Logam alkali

Ciri-ciri logam alkali

Atom unsur kumpulan litium mengandungi hanya satu elektron pada petala valensi dalam keadaan asas pada orbital s . Disebabkan oleh nilai rendah tenaga pengionan pertama, iaitu:

• 3 [kJ ·mol ^-1] untuk litium,
• 8 [kJ ·mol ^-1] untuk natrium,
• 8 [kJ ·mol ^-1] untuk kalium,
• 0 [kJ ·mol ^-1] untuk rubidium,
• 7 [kJ ·mol ^-1] untuk caesium,

elektron valens terikat pada petala dengan sangat lemah, mudah untuk ditanggalkan. Adalah lebih sukar bagi unsur lain untuk mengeluarkan elektron seterusnya, yang terletak di dalam kulit elektron tertutup. Ini memerlukan input tenaga menjadi lebih tinggi beberapa kali ganda. Tenaga pengionan kedua untuk unsur kumpulan litium adalah seperti berikut:

• 1 [kJ ·mol ^-1] untuk litium,
• 4 [kJ ·mol ^-1] untuk natrium,
• 4 [kJ ·mol ^-1] untuk kalium,
• 0 [kJ ·mol ^-1] untuk rubidium,
• 0 [kJ ·mol ^-1] untuk caesium.

Ini membayangkan bahawa logam alkali hanya membentuk kation monovalen dan tidak pernah berlaku dalam keadaan pengoksidaan yang lebih tinggi. Tambahan pula, sebatian kimia yang terbentuk adalah hampir secara eksklusif ionik. Sebagai tambahan kepada keadaan pengoksidaan +I yang tipikal bagi unsur-unsur ini, terdapat beberapa sebatian di mana natrium, kalium, rubidium dan cesium berlaku dalam keadaan pengoksidaan –I. Kedudukan logam alkali dalam jadual berkala , di mana ia memulakan setiap tempoh, menunjukkan bahawa ia mempunyai cas nuklear yang paling rendah. Ini menunjukkan bahawa tarikan elektron valens mereka serta elektron selanjutnya yang terletak pada petala tertutup adalah yang paling lemah. Mereka juga mempunyai jejari atom dan ionik terpanjang. Nilai elektronegativiti yang rendah disebabkan oleh tenaga pengionan yang rendah dan jejari atom yang panjang. Disebabkan oleh ciri-ciri ini, cesium dan fransium menunjukkan keelektronegatifan terendah di antara semua unsur dalam jadual berkala. Logam alkali mudah berubah menjadi keadaan ionik, kerana ia mudah memberikan elektron. Ini juga secara langsung diterjemahkan ke dalam potensi standard mereka yang sangat negatif. Litium mengambil kedudukan pertama dalam siri elektrokimia, dengan potensi piawai -3.0401 V.

Logam alkali berwarna

Apa yang menarik juga ialah pewarnaan nyalaan oleh unsur kumpulan litium. Atom bebas mereka, muncul akibat pemanasan sebatian meruapnya, sangat terdedah kepada pengujaan. Kemudian ia menjadi sumber sinaran kerana memberikan tenaga yang berlebihan, dan spektrumnya, sama seperti spektrum unsur kumpulan kalsium, terletak sebahagiannya dalam julat cahaya yang boleh dilihat. Oleh itu, dalam analisis kualitatif , logam alkali diperiksa oleh ujian nyalaan dan, masing-masing:

• litium mewarnai api carmine,
• warna natrium api kuning,
• kalium, rubidium dan cesium warnakan api ungu dan merah jambu.

Sifat fiziko-kimia logam alkali

Semua unsur daripada kumpulan 1 jadual berkala mempunyai sifat logam dan warna putih dan perak. Permukaan mereka menunjukkan kilauan logam, tetapi biasanya cepat rosak, dilindungi oleh oksida. Kekerasan logam alkali menurun daripada litium kepada sesium, tetapi setiap daripadanya cukup lembut untuk dipotong dengan mudah dengan pisau. Takat lebur juga berbeza dalam siri yang sama, antara 453.7 K untuk litium hingga 306.1 K untuk caesium. Litium mempunyai ketumpatan paling rendah, dan ketumpatan litium, natrium dan kalium lebih rendah daripada air. Setiap logam alkali mengalirkan arus elektrik, dan natrium menunjukkan, pada suhu bilik, kekonduksian hanya tiga kali lebih rendah daripada perak, yang mempunyai rintangan spesifik paling rendah. Tidak seperti kebanyakan logam, unsur kumpulan litium menunjukkan takat didih yang agak rendah. Kebanyakannya (kecuali litium), mendidih di bawah 1300 K. Logam alkali berubah menjadi keadaan gas mengambil bentuk molekul monoatomik.

