Er zijn momenteel overal alkalimetalen om je heen. Natrium zit in keukenzout, lithium in de batterij van je telefoon en kalium in je bananen.

1. Wat zijn alkalimetalen?
2. Waarom worden ze alkalimetalen genoemd?
3. Chemische eigenschappen van alkalimetalen
4. Wanneer werden alkalimetalen ontdekt?
5. Alkalimetalen in het dagelijks leven

Wat zijn alkalimetalen?

Alkalimetalen zijn de zes verschillende chemische elementen die voorkomen in de eerste kolom van het periodiek systeem:lithium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) en francium (Fr).

De alkalimetaalgroep maakt deel uit van het S-blok van elementen in het periodiek systeem, die samen met waterstof, helium, calcium en andere hun buitenste elektron in een S-orbitaal hebben.

De alkalimetalen zijn zachte metalen die zeer reactief zijn met water en zuurstof. Ze zijn zo zacht dat je ze met een plastic mes kunt snijden. Ze hebben ook een zilverachtige glans en zijn uitstekende warmte- en lichtgeleiders.

Waarom worden ze alkalimetalen genoemd?

Alkalimetalen worden zo genoemd omdat wanneer alkalimetalen met water reageren, ze zeer alkalische stoffen creëren. Alkaliteit verwijst naar de pH van de stof, of het vermogen om zuur te neutraliseren. Stoffen die sterk alkalisch zijn, kunnen sterke basen vormen die zuren kunnen neutraliseren en een stabiel pH-niveau kunnen handhaven.

Alkalimetalen moeten niet worden verward met aardalkalimetalen.

Chemische eigenschappen van alkalimetalen

Elk element heeft een kern, bestaande uit protonen en neutronen, en bij alkalimetalen is dat niet anders. Rondom de kern van atomen bevinden zich elektronen, dit zijn deeltjes met een negatieve lading. Deze elektronen bevinden zich in energieschillen rond de kern van de atomen, die elk een variërend aantal elektronen kunnen bevatten. De eerste schil kan maximaal twee elektronen bevatten; de tweede tot acht; de derde, 18; en de vierde, 32. Het zijn deze elektronenschillen en de structuur van alkalimetalen die ze zo reactief maken.

Alle atomen willen van nature een volledige set buitenste elektronen hebben. Elementen in die eerste kolom van het periodiek systeem hebben echter allemaal één elektron in hun buitenste schil. Deze buitenste schil wordt ook wel de valentieschil genoemd, en de elektronen die zich daarin bevinden worden valentie-elektronen genoemd.

Hoge versus lage reactiviteit

Omdat er slechts één valentie-elektron in de buitenste schil zit, kunnen de alkalimetaalatomen heel gemakkelijk stabiliteitspunten bereiken; ze hoeven alleen maar één elektron te verliezen! Deze bereidheid en het gemak waarmee een elektron verloren gaat om een ​​evenwichtstoestand te bereiken, staat bekend als hoge reactiviteit. In feite wordt reactiviteit in de chemie gedefinieerd door het aantal elektronen in de buitenste schil.

Edelgassen (elementen als neon en helium) zijn niet erg reactief omdat hun buitenste elektronenschillen vol zijn. Daarom praten scheikundigen over atomen die een ‘edelgasconfiguratie’ willen bereiken.

"Omdat de alkalimetalen slechts één valentie-elektron hebben, bereiken ze deze toestand doorgaans door dat elektron op te geven. In dit proces wordt het alkalimetaal geoxideerd en wordt alles wat het elektron uit het alkalimetaal haalt, gereduceerd. alkalimetalen geven graag hun enkele valentie-elektron op", zegt dr. Chip Nataro, hoogleraar scheikunde aan het Lafayette College in Easton, Pennsylvania.

"Aangezien elektronen een lading van -1 hebben, zorgt het verlies van een elektron ervoor dat het atoom een ​​lading van +1 heeft. Wanneer dit gebeurt, wordt het atoom een ​​ion genoemd en omdat het een positieve lading zou hebben, wordt het een kation genoemd. Dus alle alkalimetalen maken graag kationen met een lading van +1."

Alkalimetalen in de natuur

Omdat alkalimetalen gemakkelijk reageren, worden ze in de natuur meestal samen met andere metalen aangetroffen. Natriumchloride (keukenzout) en natriumcarbonaat (natriumcarbonaat) zijn bijvoorbeeld algemeen verkrijgbare natriumverbindingen.

Als een element zeer reactief is, is het moeilijker om zijn pure vorm in de natuur te vinden.

"Al deze elementen werden voor het eerst ontdekt in verbindingen [en] sommige ontdekkingen zijn moeilijk toe te schrijven vanwege de overvloed en het gebruik van de verbindingen", zegt Nataro. "Naarmate je het periodiek systeem afdaalt, zijn de alkalimetalen meer geneigd hun valentie-elektron te verliezen" en dus "neemt ook de hoeveelheid van het element dat in de natuur wordt aangetroffen af, [resulterend in] latere ontdekkingsdata."

