewodności elektrycznej i cieplnej. Metale przejściowe z lewej grupa 11 interakcji doświadczeń pomiędzy s elektronów i częściowo wypełnionej d podpowłoki obniżającymi ruchliwość”. Chemicznie, że grupa 11 metale zachowują się jak metale grupy głównej w swoich +1 stanach walencyjnych, a więc są nieco związane metali alkalicznych: jest to jeden z powodów, dla ich uprzednio są oznaczone jako „grupa IB”, równolegle metali alkalicznych " grupy IA”. Są czasami klasyfikowane jako metale po transformacji. Ich widma są analogiczne do tych z metalami alkalicznymi. Ich monopositive jony paramagnetyczne i stanowią nie kolor ich sole, takie jak te z metalami alkalicznymi.

W Mendelejewa 1871 okresowego, miedzi, srebra i złota są wymienione dwa razy, raz zgodnie z grupy VIII (z triady żelaza i z grupy platynowców metali ), a gdy pod srebrem. Grupa IB został mimo parenthesised aby pamiętać, że to był niepewny. Głównym kryterium Mendelejewa do przydzielania grupy był maksymalny stan utlenienia elementu: na tej podstawie, grupy 11 elementów, nie mogą być zaklasyfikowane do grupy IB, z powodu istnienia miedzi (II) i złota (III), związki te są znane w tym czas. Jednakże, grupy IB spowodowałoby eliminację grupy i jedyną główną grupę (grupy VIII nazwano grupę przejściowy), aby nie zawierały rozgałęzienia A-B. Wkrótce po tym, większość chemików wybrał sklasyfikowanie tych pierwiastków z grupy IB i usunąć je z grupy VIII otrzymanego symetrii: był dominującym klasyfikacji aż powstanie nowoczesnego 18 kolumny okresowego średniej długości, który oddziela alkalicznych metale z grupy 11 i metale.

Metale Coinage tradycyjnie uważane za podziału grupy metalu alkalicznego, ze względu na ich charakterystykę dzielenia y 1 konfigurację elektronową z metali alkalicznych (Grupa 1: s 6 s 1 grupa 11: d 10 s 1 ). Jednak podobieństwa są w znacznym stopniu ograniczone do stechiometrii tych związków +1 obu grupach, a nie ich właściwości chemicznych. Wynika to z napełnionego d podpowłoką zapewniając znacznie słabsze działanie ekranujące na najbardziej zewnętrznej s elektronów niż napełnionego p podpowłoce, tak że metale Coinage znacznie wyższe energie pierwszy jonizacji mniejszy niż promień jonowy do odpowiednich metali alkalicznych. Ponadto, mają wyższe temperatury topnienia, gęstości, twardości, i reaktywności, oraz dolne i rozpuszczalności w ciekłym amoniaku , a także mające więcej kowalencyjnych w postaci ich związków. Wreszcie, metale alkaliczne są na górze elektrochemicznego serii , natomiast metale Coinage są prawie na samym dole. Metalami Coinage argon d powłoki łatwiej zakłócone niż metali alkalicznych argon P powłoki, tak, że drugi i trzeci energia jonizacji są mniejsze, co umożliwia wyższe stopnie utlenienia od +1 i bogatszego chemii koordynacyjnej, dając w ten sposób z grupy 11 metale jasne metal przejściowy charakter. Szczególnie godne uwagi jest złoto formowania jonowe związki o rubid i cez, w której tworzy się jony auride (AU - ), który występuje również w postaci solwatowanej w ciekłym roztworze amoniak tu złoto zachowuje się jak pseudohalogenkowy , ponieważ jego 5d 10 6s 1 konfiguracja ma jeden elektron mniej niż powłoka quasi zamknięty 5d 10 6S 2 konfiguracja rtęci .

Produkcja i izolacja

ALT1
ALT2
Salt Flats są bogate w sole litu, takie jak te w Salar del Hombre Muerto, Argentyna (z lewej) i Uyuni w Boliwii (po prawej). Solanka litu bogate zatężono przez pompowanie go do stawów odparowania słoneczne (widoczny w Argentynie obrazu).

