Alkalijska kovina

Alkalijske kovine so skupina kemijskih elementov, ki tvorijo 1. skupino periodnega sistema elementov. Mednje spadajo litij (Li), natrij (Na), kalij (K), rubidij (Rb), cezij (Cs) in francij (Fr). Alkalijske kovine so eden od najboljših primerov trendov lastnosti v periodnem sistemu elementov, ker se lastnosti pravilno spreminjajo po skupini navzdol.

Alkalijske kovine
Vodik Helij Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson žlahtni plini ←    → zemljoalkalijske kovine
IUPAC ime skupine 1 Ime po elementu litijeva skupina Trivialno ime alkalijske kovine CAS številka skupine (ZDA, vzorec A-B-A) IA stara IUPAC številka (Evropa, vzorec A-B) IA
↓ Perioda
2	Litij (Li) 3
3	Natrij (Na) 11
4	Kalij (K) 19
5	Rubidij (Rb) 37
6	Cezij (Cs) 55
7	Francij (Fr) 87
Legenda prvobitni element iz radioktivnega razpada

Ime »alkalijske kovine« je nastalo iz arabske besede القلية‎ (al-qalya), kar pomeni »pepelika«. Pepelika je staro ime za kalijev karbonat, ki so ga pridobivali iz lesnega pepela.

Lastnosti

Vse alkalijske kovine so zelo reaktivne in jih zato v naravi ne najdemo v elementarni obliki. Zaradi velike reaktivnosti se morajo hraniti potopljene v mineralnem olju ali petroleju ali v ampulah.

Alkalijske kovine so večinoma srebrne barve in zlahka izgubijo svoj sijaj. Izjema je cezij, ki ima zlat ton. Vse kovine so mehke in imajo nizke gostote, tališča in vrelišča. Burno se spajajo s halogeni in tvorijo ionske soli. Z vodo tvorijo zelo bazične hidrokside. Reaktivnost po skupini narašča. Atomi alkalijskih kovin imajo na najbolj zunanji orbitali po en elektron, ki ga zlahka oddajo kakšnemu zelo elektronegativnemu elementu in postanejo kationi z oksidacijskim stanjem +1.

Kalij in rubidij sta rahlo naravno radioaktivna, ker vsebujeta radiaktivna izotopa z velikima razpolovnima časoma. Kalij vsebuje 0,012 % izotopa ⁴⁰K z razpolovnim časom 1,248(3)×10⁹ let, rubidij pa 27,835 % izotopa ⁸⁷Rb z razpolovnim časom 4,88×10¹⁰ let.

Francij je zelo radioaktiven in obstaja samo v mikroskopskih količinah.

V 1. skupino periodnega sistema spada zaradi svoje elektronske konfiguracije tudi vodik, ki pa ima samo v izjemnih primerih lastnosti, primerljive z alkalijskimi kovinami. Vodik je pri standardnih pogojih dvoatomni plin.

Odstranitev edinega elektrona z vodikove zunanje orbitale zahteva znatno več energije kot odstranitev zunanjega elektrona alkalijskih kovin. Podobno kot halogeni tudi vodik potrebuje za zapolnitev zunanje orbitale samo en elektron, zato se v nekaterih pogojih obnaša kot halogen in tvori negativni hidridni ion. Binarne spojine vodika z alkalijskimi kovinami in nekaterimi prehodnimi kovinami se lahko pripravijo v laboratoriju. Takšne spojine so samo laboratorijske posebnosti brez kakšne uporabne vrednosti. Pri nizki temperaturi in izjemo visokem tlaku, kakršen je na planetih Jupitru in Saturnu, vodik preide v kovinsko stanje in se obnaša kot alkalijska kovina.

Alkalijske kovine imajo najnižje ionizacijske potenciale v svojih periodah periodnega sistema, ker dobijo z odstranitvijo edinega elektrona z najbolj zunanje orbitale stabilne konfiguracije žlahtnih plinov. Vse alkalijske kovine so torej zelo elektropozitivne. Drugi ionizacijski potencial vseh alkalijskih kovin je zelo visok, ker je odstranitev elektrona iz atoma, ki ima konfiguracijo žlahtnega plina, zelo težavna.

Trendi

Alkalijske kovine imajo podobne elektronske konfiguracije, predvsem na najbolj zunanjih orbitalah, zaradi katerih imajo podobne lastnosti:

Z	Element	Št. elektronov/orbitala
1	Vodik	1
3	Litij	2, 1
11	Natrij	2, 8, 1
19	Kalij	2, 8, 8, 1
37	Rubidij	2, 8, 18, 8, 1
55	Cezij	2, 8, 18, 18, 8, 1
87	Francij	2, 8, 18, 32, 18, 8, 1

Za alkalijske kovine so značilni pravilni trendi lastnosti, ki se po skupini navzdol takole spreminjajo:

• atomski in ionski polmer rasteta
• elektronegativnost pada
• reaktivnost raste
• tališče pada
• vrelišče pada
• bazičnost raste
• trdota pada
• gostota raste