Wanneer werden alkalimetalen ontdekt?

Lithium werd voor het eerst ontdekt in 1817 toen Johan August Arfwedson, een Zweedse chemicus, mineraalerts analyseerde. Cesium en rubidium werden respectievelijk in 1860 en 1861 ontdekt door de Duitse chemici Robert Bunsen (die zijn naam leende aan de bunsenbrander) en Gustav Kirchhoff (die de wetten van Kirchhoff voor elektrische stroom bedacht). Francium, het meest reactieve van de alkalimetalen die we momenteel kennen, werd in 1939 ontdekt door de Franse wetenschapper Marguerite Perey aan het Curie Instituut in Parijs.

Natrium en kalium, twee veel voorkomende alkalimetalen, hebben onbekende ontdekkingsdata omdat ze al zo lang worden gebruikt. Maar wetenschappers konden de zuivere elementen pas isoleren door de beroemde scheikundige Humphrey Davy in 1807. Rubidium werd pas in 1928 geïsoleerd, ook door Bunsen en Kirchhoff.

Alkalimetalen reageren krachtig op water en lucht. Deze elementen zullen ronddansen, zinderend door de productie van waterstofgas, en vaak exploderen. Ze worden ook reactiever naarmate je verder in het periodiek systeem komt, waarbij cesium en frankium zo reactief zijn dat ze eenvoudigweg in brand kunnen vliegen als ze aan de lucht worden blootgesteld. De elementen nemen ook toe in atoomstraal, nemen af ​​in elektronegativiteit en nemen af ​​in smelt- en kookpunten naarmate je verder naar beneden gaat in het periodiek systeem.

Je vraagt ​​je misschien af ​​hoe de alkalimetalen ooit in de natuur zijn ontdekt als ze zo heftig reageren op lucht en water. Het blijkt dat de meeste alkalimetalen in de natuur als ionen worden aangetroffen vanwege hun grote wens om te reageren en dat ene valentie-elektron te verliezen. In hun ionische vorm zijn de metalen veel minder reactief.

Alkalimetalen in het dagelijks leven

Alkalimetalen hebben een interessante chemische dualiteit, omdat ze heel gebruikelijk zijn in het dagelijks leven, maar ook zeer ongebruikelijk in hun ruwe elementaire vormen.

Kalium- en natriumionen zijn bijvoorbeeld essentiële voedingsstoffen; als elektrolyten reguleren ze de bloeddruk en de vochtbalans in het lichaam. Zuivere natriumatomen kun je niet in de winkel kopen, maar je kunt het in veel voedingsmiddelen vinden, maar ook in keukenzout (natriumchloride), zuiveringszout (natriumbicorbonaat) en loog (natriumhydroxide, ook wel bijtende soda genoemd).

Kaliumzouten (kaliumchloride) kunnen worden gebruikt om een ​​laag kaliumgehalte in het bloed te behandelen en zijn een belangrijk ingrediënt in commerciële kunstmest. Kaliumhydroxide wordt gebruikt in zeepoplossingen. Kaliumnitraat (salpeter) werd gebruikt om buskruit te maken en is overigens een uitstekend conserveermiddel voor voedsel, dat ervoor zorgt dat hotdogs en ander verwerkt vlees hun roze tint krijgen.

Lithium wordt gebruikt bij de productie van batterijen en lithiumzouten worden gebruikt als stemmingsstabiliserend medicijn.

De meer reactieve elementen, cesium, rubidium en francium, hebben minder natuurlijke toepassingen. Cesium wordt onder andere gebruikt in atoomklokken, boren en bij het maken van optisch glas. Rubidium wordt gebruikt in medische beeldvorming en vacuümbuizen. Francium, dat zeer zeldzaam is, heeft niet veel commerciële toepassingen, maar wordt gebruikt in onderzoek en om bepaalde vormen van kanker te diagnosticeren.

Ten slotte zijn alle alkalimetalen ook ongelooflijk nuttige leermiddelen op het gebied van de scheikunde. Leraren demonstreren graag het principe van reactiviteit door een alkalimetaal in water te laten vallen, zodat de klas vol ontzag kan kijken hoe het vuur spuwt en explodeert.

Dat is nu radioactief!

Francium is het zeldzaamste alkalimetaal en het op een na zeldzaamste element in de aardkorst (naar schatting bevindt zich slechts 340-550 gram of ongeveer 1 pond in de aardkorst). Het is ook zeer radioactief en heeft een maximale levensduur van slechts 22 minuten. Francium is nog nooit in water gevallen, omdat het zo zeldzaam en zo duur is, maar wetenschappers verwachten wel dat het de hoogste reactie zal hebben van welk alkalimetaal dan ook.

Veel beantwoorde vragen

Wat zijn alkalimetalen?

De alkalimetalen zijn een groep elementen in het periodiek systeem met vergelijkbare eigenschappen:het zijn allemaal glanzende, zilverwitte, zeer reactieve metalen. De alkalimetalen zijn lithium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) en frankium (Fr).