Wytwarzanie czystych metali alkalicznych jest dość skomplikowane ze względu na ich bardzo reaktywności z powszechnie stosowanymi substancjami, takimi jak woda. Z ich krzemianowych rud wszystkie stabilne metali alkalicznych można otrzymać w ten sam sposób: kwas siarkowy stosuje się najpierw rozpuścić pożądany jon metalu alkalicznego i glinu jonami (iii) od rudy (wymywania), przy czym podstawowe wytrącanie usuwa jony glinu z Mieszaninę wytrącając go jako wodorotlenek . Pozostałe nierozpuszczalne sole metali alkalicznych węglanu wytrąca selektywnego sól rozpuszcza się w kwasie chlorowodorowym z wytworzeniem chlorku. Wynik jest następnie pozostawiono do odparowania, a metalem alkalicznym może być izolowane. Litu i sodu, zwykle izoluje się przez elektrolizę z ich ciekłymi chlorki, z chlorkiem wapnia, zazwyczaj dodaje się do obniżenia temperatury topnienia mieszaniny. Cięższe metale alkaliczne, jest jednak bardziej typowo izolowana w inny sposób, w którym środek redukujący (zazwyczaj sodu przez potas i magnez lub wapń jest używany do najcięższych metali alkalicznych) w celu zmniejszenia chlorku metalu alkalicznego. Produkt w stanie ciekłym lub gazowym (metalu alkalicznego), a następnie poddaje się destylacji frakcyjnej do oczyszczania. Większość otrzymywania czystych metali alkalicznych wymagają użycia elektrolizy z powodu ich dużej reaktywności; jeden z których kilka nie jest piroliza odpowiedniego metalu alkalicznego azydku , co daje metalu na sód, potas, rubid i cez azotku dla litu.

Sole litowe do ekstrakcji z wody wód mineralnych , solanki basenów i osadów solanką. Metal jest wytwarzany elektrolitycznie z mieszaniny stopionego chlorku litu i chlorku potasu .

Sodu występuje głównie w wodzie morskiej i suszy dnie , ale obecnie produkowane przez elektrolizę z roztworu chlorku sodu przez obniżenie temperatury topnienia substancji do temperatury poniżej 700 ° C dzięki zastosowaniu komórek Downs . Bardzo czysty sodu można otrzymać na drodze rozkładu termicznego azydku sodu . Potasu występuje w wielu minerałów, takich jak Sylvit ( chlorek potasu ). Wcześniej potasu zazwyczaj wykonane z elektrolizy chlorku potasu lub wodorotlenek potasu , znalezionego obszernie w miejscach takich jak Kanada, Rosji, Białorusi, Niemiec, Izraela, Stanów Zjednoczonych, i Jordanii, w sposób podobny do tego, jak sód był produkowany w latach 1800 i początku 1900. Może być również wytwarzana z wody morskiej . Niemniej jednak, metody te są problematyczne, ponieważ zazwyczaj metalicznego potasu rozpuszcza się w stopionym chloru i odparowuje w znacznym stopniu w temperaturach roboczych, potencjalnie tworzących wybuchowego nadtlenku. W wyniku czystego metalu potasu jest obecnie wytwarzany przez redukcję stopiony chlorek potasu metalicznego sodu w temperaturze 850 ° C.

Na (g) + KCI (L) ⇌ NaCl (l) + K (G)

Chociaż sodu jest mniej reaktywna niż potas, to proces działa, gdyż w tak wysokich temperaturach potasu jest bardziej lotny niż sód i może być z łatwością oddestylowany, tak, że równowaga przesuwa się w prawo, aby wytwarzać więcej gazu potasu i przebiega prawie do końca.

Błyszczące szary kawałek 5 centymetrów materii o szorstkiej powierzchni.
Ta próbka uraninit zawiera około 100000 węgla (3,3 x 10 - 20  g) frans-223 w danym momencie.

Od kilku lat w latach 1950 i 1960, produkt uboczny produkcji potasu zwanego Alkarb był głównym źródłem dla rubidu. Alkarb zawierał 21% rubidu resztę zaś potasu oraz niewielką część cezu. Obecnie największymi producentami cezu, na przykład kopalni Tanco w Manitoba, Kanada, produkować rubidu jako produkt uboczny z pollucytu . Obecnie, powszechną metodą rozdzielania z potas rubid i cez jest krystalizacja frakcyjna z rubidu i cezu ałun ( Cs , Rb ) Al ( SO 4 ) 2 · 12 H 2 O , co daje czysty rubidu ałun po około 30 rekrystalizacji. Ograniczonych aplikacji i brak mineralnych bogatej rubidu ograniczyć wytwarzanie związków rubidu z 2 do 4 ton na rok. Cezu, jednak nie jest wytwarzany w reakcji powyżej. Zamiast wydobycie pollucytu rudy jest głównym sposobem uzyskania czystego cezu, wyodrębniony z rudy głównie na trzy sposoby: trawienie kwasem, rozkład alkalicznych i redukcji bezpośredniej. Oba metali wytwarzane są w produkcji litu produktów ubocznych: po 1958 roku, gdy udział właściwości termojądrowej LITOWYCH wzrosła gwałtownie wytwarzanie rubidu i cezu również wzrosły odpowiednio. Czyste rubidu i cezu metali są produkowane przez zmniejszenie ich chlorków wapnia metalu w temperaturze 750 ° C i przy niskim ciśnieniu.