Kereaktifan logam alkali

Kereaktifan kimia logam alkali agak tinggi dan berkembang dari litium ke caesium. Litium bertindak balas dengan oksigen hanya apabila suhu dinaikkan kepada sekitar 370 K, jadi dalam keadaan biasa litium tidak kehilangan kilauan logamnya. Pada suhu bilik, semua logam alkali lain cepat bertindak balas dengan oksigen dan kehilangan kilauannya. Oleh itu, ia biasanya disimpan di bawah minyak tanah. Pembakaran logam alkali di udara juga memberikan kesan yang berbeza-beza: litium terbakar menjadi oksida, natrium menjadi peroksida, dan kalium, rubidium dan cesium membentuk superoksida. Ciri tindak balas bagi logam alkali ialah pembalingan sekeping logam ke dalam air yang biasa diperhatikan. Tindak balas ini berlaku secara tiba-tiba dan prosesnya semakin hebat dari litium ke caesium. Haba yang dikeluarkan apabila kita melakukannya dengan natrium sudah cukup untuk membakarnya. Kalium menyala sejurus selepas menyentuh air, manakala rubidium dan cesium menyebabkan letupan. Caesium, sebagai unsur kumpulan litium yang paling reaktif, akan menyala sendiri apabila bersentuhan dengan udara. Dari segi beberapa sifatnya, litium menyerupai unsur daripada kumpulan kedua dalam jadual berkala: magnesium. Tidak seperti logam alkali lain, tetapi sama seperti magnesium, ia menghasilkan karbonat dan fosfat yang mudah larut.

Sebatian unsur kumpulan litium

Sebatian yang boleh dibentuk oleh logam alkali dikelaskan kepada kumpulan berikut:

1. Hidrida logam alkali jenis MH, yang dihasilkan oleh tindak balas langsung antara hidrogen dan logam pada suhu tinggi.
2. Sebatian logam alkali dengan oksigen, yang sedikit lebih kompleks. Seperti yang dinyatakan di atas, hanya litium oksida yang terbentuk dengan membakar unsur logam di udara. Yang lain terbakar apabila pembentukan oksida yang lebih tinggi, yang boleh dikurangkan dengan logam yang sesuai pada suhu tinggi.
3. Sebatian logam alkali dengan halogen kebanyakannya sebatian ionik dengan struktur kristal. Sebahagian besar halida logam alkali mempunyai kekisi ruang yang serupa dengan natrium klorida, manakala CsCl, CsBr dan CsI membentuk kekisi seperti sesium klorida.
4. Hidroksida logam alkali ialah pepejal tidak berwarna dengan sifat higroskopik yang kuat. Ia adalah sebatian ionik dan larutnya dalam air adalah sangat eksotermik.
5. Sebatian mereka dengan sulfur terdapat dalam tiga jenis: MHS hidrogen sulfida, M ₂ S sulfida dan MS _n polisulfida, di mana n berjulat antara 2 hingga 6.
6. Logam alkali juga menghasilkan garam asid oksi seperti nitrat, karbonat dan sulfat logam alkali, serta kumpulan garam ammonium yang berasingan.

Fakta menarik tentang garam logam alkali ialah jika anion juga tidak mempunyai warna, garam tersebut tidak berwarna dan selalunya bebas larut dalam air. Dalam larutan akueus, kation mereka tertakluk kepada penghidratan dengan daya yang meningkat daripada cesium kepada litium. Hampir semua garam litium mengandungi air kristal. Kebanyakannya juga terhidrat, tidak seperti garam kalium. Garam rubidium dan sesium sentiasa kontang.

