Metales alcalinos

una

3	Litio
li6,94 ± 0,06 [1]
[No] 2s 1

once	Sodio
N / A22.9898
[Ne]3s 1

cuatro

19	Potasio
k39.0983
[Ar]4s 1

37	Rubidio
Rb85.4678
[Kr]5s 1

55	Cesio
cs132.9055
[Xe]6s 1

87	Francia
fr(223)
[Rn]7s 1

Los metales alcalinos son elementos del 1er grupo de la tabla periódica de elementos químicos (según la clasificación obsoleta , elementos del subgrupo principal del grupo I) [2] : litio Li, sodio Na, potasio K, rubidio Rb, cesio Cs, francio p. El hipotético elemento de unión 119 , en caso de su descubrimiento, de acuerdo con la estructura de su capa electrónica externa, también se clasificará como un metal alcalino. Cuando los metales alcalinos se disuelven en agua , se forman hidróxidos solubles , llamados álcalis ..

Características generales de los metales alcalinos

En el sistema Periódico , siguen inmediatamente a los gases inertes , por lo que la característica estructural de los átomos de metales alcalinos es que contienen un electrón en el nivel de energía externo: su configuración electrónica es ns 1 . Obviamente, los electrones de valencia de los metales alcalinos se pueden quitar fácilmente, porque es energéticamente favorable para un átomo donar un electrón y adquirir una configuración de gas inerte . Por lo tanto, todos los metales alcalinos se caracterizan por tener propiedades reductoras . Esto se confirma por los bajos valores de sus potenciales de ionización ( el potencial de ionización del átomo de cesio es el más bajo) y electronegatividad (EO). Como consecuencia, en la mayoría de los compuestos, los metales alcalinos están presentes como cationes con una sola carga . Sin embargo, también hay compuestos en los que los metales alcalinos están representados por aniones (ver Alcalides ).

Algunas propiedades atómicas y físicas de los metales alcalinos

número atómico	nombre, símbolo	Número de isótopos naturales	Masa atomica	Energía de ionización , kJ mol −1	Afinidad electrónica , kJ mol −1	EO	Δ H diss , kJ mol −1	Metal. radio, nanómetro	Radio iónico (cn 6), nm	t pl , °C	t bala , °C	Densidad , g/cm³	Δ H pl , kJ mol −1	Δ H kip , kJ mol −1	Δ Harr , kJ mol −1
3	litio Li	2	6.941(2)	520.2	59.8	0.98	106.5	0.152	0.076	180.6	1342	0.534	2.93	148	162
once	Sodio Na	una	22.989768(6)	495.8	52,9	0.93	73.6	0.186	0.102	97.8	883	0.968	2.64	99	108
19	potasio K	2+1 un	39.0983(1)	418.8	46.36	0.82	57.3	0.227	0.138	63.07	759	0.856	2.39	79	89.6
37	Rubidio Rb	1+1 un	85.4687(3)	403.0	46.88	0.82	45.6	0.248	0.152	39.5	688	1.532	2.20	76	82
55	Cesio Cs	una	132.90543(5)	375.7	45,5	0.79	44.77	0.265	0.167	28.4	671	1,90	2.09	67	78.2
87	francio franco	2 un	(223)	380	(44.0)	0.7	—	—	0.180	veinte	690	1.87	2	sesenta y cinco	—

a Isótopos radiactivos: 40 K, T 1/2 = 1,277 10 9 años ; 87 Rb, T 1/2 = 4,75 10 10 años ; 223 Fr, T1 / 2 = 21,8 min ; 224 Fr, T 1/2 = 3,33 min .

Todos los metales de este subgrupo son de color blanco plateado (excepto el cesio amarillo plateado ), son muy blandos, se pueden cortar con un bisturí. El litio , el sodio y el potasio son más ligeros que el agua y flotan en su superficie, reaccionando con ella.