W wyniku skrajnej rzadkie w przyrodzie, najbardziej frans jest syntetyzowany w reakcji jądrowej 197 Au + 18 O210 Pt + 5 n , otrzymując frans-209 , frans-210 i frans-211 . Największą ilość frans nigdy zamontowany na bieżąco jest około 300.000 obojętne węgla, który syntetyzowano stosując reakcję jądrowego podane powyżej. Gdy tylko naturalny izotop francium-223 jest szczególnie wymagane, jest produkowany jako córka alfa aktynu-227, sama produkowane syntetycznie od napromieniowania neutronami naturalnego radu-226, jednej z córek naturalny uran-238.

Aplikacje

FOCS 1 cezowego zegar atomowy Szwajcaria
FOCS 1 cezowego zegar atomowy Szwajcaria

Litu, sodu, potasu i mają wiele zastosowań, a rubid i cez są bardzo przydatne w sytuacjach akademickich, ale nie mają jeszcze wiele zastosowań. Lit jest często stosowany w baterii litowo-jonowych lub tlenek litu może pomóc krzemionki procesu. Stearynian litu jest zagęszczacz i mogą być stosowane do smarów do smarowania; jest on wytwarzany z wodorotlenku litu, który jest również stosowany do absorpcji dwutlenku węgla w kapsułkach przestrzeni i łodzi podwodnych. Chlorek litu jest użyty jako stopu lutowniczego na części aluminiowych. Metalicznego litu, w stopach magnezu i glinu, uzyskując bardzo ciężkie i lekkie stopy.

Związki sodowe mają wiele zastosowań, najbardziej znany chlorek sodowymi jak soli kuchennej . Sole sodowe kwasów tłuszczowych, stosuje się jako mydła. Czystego metalu sodu ma wiele zastosowań, w tym stosowania lamp sodowych , które produkują bardzo wydajne światło w porównaniu do innych rodzajów oświetlenia, a może pomóc wygładzić powierzchnię innych metali. Jako silny czynnik redukujący, jest często stosowane w celu zmniejszenia wiele innych metali, takich jak tytan i cyrkon , z ich chlorkami. Co więcej, jest bardzo użyteczny jako płyn wymiany ciepła w reaktorach nuklearnych szybko hodowlanych z powodu jego niskiej temperatury topnienia i lepkości, o przekroju w kierunku absorpcji neutronów.

Związki potasu są często stosowane jako nawozy potas jest ważnym elementem dla żywienia roślin. Wodorotlenek potasu jest bardzo mocne zasady, i jest wykorzystywany do kontrolowania pH różnych substancji. Azotan potasu i nadmanganian potasu, są często stosowane jako silnych środków utleniających. Dysmutaza potasu stosuje się w maskach oddechowych, ponieważ reaguje z dwutlenkiem węgla z wytworzeniem węglanu potasu i gazowy tlen. Czysty metal potasu nie jest często używany, ale jego stopów o zawartości sodu może zastąpić czystego sodu w reaktorach nuklearnych szybko powielających.

Rubidu i cezu są często wykorzystywane w zegarach atomowych . Cezu zegary atomowe są niezwykle dokładne; Jeżeli zegar został wykonany w czasach dinozaurów, byłoby wyłączone przez mniej niż cztery sekundy (po 80 mln lat). Z tego powodu, atomów cezu są używane jako określenia drugiego. Jony rubidu są często wykorzystywane w fioletowe fajerwerki , a cez jest często stosowany w płynach wiertniczych w przemyśle naftowym.

Francium nie ma zastosowań komercyjnych, ale ze względu na stosunkowo prostą francium w strukturze atomowej , między innymi, że jest ono stosowane w spektroskopii eksperymenty prowadzące do szczegółowych informacji dotyczących poziomów energetycznych i stałych sprzężenia między subatomowych cząstek . Badania nad światła emitowanego przez laser-pułapce francium-210 jonów dostarczyły dokładnych danych na temat przejścia między poziomami energetycznymi atomów, podobnych do tych z przewidywaniami teorii kwantowej .

