Reactief metaal , een van de zes chemische elementen waaruit Groep 1 (Ia) van het periodiek systeem bestaat, namelijk lithium (Li), natrium (nee), kalium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), en francium (Fr). De alkalimetalen worden zo genoemd omdat reactie met water vormt alkaliën (d.w.z. sterke basen die zuren kunnen neutraliseren). Natrium en kalium zijn de zesde en zevende meest voorkomende van de elementen, vormend , respectievelijk 2,6 en 2,4 procent van de aardkorst. De andere alkalimetalen zijn aanzienlijk zeldzamer, waarbij rubidium, lithium en cesium respectievelijk 0,03, 0,007 en 0,0007 procent van de aardkorst vormen. Francium, een natuurlijke radioactieve isotoop, is zeer zeldzaam en werd pas in 1939 ontdekt.
periodiek systeem Moderne versie van het periodiek systeem der elementen (afdrukbaar). Encyclopædia Britannica, Inc.
De alkalimetalen zijn zes chemische elementen in Groep 1, de meest linkse kolom in het periodiek systeem. Ze zijn lithium (Li), natrium (nee), kalium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), en francium (Fr). (Net als de andere elementen in Groep 1, heeft waterstof (H) één elektron in zijn buitenste schil, maar het wordt niet geclassificeerd als een alkalimetaal omdat het bij kamertemperatuur geen metaal is maar een gas.)
De alkalimetalen worden zo genoemd omdat ze reageren met water ze vormen alkaliën. Alkalieën zijn hydroxide verbindingen van deze elementen, zoals natriumhydroxide en kaliumhydroxide. Alkalieën zijn zeer sterke basen die bijtend zijn. Loog is bijvoorbeeld natriumhydroxide. Alkalieën reageren met zuren om zouten te vormen.
Basis Lees meer over basissen.De alkalimetalen hebben een laag smeltpunt. Lithium smelt bij 180,5 ° C (356,9 ° F); cesium smelt bij slechts 28,4 ° C (83,1 ° F). Deze elementen zijn ook uitstekende geleiders van warmte en elektriciteit. De alkalimetalen zijn zeer reactief en worden daarom meestal aangetroffen in verbindingen met andere elementen, zoals zout (natriumchloride, NaCl) en kaliumchloride (KCl).
Het meest voorkomende alkalimetaal is: natrium , dat is 2,8 procent van de aardkorst. Het meest voorkomende natrium verbinding is natriumchloride (NaCl), zout . De volgende meest voorkomende is kalium , dat is 2,6 procent van de aardkorst. De andere alkalimetalen zijn veel zeldzamer. Rubidium, lithium en cesium zijn respectievelijk 0,01, 0,002 en 0,0007 procent van de aardkorst. Francium is radioactief , en er bestaan slechts minieme hoeveelheden van in de natuur.
Natrium Lees meer over natrium.De alkalimetalen zijn zo reactief dat ze over het algemeen in de natuur worden aangetroffen in combinatie met andere elementen. Gemakkelijk mineralen , zoals haliet (natriumchloride, NaCl), sylviet (kaliumchloride, KCl) en carnalliet (een kalium-magnesiumchloride, KCl · MgCltwee· 6HtweeO), zijn oplosbaar in water en kunnen daarom gemakkelijk worden geëxtraheerd en gezuiverd. Complexere, in water onoplosbare mineralen zijn echter veel overvloediger aanwezig in de aardkorst. Een zeer verdund gas van atomair natrium (ongeveer 1.000 atomen per kubieke cm [ongeveer 16.000 atomen per kubieke inch]) wordt geproduceerd in de mesosfeer van de aarde (op een hoogte van ongeveer 90 km [60 mijl]) door ablatie van meteoren. Daaropvolgende reactie van natrium met ozon en atomaire zuurstof produceert geëxciteerde natriumatomen die het licht uitzenden dat we zien als de staart van een meteoor, evenals de meer diffuse atmosferische nachtgloed. Kleinere hoeveelheden lithium en kalium zijn ook aanwezig.
De alkalimetalen hebben de zilverachtige glans, hoge ductiliteit en uitstekende geleidbaarheid van elektriciteit en warmte die in het algemeen worden geassocieerd met metalen. Lithium is het lichtste metalen element. De alkalimetalen hebben lage smeltpunten, variërend van een maximum van 179 ° C (354 ° F) voor lithium tot een dieptepunt van 28,5 ° C (83,3 ° F) voor cesium. legeringen van alkalimetalen die smelten tot -78 ° C (-109 ° F).
Ontdek hoe een goedaardig bacterieel virus kan worden gebruikt om de prestaties van lithium-zuurstof-accu's te verbeteren Leer hoe een goedaardig bacterieel virus kan worden gebruikt om de prestaties van lithium-zuurstof-accu's te verbeteren. Massachusetts Institute of Technology (een Britannica Publishing Partner) Bekijk alle video's voor dit artikel
De alkalimetalen reageren gemakkelijk met atmosferische zuurstof en waterdamp. (Lithium reageert ook met stikstof- .) Ze reageren heftig, en vaak heftig, met water om waterstof vrij te maken en sterke bijtende oplossingen te vormen. De meest voorkomende niet-metalen stoffen zoals: halogenen , halogeen zuren, zwavel en fosfor reageren met de alkalimetalen. De alkalimetalen zelf reageren met veel organische verbindingen , in het bijzonder die welke een halogeen of een gemakkelijk vervangbaar waterstofatoom bevatten .