Litio
Sodio
Potasio
Rubidio
Cesio

Muchos minerales contienen metales alcalinos. Por ejemplo, la ortoclasa , o feldespato , consiste en aluminosilicato de potasio K 2 [Al 2 Si 6 O 16 ], un mineral similar que contiene sodio - albita - tiene la composición Na 2 [Al 2 Si 6 O 16 ]. El agua de mar contiene cloruro de sodio NaCl, y el suelo contiene sales de potasio : silvin KCl, silvinita NaCl KCl , carnalita KCl MgCl 2 6H 2 O , polihalita K 2 SO 4 MgSO 4 CaSO 4 2H 2 O.

Propiedades químicas de los metales alcalinos

Debido a la alta reactividad de los metales alcalinos con respecto al agua, el oxígeno y, a veces, incluso el nitrógeno ( Li ), se almacenan bajo una capa de queroseno . Para llevar a cabo la reacción con un metal alcalino, una pieza del tamaño requerido se corta cuidadosamente con un bisturí bajo una capa de queroseno, la superficie del metal se limpia a fondo de los productos de su interacción con el aire en una atmósfera de argón , y solo luego la muestra se coloca en el recipiente de reacción.

Interacción con el agua

Una propiedad importante de los metales alcalinos es su alta actividad con respecto al agua. El litio reacciona más tranquilamente (sin explosión ) con agua:

{\mathsf {2\ Li+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ LiOH+\ H_{2}\uparrow ))

Al realizar una reacción similar, el sodio arde con una llama amarilla y se produce una pequeña explosión. El potasio es aún más activo: en este caso, la explosión es mucho más fuerte y la llama es de color púrpura.

Interacción con el oxígeno

Los productos de combustión de los metales alcalinos en el aire tienen una composición diferente según la actividad del metal.

Solo el litio se quema en el aire con la formación de un óxido de composición estequiométrica:

{\mathsf {4\ Li+\ O_{2}\longrightarrow 2\ Li_{2}O))

Durante la combustión del sodio, el peróxido Na 2 O 2 se forma principalmente con una pequeña mezcla de superóxido NaO 2 :

{\mathsf {2\ Na+\ O_{2}\longrightarrow \ Na_{2}O_{2))}

Los productos de combustión de potasio, rubidio y cesio contienen principalmente superóxidos :

{\mathsf {K+\ O_{2}\longrightarrow \ KO_{2))}

{\displaystyle {\mathsf {Rb+\ O_{2}\longrightarrow \ RbO_{2))))

{\displaystyle {\mathsf {Cs+\ O_{2}\longrightarrow \ CsO_{2))))

Para obtener óxidos de sodio y potasio, se calientan mezclas de hidróxido, peróxido o superóxido con un exceso de metal en ausencia de oxígeno:

{\mathsf {2\ Na+2\ NaOH\longrightarrow 2\ Na_{2}O+\ H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {2\ Na+\ Na_{2}O_{2}\longrightarrow 2\ Na_{2}O))

{\mathsf {3\ K+\ KO_{2}\longrightarrow 2\ K_{2}O))

Para los compuestos de oxígeno de metales alcalinos, es característica la siguiente regularidad: a medida que aumenta el radio del catión de metal alcalino, aumenta la estabilidad de los compuestos de oxígeno que contienen el ion peróxido O.2−
2y ion superóxido O−
2.

Para los metales alcalinos pesados, es característica la formación de ozónidos bastante estables de la composición EO 3 . Todos los compuestos de oxígeno tienen diferentes colores, cuya intensidad aumenta en la serie de Li a Cs :

Fórmula de un compuesto de oxígeno.	Color
Li2O _ _	Blanco
Na2O _ _	Blanco
K2O _ _	Amarillento
Rb2O _ _	Amarillo
Cs2O _ _	Naranja
Na2O2 _ _ _	amarillo claro
KO 2	Naranja
RbO2 _	marrón oscuro
CsO2 _	Amarillo

Los óxidos de metales alcalinos tienen todas las propiedades de los óxidos básicos : reaccionan con el agua, los óxidos ácidos y los ácidos :

{\mathsf {Li_{2}O+\ H_{2}O\longrightarrow 2\ LiOH))