Rola biologiczna i środki ostrożności

metale

Czyste metali alkalicznych niebezpiecznie reaguje z powietrzem i wodą i musi być utrzymywana z dala od źródeł ciepła, pożaru, utleniacze, kwasy, większości związków organicznych, freonów , tworzyw sztucznych i wilgoci. Reagowały również dwutlenek węgla, czterochlorek węgla, tak, że normalne gaśnice są odwrotne stosowane pożarom metali alkalicznych. Niektóre klasy D suchy proszek gaśnice przeznaczone do pożarów metali są skuteczne pozbawienie ogień tlenu i chłodzenia metalu alkalicznego.

Eksperymenty są zazwyczaj przeprowadzane przy użyciu tylko niewielkie ilości kilku gramów w wyciągiem . Małe ilości litu, mogą być usunięte przez reakcję z zimną wodą, ale cięższe metali alkalicznych powinien być rozpuszczony w mniej reaktywną izopropanolu . Metale alkaliczne muszą być przechowywane w oleju mineralnym lub w atmosferze gazu obojętnego. Obojętną atmosferę można stosować argon lub azot gazowy, z wyjątkiem litu, który reaguje z azotem. Rubid i cez, muszą być oddalone od powietrza nawet w oleju, ponieważ nawet niewielkie ilości powietrza wtryskiwany do oleju może powodować tworzenie się wybuchowych niebezpieczny nadtlenek; Z tego samego powodu, potas, nie powinny być przechowywane w oleju w atmosferze zawierającej tlen, przez okres dłuższy niż 6 miesięcy.

jony

Bioinorganic Chemistry jonów metali alkalicznych zostały obszernie. krystaliczne struktury półprzewodnikowe zostały ustalone dla wielu kompleksów jonów metali alkalicznych w postaci małych peptydów, składników kwasów nukleinowych, węglowodanów i kompleksy jonoforami.

Lithium naturalnie występuje tylko w ilościach śladowych w układach biologicznych i ma znaną rolę biologiczną, ale ma wpływ na organizm po spożyciu. Węglanu litu jest stosowany jako stabilizator nastroju w psychiatrii, w leczeniu zaburzeń afektywnych dwubiegunowych ( maniakalno-depresja ) w dziennych dawkach od około 0,5 do 2 g, chociaż nie są niepożądane. Nadmierne spożycie litu powodują senność, niewyraźną mowę, wymioty, między innymi, objawów i trucizny ośrodkowy układ nerwowy , które są niebezpieczne, ponieważ wymagana dawka litu w leczeniu choroby afektywnej dwubiegunowej jest tylko nieznacznie niższy niż toksyczne dawki. Biochemii, tak jak jest on przenoszony przez organizm ludzki i badaniach wykorzystujących szczury, kozy i sugeruje, że jest to niezbędne mikroelement , chociaż naturalną funkcję biologiczną litu u ludzi musi jeszcze zostać określone.

Sodu i potasu, występują we wszystkich znanych układach biologicznych ogólnie działa jako elektrolitu wewnątrz i na zewnątrz komórki . Sód jest niezbędnym składnikiem odżywczym, która reguluje objętość krwi ciśnienie krwi, równowagi osmotycznej i wartości pH ; minimalny wymóg fizjologicznym do sodu wynosi 500 mg na dzień. Chlorku sodu (znany również jako sól kuchenna) jest głównym źródłem sodu w diecie i służy jako przyprawa i środek konserwujący, taki jak na wytrawianiu i dławiący ; większość z nich pochodzi z przetworzonej żywności. Spożycie odniesienia dla sodu wynosi 1,5 g dziennie, ale większość ludzi w Stanach Zjednoczonych zużywa więcej niż 2,3 g dziennie, minimalna kwota, która promuje nadciśnienie; To z kolei powoduje, że 7,6 mln przedwczesnych zgonów na całym świecie.