Natrium is verreweg het belangrijkste alkalimetaal voor industrieel gebruik. Het metaal wordt gebruikt bij de reductie van organische verbindingen en bij de bereiding van veel commerciële verbindingen. Als vrij metaal wordt het in sommige kernreactoren gebruikt als warmteoverdrachtsvloeistof. Jaarlijks worden honderdduizenden tonnen commerciële verbindingen die natrium bevatten gebruikt, waaronder keukenzout (NaCl), bakpoeder (NaHCO3), natriumcarbonaat (NatweeWAT3) en bijtende soda (NaOH). Kalium heeft aanzienlijk minder gebruik dan natrium als vrij metaal. Kaliumzouten worden echter in aanzienlijke tonnages verbruikt bij de vervaardiging van meststoffen. Lithiummetaal wordt gebruikt in bepaalde lichtmetaallegeringen en als reactant bij organische syntheses. Een belangrijk gebruik van lithium is bij de constructie van lichtgewicht batterijen . Primaire lithiumbatterijen (niet oplaadbaar) worden veel gebruikt in veel apparaten zoals camera's, mobiele telefoons en pacemakers. Oplaadbaar lithium-accu's die geschikt kunnen zijn voor de aandrijving van voertuigen of voor energieopslag zijn onderwerp van intensief onderzoek. Rubidium en cesium en hun verbindingen hebben een beperkt gebruik, maar cesiummetaaldamp wordt gebruikt in atoomklokken, die zo nauwkeurig zijn dat ze worden gebruikt als tijdstandaarden.
cesium atoomklok Cesium atoomklok. Encyclopædia Britannica, Inc.
welke elementen worden aangeduid als de alkalimetalen
Alkalimetaalzouten waren in de oudheid bekend. Het Oude Testament verwijst naar een zout genaamd neter (natriumcarbonaat), dat werd gewonnen uit de as van plantaardig materiaal. Salpeter (kaliumnitraat) werd gebruikt in buskruit, dat rond de 9e eeuw in China werd uitgevondennaaren was in de 13e eeuw in Europa geïntroduceerd.
In oktober 1807 isoleerde de Engelse chemicus Sir Humphry Davy kalium en dan natrium . De naam natrium is afgeleid van het Italiaanse Frisdrank , een term die in de Middeleeuwen op alle alkaliën werd toegepast; kalium komt uit het Frans potas , een naam die wordt gebruikt voor het residu dat achterblijft bij de verdamping van waterige oplossingen afgeleid van houtas.
Lithium werd in 1817 ontdekt door de Zweedse chemicus Johan August Arfwedson tijdens het analyseren van het mineraal petaliet. De naam lithium is afgeleid van: litho's , het Griekse woord voor steenachtig. Het element werd niet in zuivere vorm geïsoleerd totdat Davy een minieme hoeveelheid produceerde door de elektrolyse van lithiumchloride.
Terwijl de Duitse chemici Robert Bunsen en Gustav Kirchhoff in 1860 het mineraalwater in de Palts onderzochten, verkregen ze een filtraat dat werd gekenmerkt door twee lijnen in het blauwe gebied van het spectrum (het licht dat werd uitgezonden toen het monster in een vlam ). Ze suggereerden de aanwezigheid van een nieuw alkali-element en noemden het cesium , afgeleid van het Latijn caesius , gebruikt om het blauw van de lucht aan te duiden. Dezelfde onderzoekers scheidden bij het extraheren van de alkaliën uit het mineraal lepidoliet een andere oplossing, die twee spectraallijnen van rode kleur opleverde. Ze stelden de naam rubidium voor het element in deze oplossing uit het Latijn voor rubidus , die werd gebruikt voor de donkerste rode kleur. Francium werd pas in 1939 ontdekt door Marguerite Perey van het Radium Instituut in Parijs.
In de 19e eeuw was het enige gebruik van de alkalimetalen het gebruik van natrium als reagens bij de vervaardiging van aluminium. Toen het elektrolytische proces voor aluminiumzuivering werd ingevoerd, bleek dat het grootschalige gebruik van natrium zou stoppen. Daaropvolgende verbeteringen in de elektrolytische productie van natrium hebben de kosten van dit element echter zodanig verlaagd dat het economisch kan worden gebruikt om benzineadditieven, reagentia voor de chemische industrie, herbiciden, insecticiden , nylon , farmaceutische producten en reagentia voor metaalraffinage. De continue elektrolyse van natriumhydroxide, een techniek die het Castner-proces wordt genoemd, werd in 1926 vervangen door het Downs-celproces. Dit proces, waarbij een gesmolten natriumchloride-calciumchloridemengsel (om het smeltpunt te verlagen) wordt geëlektrolyseerd, produceert zowel natriummetaal als chloor.