{\mathsf {K_{2}O+\ SO_{3}\longrightarrow \ K_{2}SO_{4))}

{\mathsf {Na_{2}O+2\ HNO_{3}\longrightarrow 2\ NaNO_{3}+\ H_{2}O))

Los peróxidos y superóxidos exhiben las propiedades de agentes oxidantes fuertes :

{\mathsf {Na_{2}O_{2}+2\ NaI+2\ H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ I_{2}+2\ Na_{2}SO_{4}+2\ H_{ 2}O}}

Los peróxidos y superóxidos interactúan intensamente con el agua, formando hidróxidos:

{\mathsf {Na_{2}O_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ NaOH+\ H_{2}O_{2))}

{\mathsf {2\ KO_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 2\ KOH+\ H_{2}O_{2}+\ O_{2}\uparrow ))

Interacción con otras sustancias

Los metales alcalinos reaccionan con muchos no metales . Cuando se calientan, se combinan con hidrógeno para formar hidruros , con halógenos , azufre , nitrógeno , fósforo , carbono y silicio para formar, respectivamente, haluros , sulfuros , nitruros , fosfuros , carburos y siliciuros :

{\mathsf {2\ Na+\ H_{2}\longrightarrow 2\ NaH))

{\mathsf {2\ Na+\ Cl_{2}\longrightarrow 2\ NaCl))

{\mathsf {2\ K+\ S\longrightarrow \ K_{2}S))

{\mathsf {6\ Li+\ N_{2}\longrightarrow 2\ Li_{3}N))

{\mathsf {2\ Li+2\ C\longrightarrow \ Li_{2}C_{2))}

Cuando se calientan, los metales alcalinos pueden reaccionar con otros metales para formar compuestos intermetálicos . Los metales alcalinos reaccionan activamente (con una explosión) con los ácidos .

Los metales alcalinos se disuelven en amoníaco líquido y sus derivados - aminas y amidas :

{\mathsf {2\ Na+2\ NH_{3}\longrightarrow 2\ NaNH_{2}+\ H_{2}\uparrow ))

Cuando se disuelve en amoníaco líquido, un metal alcalino pierde un electrón , que es solvatado por moléculas de amoníaco y le da a la solución un color azul. Las amidas resultantes se descomponen fácilmente con agua con formación de álcali y amoníaco:

{\ matemáticasf {KNH_{2}+\ H_{2}O\longrightarrow \ KOH+\ NH_{3}\uparrow }}

Los metales alcalinos interactúan con sustancias orgánicas alcoholes (para formar alcoholatos ) y ácidos carboxílicos (para formar sales ):

{\mathsf {2\ Na+2\ CH_{3}CH_{2}OH\longrightarrow 2\ CH_{3}CH_{2}ONa+\ H_{2}\uparrow ))

{\mathsf {2\ Na+2\ CH_{3}COOH\longrightarrow 2\ CH_{3}COONa+\ H_{2}\uparrow ))

Determinación cualitativa de metales alcalinos

Dado que los potenciales de ionización de los metales alcalinos son pequeños, cuando un metal o sus compuestos se calientan en una llama, un átomo se ioniza, tiñendo la llama de un color determinado:

Coloración a la llama con metales alcalinos
y sus compuestos

metal alcalino	color de la llama
li	rojo carmín
N / A	Amarillo
k	Violeta
Rb	rojo marrón
cs	rojo púrpura

Obtención de metales alcalinos

Electrólisis de haluros fundidos

Para obtener metales alcalinos, utilizan principalmente la electrólisis de fundidos de sus haluros , más a menudo cloruros , que forman minerales naturales :

{\ mathsf {2\ LiCl\longrightarrow 2\ Li+\ Cl_{2}\uparrow ))

cátodo :

{\mathsf {Li^{+}}}+e\longrightarrow {\mathsf {Li}}

ánodo :

{\mathsf {2Cl_{-}}}-2e\longrightarrow {\mathsf {Cl_{2}}}\uparrow

Electrólisis de hidróxidos fundidos

A veces, para obtener metales alcalinos, se lleva a cabo la electrólisis de fundidos de sus hidróxidos :

