Back to chapter

8.6:

Metalli alcalini

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Alkali Metals

Languages

Share

I metalli alcalini sono elementi del gruppo 1, fra cui litio, sodio, potassio, rubidio, cesio e francio. Il francioè radioattivo e non ha isotopi stabili. Tutti i metalli alcalini sono insolitamente morbidi e condividono proprietà metalliche, come l’elevata conduttività elettrica e termica.Scendendo nel gruppo, la massa, la densità e i raggi atomici aumentano, mentre i punti di fusione e le energie di ionizzazione diminuiscono. La configurazione elettronica di questi elementi implica che il guscio di valenza abbia un solo elettrone. Le loro basse energie di ionizzazione indicano che i metalli alcalini perdano facilmente elettroni per diventare cationi con una configurazione di gas nobile.Questo spiega anche perché i metalli alcalini sono eccellenti agenti riducenti, con il litio meno reattivo, e il cesio il più reattivo. I metalli alcalini reagiscono vigorosamente con i non metalli, come gli alogeni, per formare sali. La reazione del sodio metallico con il cloro gassoso è altamente esotermica e rilascia scintille e calore.L’intensità della reazione aumenta scendendo lungo il gruppo con il diminuire delle energie di ionizzazione dei metalli alcalini. I metalli alcalini reagiscono con veemenza con l’acqua per generare gas idrogeno e una soluzione di idrossido di metallo alcalino come l’idrossido di potassio, che è una base spesso utilizzata nella produzione di sapone. La reazione diventa più violenta per i metalli alcalini più pesanti date le loro energie di ionizzazione inferiori.Il calore prodotto durante la reazione può persino infuocare il gas idrogeno rilasciato, provocando un incendio o un’esplosione. I metalli alcalini possono anche reagire con l’idrogeno per formare idruri di metalli alcalini, spesso usati come basi forti. In questa reazione, l’atomo di idrogeno guadagna un elettrone ed è presente come ione idruro.Per via della loro elevata reattività, i metalli alcalini si ossidano facilmente se esposti all’aria e sono quindi immagazzinati in oli minerali. Quando i sali di metalli alcalini vengono posti vicino ad una fiamma e ridotti ad atomi di metallo gassoso, emettono colori caratteristici. Il calore eccita l’elettrone di valenza a un livello di energia più elevato.Quando gli elettroni eccitati ritornano allo stato fondamentale, l’energia viene emessa sotto forma di radiazione nella regione visibile. Lo spettro di emissione di ogni elemento è unico e utilizzato per identificare qualitativamente l’elemento.

8.6:

Metalli alcalini

Gli elementi del Gruppo 1 sono solidi metallici morbidi e lucenti. Sono malleabili, duttili e buoni conduttori di calore ed elettricità. I punti di fusione dei metalli alcalini sono insolitamente bassi per i metalli e diminuiscono scendendo lungo il gruppo. Anche la densità diminuisce nella stessa direzione, ad eccezione del potassio (tabella 1).

Tabella 1: Proprietà dei metalli alcalini

Elemento Configurazione elettronica Raggio atomico (pm) IE1 (kJ/mol) Punto di fusione (°C) Densità a 25 °C (g/cm3)
Li [Lui] 2s1 152 520 181 0.53
Na [Ne] 3s1 186 496 98 0.97
K [Ar] 4s1 227 420 64 0.86
Rb [Kr] 5s1 248 400 39 1.53
Cs [Xe] 6s1 265 380 29 1.93

Spostandosi verso il basso di un gruppo, il numero quantico principale, n, aumenta di uno per ogni elemento. Così, gli elettroni esterni si avvicinano al nucleo, e il raggio atomico aumenta dal litio al cesio.

La configurazione elettronica di questi elementi mostra che il guscio di valenza ha un solo elettrone (Tabella 1). La perdita di questo elettrone produce un catione con la configurazione del gas nobile. Così, i metalli alcalini hanno una grande tendenza a dare via questo elettrone e hanno basse energie di ionizzazione prima, che diminuiscono il gruppo. La loro capacità di perdere un elettrone li rende facilmente altamente reattivi ed eccellenti agenti riducenti.

I metalli alcalini reagiscono vigorosamente con i non metalli, come gli alogeni. La reazione del sodio e del cloro alla produzione di cloruro di sodio è esotermica. Anche i metalli alcalini reagiscono violentemente con l’acqua, e vengono prodotti idrogeno gassoso e un idrossido metallico alcalini. Il calore prodotto durante la reazione può accendere il gas idrogeno rilasciato, portando a un’esplosione. Entrambe queste reazioni diventano più esotermiche per i metalli alcalini più pesanti a causa delle loro minori energie di ionizzazione.

L’esposizione all’aria, poiché reagiscono con l’ossigeno per formare ossidi, riduce la lucentezza metallica dei metalli alcalini. Il litio reagisce con l’ossigeno per dare ossido di litio, mentre altri metalli alcalini come il sodio formano ossidi e perossidi. Lo ione perossido ha un singolo legame covalente ossigeno-ossigeno ed è un potente accettore di ioni idrogeno, rendendo forti i perossidi dei metalli alcalini. Anche i metalli alcalini come potassio, rubidio e cesio producono superossidi. I superossidi sono caratterizzati dalla presenza di O2. Il superossido di potassio è un solido giallo che si decompone a 560 °C.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 6.5: Variazioni periodiche nelle proprietà degli elementi.