Potasu jest głównym kationem (jon dodatni) wewnątrz komórek zwierzęcych , a sód jest głównym kationem zewnątrz komórek zwierzęcych. Te stężenia różnice te naładowane cząstki powoduje różnicę potencjału elektrycznego pomiędzy wnętrzem i na zewnątrz komórek, znanego jako potencjału błonowego . Równowaga pomiędzy potasu i sodu utrzymuje się przez jon transportujących białek w błonie komórkowej . Potencjał błony komórkowej utworzone przez jony potasu i sodu pozwala komórek do wytworzenia potencjału czynnościowego -a „skok” wyładowania elektrycznego. Zdolność komórek do wytworzenia wyładowania elektrycznego jest krytyczna dla funkcji ciała, takich jak neurotransmisji , kurczenie się mięśni, oraz funkcji serca. Rozrywanie tej równowagi może zatem prowadzić do śmierci, na przykład, doustnie dużych ilości związków potasu może prowadzić do hiperkaliemii silnie wpływających na układ sercowo-naczyniowy. Chlorek potasu stosowany jest w Stanach Zjednoczonych przez śmiertelny zastrzyk wykonaniach.

Typu koła urządzenie radioterapię, która ma długą kolimatora do ogniskowania promieniowania do wąskiej belki. Cez-137 chlorek źródło promieniotwórcze jest Konferencja i promienie gamma są przedstawione wiązki wychodzącej z otworu. Było to źródło promieniowania uczestniczących w wypadku Goiânia, zawierający około 93 g chlorku cezu-137.

Ze względu na podobną atomowej promieniach, rubidu i cezu w organizmie mimicznych i potasu rozpuszcza się w podobny sposób. Nie są znane żadne rubidu rolę biologiczną, ale może pomóc w stymulowaniu metabolizmu , i podobnie jak cez, wymień potasu w organizmie, powodując niedobór potasu . Częściowe zastąpienie dość możliwe, a nietoksyczny: a kg osoba 70 zawiera średnio 0,36 g rubidu i zwiększenie tej wartości o 50 do 100 razy, nie wykazują ujemnych efektów u osób badanych. Szczury mogą przetrwać do 50% przez zastąpienie potasu rubidu. Rubidu (iw mniejszym stopniu cezu) mogą funkcjonować jako tymczasowe lekarstwa na hipokaliemia; podczas rubidu może odpowiednio fizjologicznie zastąpić potas w niektórych systemach, cez nigdy nie jest w stanie tego zrobić. Jest tylko bardzo ograniczone dowody w postaci objawów niedoboru dla rubidu jest ewentualnie niezbędny u kóz; Nawet jeśli to prawda, ślad wynosi zazwyczaj obecne w żywności są więcej niż wystarczające.

Związki cezu rzadko napotykanych przez większość ludzi, ale większość związków cezu słabo toksyczne. Jak rubid, cez zazwyczaj zastąpić potasu w organizmie, ale jest znacznie większe, a zatem gorszą substytut. Nadmiar cezu może prowadzić do hipokaliemii , zaburzeń rytmu serca , ostrej i zatrzymania akcji serca , ale takie ilości normalnie nie można napotkać w źródłach naturalnych. Jako takie, cez nie jest głównym chemiczne zanieczyszczenie środowiska. Średnia dawka śmiertelna (LD 50 ) wartość chlorku cezu u myszy wynosi 2,3 g na kg, co jest porównywalne do ld 50 wartości chlorek potasu i chlorek sodu . Chlorek cezu jest promowana jako alternatywnego leczenia raka, ale została połączona do śmierci ponad 50 pacjentów, w którym jest on używany jako część naukowo niezweryfikowane leczenia raka.

Radioizotopów cezu wymaga specjalnych środków ostrożności: niewłaściwe obchodzenie się z cezu-137 gamma źródeł może prowadzić do uwalniania tych izotopów promieniotwórczych i promieniowania urazów. Być może najbardziej znany przypadek jest przypadkiem Goiânia 1987, w którym niewłaściwie umieszczone, system radioterapii z opuszczonej klinice w mieście Goiânia , Brazylii , został oczyszczane z złomowaniu i świecące soli cezu sprzedawane ciekawy , niewykształconych kupujących. Doprowadziło to do czterech zgonów i poważnych obrażeń z ekspozycją na promieniowanie. Wraz z cez-134 , jod-131 i stront-90 , cez-137 był jednym izotopów rozproszonych przez katastrofy Czarnobylu stanowiących największe zagrożenie dla zdrowia. Radioizotopy francium przypuszczalnie być niebezpieczne, a także ze względu na ich dużą energią rozpadu i krótki okres półtrwania, ale żaden z nich nie został wyprodukowany w wystarczająco dużych ilościach, aby nie stwarzała poważne zagrożenie.

Uwagi

Referencje