{\mathsf {4\ NaOH\longrightarrow 4\ Na+2\ H_{2}O+\ O_{2}\uparrow ))

cátodo:

{\mathsf {Na^{+}}}+e\longrightarrow {\mathsf {Na}}

ánodo:

{\mathsf {4OH^{-}}}-4e\longrightarrow {\mathsf {2H_{2}O+O_{2}}}\uparrow

Recuperación de haluros

Un metal alcalino se puede reducir del cloruro o bromuro correspondiente con calcio , magnesio , silicio y otros agentes reductores cuando se calienta al vacío a 600-900 ° C:

{\ mathsf {2\ MCl+\ Ca\longrightarrow 2\ M\uparrow +\ CaCl_{2))}

Para que la reacción avance en la dirección correcta, el metal alcalino libre resultante (M) debe eliminarse por destilación. De manera similar, es posible la reducción mediante circonio a partir de cromato . Existe un método conocido para la obtención de sodio por reducción de carbonato con carbón a 1000°C en presencia de caliza .

Dado que los metales alcalinos están a la izquierda del hidrógeno en la serie electroquímica de voltajes , es imposible obtenerlos electrolíticamente a partir de soluciones salinas acuosas; en este caso, se forman los correspondientes álcalis e hidrógeno.

Compuestos de metales alcalinos

Hidróxidos

Para la producción de hidróxidos de metales alcalinos , se utilizan principalmente métodos electrolíticos. La más a gran escala es la producción de hidróxido de sodio por electrólisis de una solución acuosa concentrada de sal común :

{\mathsf {2\ NaCl+2\ H_{2}O\longrightarrow \ H_{2}\uparrow +\ Cl_{2}\uparrow +2\ NaOH))

cátodo :

2\ {\mathsf {H^{+}}}+2\ e\longrightarrow \ {\mathsf {H_{2}}}\uparrow

ánodo :

2\ {\mathsf {Cl^{-}}}-2\ e\longrightarrow \ {\mathsf {Cl_{2}}}\uparrow

Anteriormente , el álcali se obtenía mediante la reacción de intercambio:

{\mathsf {Na_{2}CO_{3}+\ Ca(OH)_{2}\longrightarrow \ CaCO_{3}\downarrow +2\ NaOH))

El álcali así obtenido estaba fuertemente contaminado con sosa Na2CO3 .

Los hidróxidos de metales alcalinos son sustancias higroscópicas blancas cuyas soluciones acuosas son bases fuertes . Participan en todas las reacciones características de las bases: reaccionan con ácidos, óxidos ácidos y anfóteros , hidróxidos anfóteros :

{\mathsf {2\ LiOH+\ H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ Li_{2}SO_{4}+2\ H_{2}O))

{\mathsf {2\ KOH+\ CO_{2}\longrightarrow \ K_{2}CO_{3}+\ H_{2}O))

{\mathsf {KOH+\ Al(OH)_{3}\longrightarrow \ K[Al(OH)_{4}]}}

Los hidróxidos de metales alcalinos se subliman sin descomposición cuando se calientan, a excepción del hidróxido de litio , que, al igual que los hidróxidos de metales del grupo principal del subgrupo II , se descompone en óxido y agua cuando se calcina :

{\ mathsf {2\ LiOH\longrightarrow \ Li_{2}O+\ H_{2}O))

El hidróxido de sodio se utiliza para fabricar jabones , detergentes sintéticos , fibras artificiales, compuestos orgánicos como el fenol .