Kejadian semula jadi logam alkali

Taburan logam alkali dalam alam adalah pelbagai. Kerak bumi mengandungi jumlah natrium yang sangat tinggi (2.83%) dan kalium (2.59%) serta sejumlah kecil litium (2.0·10 ^-3 %), rubidium (9·10 ^-3 %) dan cesium (3·10). ^-3 %). Fransium berlaku secara semula jadi hanya dalam jumlah yang boleh diabaikan dalam bentuk isotop radioaktif yang tidak stabil, produk pecahan aktinium. Litium terdapat dalam kerak bumi secara normal sebagai lapisan litium-natrium-kalium seperti aluminosilikat, cth spodumene LiAl[Si ₂ O ₆] dan lepidolit KLi ₂ Al[ (F,OH) ₂ Si ₄ O ₁₀], dan sebagai fosfat, cth amblygonit LiAl[ (PO ₄ )(F,OH)]. Mineral yang mengandungi natrium termasuk albit Na[AlSi ₃ O ₈] yang paling biasa dan larutan pepejalnya dengan kalium dan kalsium aluminosilikat. Mendapan yang sangat kaya, diedarkan hampir di seluruh dunia, juga dibentuk oleh sebatian natrium seperti natrium klorida (garam batu) dan natrium nitrat, yang dipanggil garam Chile. Sejumlah besar terusan natrium juga terdapat dalam air masin: laut dan lautan. Dianggarkan bahawa natrium klorida mewakili 2.8%air laut. Membandingkan natrium dan kalium yang terkandung dalam kerak bumi, walaupun kuantitinya sama, kalium diagihkan dengan cara yang sama sekali berbeza, kerana sebatiannya sangat jarang membentuk deposit. Yang paling biasa ditemui ialah mineral berasaskan kalium yang terdapat di atas lapisan atas dasar garam batu. Ini termasuk: sylvine KCl, carnallite KMgCl ₃ ·6H ₂ O dan kainit KMgCl(SO ₄ )·3H ₂ O. Unsur kimia ini juga berlaku dalam bentuk aluminosilicates seperti potassium feldspar K[AlSi ₃ O ₈] dan mika KAl ₂ [AlSi ₃ O ₁₀ (F,OH) ₂]. Sebatian kalium yang dihasilkan semasa pemecahan mineral ini sangat mudah larut dalam air. Akibatnya, apabila ia terbentuk, sebahagian besar daripadanya diserap oleh tanah disebabkan oleh keadaan cuaca dan hanya sejumlah kecil dipindahkan ke laut dan lautan bersama-sama dengan air yang mengalir. Inilah sebabnya mengapa kuantiti kalium yang ada dalam air masin adalah sekitar 40 kali lebih rendah daripada kandungan natrium. Oleh kerana kehadiran kalium di dalam tanah diperlukan untuk pertumbuhan tumbuhan yang betul, abunya mengandungi sejumlah besar kalium karbonat sementara agak miskin dalam sebatian natrium. Kehadiran semula jadi rubidium dan cesium adalah rendah; ia hanya ditemui disertai dengan logam alkali yang lain. Fransium berlaku terutamanya sebagai isotop radioaktif yang terbentuk sebagai:

• produk pecahan uranium ²³⁵ U,
• hasil pecahan ²²⁷ Ac aktinium.

Kita juga boleh menemui ⁴⁰ K kalium dan ⁸⁷ Rb rubidium dalam bentuk isotop radioaktif.

Aplikasi logam alkali

Litium logam sering digunakan sebagai bahan tambahan yang meningkatkan kestabilan dan kekuatan aloi aluminium, zink dan magnesium. Ia juga digunakan sebagai deoksidan dalam metalurgi kuprum dan sebagai komponen dalam bateri elektrik Li/FeS _x . Sebagai litium stearat, ia memberikan ketumpatan pelincir yang sesuai. Ciri-ciri pelincirnya adalah stabil pada suhu dari 250 hingga 420 K. Litium karbonat digunakan untuk pengeluaran porselin dan sayu dalam bentuk fluks. Natrium adalah bahan yang sangat penting yang digunakan untuk memperoleh banyak produk kegunaan harian, seperti natrium peroksida pemutih, amida, dan natrium sianida. Di makmal, natrium digunakan pada skala yang lebih kecil kerana sifat pengurangan kepada banyak sebatian organik. Satu lagi aplikasi penting natrium adalah menggunakannya sebagai juzuk dalam aloi plumbum yang digunakan untuk menghasilkan agen antiketukan yang ditambah kepada petrol. Natrium logam juga digunakan dalam lampu wap natrium kerana ciri cahaya kuning yang boleh kita perhatikan apabila mengujakannya. Reaktor nuklear mengandungi natrium cecair dan aloi natrium-kalium cecair yang ada untuk menyejukkan keseluruhan sistem. Elektron sesium logam tertakluk kepada kesan fotoelektrik, jadi ia boleh dikesan dengan mudah dengan penggunaan cahaya. Itulah sebabnya cesium digunakan untuk membina fotosel berasaskan caesium yang mengandungi aloi cesium dengan aluminium dan barium.