Sales

Un producto importante que contiene un metal alcalino es la soda Na 2 CO 3 . La mayor cantidad de refrescos en todo el mundo se produce según el método Solvay , propuesto a principios del siglo XX. La esencia del método es la siguiente: una solución acuosa de NaCl , a la que se agrega amoníaco, se satura con dióxido de carbono a una temperatura de 26-30 ° C. En este caso, se forma un bicarbonato de sodio poco soluble , llamado bicarbonato de sodio :

{\mathsf {NaCl+\ NH_{3}+\ CO_{2}+\ H_{2}O\longrightarrow \ NaHCO_{3}\downarrow +\ NH_{4}Cl))

Se agrega amoníaco para neutralizar el ambiente ácido que se produce cuando el dióxido de carbono pasa a la solución y para obtener el ion bicarbonato HCO 3 , necesario para la precipitación del bicarbonato de sodio. Después de la separación del bicarbonato de sodio, la solución que contiene cloruro de amonio se calienta con cal y se libera amoníaco, que se devuelve a la zona de reacción:

{\mathsf {2\ NH_{4}Cl+\ Ca(OH)_{2}\longrightarrow 2\ NH_{3}\uparrow +\ CaCl_{2}+2\ H_{2}O))

Así, con el método de producción de soda con amoníaco, el único desperdicio es el cloruro de calcio , que permanece en solución y tiene un uso limitado.

Cuando se calcina bicarbonato de sodio, ceniza de sosa , o lavado , se obtiene Na 2 CO 3 y dióxido de carbono utilizado en el proceso de obtención de bicarbonato de sodio :

{\mathsf {2\ NaHCO_{3}\longrightarrow \ Na_{2}CO_{3}+\ CO_{2}\uparrow +\ H_{2}O))

El principal consumidor de refrescos es la industria del vidrio.

A diferencia de la sal ácida ligeramente soluble NaHCO 3 , el bicarbonato de potasio KHCO 3 es altamente soluble en agua, por lo tanto el carbonato de potasio , o potasa , K 2 CO 3 se obtiene por la acción del dióxido de carbono sobre una solución de hidróxido de potasio :

{\mathsf {2\ KOH+\ CO_{2}\longrightarrow \ K_{2}CO_{3}+\ H_{2}O))

La potasa se utiliza en la fabricación de vidrio y jabón líquido.

El litio es el único metal alcalino del que no se ha obtenido bicarbonato. La razón de este fenómeno es el radio muy pequeño del ion de litio , que no le permite retener un ion HCO bastante grande.−
3.

Seguridad

Todos los metales alcalinos son muy activos cuando interactúan con agua, oxígeno, halógenos y otros compuestos. Las interacciones con el agua son especialmente peligrosas, ya que los productos de reacción son álcalis cáusticos y se produce una enorme liberación de energía, acompañada de un fogonazo (en el caso del potasio) o una explosión (en el caso del rubidio o el cesio). Por lo tanto, es necesario seguir las reglas de seguridad cuando se trabaja con ellos. El trabajo debe realizarse exclusivamente con guantes de látex, también es necesario usar gafas de seguridad. En los experimentos solo se utilizan pequeñas cantidades, que se manipulan con pinzas; en el caso de residuos sin reaccionar de metales alcalinos (por ejemplo, sodio o potasio), se utiliza la eliminación en alcohol anhidro. El rubidio y el cesio, debido a su altísima actividad química (explosiva), prácticamente no se utilizan en los experimentos. Los metales alcalinos se almacenan bajo una capa de queroseno en recipientes herméticamente cerrados. Es imposible extinguir los metales alcalinos con agua, ya que la reacción va acompañada de una explosión. Los residuos de metales alcalinos se eliminan con alcohol etílico.

Literatura

Akhmetov N. S. Química general e inorgánica. - M. : Escuela superior, 2001.
Eremina E. A., Ryzhova O. N. Capítulo 14. Metales alcalinos // Manual de química para escolares. - M. : Examen, 2009. - S. 224-231. — 512 págs. - 5000 copias. — ISBN 978-5-377-01472-0 .
Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Los comienzos de la química. Un curso moderno para aspirantes a universidades. - M. : Examen, 1997-2001.
Lidin R. A., Andreeva L. L., Molochko V. A. Manual de química inorgánica. — M .: Química, 1987.
Nekrasov BV Fundamentos de Química General. — M .: Química, 1974.
Spitsyn VI , Martynenko L.I. Química inorgánica. - M. : MGU, 1991, 1994.
Turova N. Ya. Química inorgánica en tablas. Tutorial. - M. : Escuela Superior de Química de la Academia Rusa de Ciencias, 1997.
Vrublevsky I.A. Fundamentos de Química

Notas

↑ Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico de la IUPAC) (inglés) - IUPAC , 1960. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2019-0603
↑ Tabla periódica Archivado el 17 de mayo de 2008. en el sitio web de la IUPAC

Véase también

metales alcalinotérreos

Enlaces

diccionarios y enciclopedias

Gran danés
Gran soviet (1 ed.)
Brockhaus y Efron
Pequeño Brockhaus y Efron
Britannica (en línea)
universalis
Escritorio
Granada

En catálogos bibliográficos
BNE : XX533900 BNF : 12121218w TIERRA : 4224517-5 J9U : 987007294080905171 LCCN : sh85003587 NDL : 00560346 NKC : ph174615

Metales alcalinos

Litio
Li
Número atómico: 3
Masa atómica: 6,941
Temp. punto de fusión: 453,85 K
Temp. punto de ebullición: 1615 K
Densidad: 0,534 g/cm³
Electronegatividad: 0,98

Sodio
Na
Número atómico: 11
Masa atómica: 22.98976928
Temp. punto de fusión: 371,15 K
Temp. punto de ebullición: 1156 K
Densidad: 0,97 g/cm³
Electronegatividad: 0,96

Potasio
K
Número atómico: 19
Masa atómica: 39,0983
Temp. punto de fusión: 336,58 K
Temp. punto de ebullición: 1032 K
Densidad: 0,86 g/cm³
Electronegatividad: 0,82

Rubidio
Rb
Número atómico: 37
Masa atómica: 85,4678
Temp. punto de fusión: 312,79 K
Temp. punto de ebullición: 961 K
Densidad: 1,53 g/cm³
Electronegatividad: 0,82

Cesio
Cs
Número atómico: 55
Masa atómica: 132.9054519
Temp. punto de fusión: 301,59 K
Temp. punto de ebullición: 944 K
Densidad: 1,93 g/cm³
Electronegatividad: 0,79

Francium
Fr
Número atómico: 87
Masa atómica: (223)
Temp. punto de fusión: ~300 K
Temp. punto de ebullición: ~950 K
Densidad: 1,87 g/cm³
Electronegatividad: 0,7

Sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev

una

una

Él

Ser

Mes

Real academia de bellas artes

Soy

Metales alcalinos	metales alcalinotérreos	lantánidos	actínidos	metales de transición
metales ligeros	semimetales	no metales	halógenos	Gases nobles

Tabla periódica
Dmitri Ivanovich Mendeleiev Ley periódica Grupos de elementos
Formatos	corto por bloques Extendido engrandecido Configuraciones electronicas Electronegatividad Alternativa Isótopos de elementos
Listas de artículos por	...Nombre ... Etimologías ...hora de apertura ...estados de oxidación ... Dureza ... Prevalencia en el hombre : oligoelementos macronutrientes organógenos ... El valor de los potenciales electroquímicos estándar
Grupos	una 2 3 cuatro 5 6 7 ocho 9 diez once 12 13 catorce quince dieciséis 17 Dieciocho
Períodos	una 2 3 cuatro 5 6 7 ocho
Familias de elementos químicos	no metales Semimetales (metaloides) Rieles elementos intransitivos metales de transición Metales posteriores a la transición metales de transicion interna lantánidos actínidos transuranio metales de supertransición metales ligeros Metales pesados Elementos superpesados (transactinoides) metales refractarios metales del grupo del platino metales nobles Metales no ferrosos elementos radiactivos elementos artificiales Items raros extraños elementos de la Tierra Oligoelementos Elementos monoisotópicos Elementos poliisotópicos
Bloque de tabla periodica	elementos s p-elementos elementos d elementos f g-elementos
Otro	Contracción de lantánidos contracción actinoide Elementos previstos Símbolos de elementos químicos lista
tabla periodica Categoría: Sistema periódico Portal: Química {{ Sistema periódico de elementos }}