Nekatere fizikalne lastnosti alkalijskih kovin so prikazane v naslednji preglednici:

Alkalijska kovina	Atomska masa (g/mol)	Tališče (K)	Vrelišče (K)	Gostota (g/cm3)	Elektronegativnost (Pauling)
Litij	6,941	453	1615	0,534	0,98
Natrij	22,990	370	1156	0,968	0,93
Kalij	39,098	336	1032	0,89	0,82
Rubidij	85,468	312	961	1,532	0,82
Cezij	132,905	301	944	1,93	0,79
Francij	(223)	295	950	1,87	0,70

Reakcije

Alkalijske kovine reagirajo z vodikom, pri čemer nastanejo ustrezni hidridi (X predstavlja alkalijsko kovino):

2X + H₂ → 2XH

Obstojnost hidridov pada od litijevega (LiH) proti cezijevemu hidridu (CsH). Alkalijski hidridi se uporabljajo kot reducenti in sušilna sredstva. S kisikom tvorijo bele trdne okside, perokside in hiperokside:

4Li + O₂ → 2Li₂O

2Na + O₂ → Na₂O₂

X + O₂ → XO₂

V reakciji z vodo nastajajo alkalijski hidroksidi, pri čemer se sprošča vodik:

2X + 2H₂O → 2XOH + H₂

Reaktivnost alkalijskih kovin narašča od litija proti ceziju. V reakciji kalija z vodo pride do samovžiga. Alkalijski hidroksidi so brezbarvne trdne snovi, ki pri raztapljanju v vodi sproščajo veliko toplote in reagirajo močno bazično. Raztopine hidroksidov so zelo jedke.

S halogeni tvorijo soli alkalijske halogenide:

2M + X₂ → 2MX

Reaktivnost alkalijskih kovin od litija proti ceziju raste, reaktivnost halogenov pa od fluora proti jodu pa pada. Reakcija natrija z jodom komajda poteka, z bromom pa poteka zelo počasi, medtem ko je reakcija kalija z bromom in jodom eksplozivna.

Alkalijske kovine eksplozivno reagirajo s halogeniranimi ogljikovodiki, na primer s tetraklorometanom:

CCl₄ + 4Na → 4NaCl + C

Alkalijske kovine tvorijo s tekočim amonijakom intenzivno modro obarvane raztopine. Raztopine so sestavljene iz pozitivnih kovinskih ionov in solvatiranih elektronov. Raztopine so izredno močni reducenti in se uporabljajo na primer v Birchovi redukciji.

Plamenske reakcije

Alkalijske kovine obarvajo plamen z značilno barvo. V analizni kemiji je to uporabno za določevanje elementov, v pirotehniki pa to lastnost izkoriščamo za obarvanje ognjemetov.

• Litij - rdeča
• Natrij - rumena
• Kalij - vijolična
• Rubidij - rdeča
• Cezij - modrovijolična

• 
  Plamen litija
• 
  Plamen natrija
• 
  Plamen kalija

Spojine

Alkalijske kovine so nagnjene k tvorbi ionsko vezanih soli z najbolj elektronegativnimi elementi na skrajni desno strani periodnega sistema elementov. Takšni soli sta na primer cezijev fluorid in natrijev klorid. Poleg tega tvorijo zelo široko paleto amalgamov.

Viri

• Campbell, Linda M., Aaron T. Fisk, Xianowa Wang, Gunter Kock, and Derek C. Muir (2005). "Evidence for Biomagnification of Rubidium in Freshwater and Marine Food Webs". Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 62: 1161–1167. doi:10.1139/f05-027.
• Chang, Cheng-Hung, and Tian Y. Tsong (2005). "Stochastic Resonance of Na, K-Ion Pumps on the Red Cell Membrane". AIP Conference Proceedings: 18th International Conference on Noise and Fluctuations. 780. American Institute of Physics. pp. 587–590. doi:10.1063/1.2036821. ISBN 0-7354-0267-1.
• Joffe, Russell T., Stephen T. Sokolov and Anthony J. Levitt (2006). "Lithium and Triiodothyronine Augmentation of Antidepressants". Canadian Journal of Psychiatry 51 (12): 791–793. PMID 17168254.
• Bauer, Brent A., Robert Houlihan, Michael J. Ackerman, Katya Johnson, and Himeshkumar Vyas (2006). "Acquired Long QT Syndrome Secondary to Cesium Chloride Supplement". Journal of Alternative and Complementary Medicine 12 (10): 1011–1014. doi:10.1089/acm.2006.12.1011. PMID 17212573.
• Erermis, Serpil, Muge Tamar, Hatice Karasoy, Tezan Bildik, Eyup S. Ercan, and Ahmet Gockay (1997). "Double-Blind Randomised Trial of Modest Salt Restriction in Older People". Lancet 350: 850–854. doi:10.1016/S0140-6736(97)02264-2.
• Krachler, M, and E Rossipal (1999). "Trace Elements Transfer From Mother to the Newborn - Investigations on Triplets of Colostrum, Maternal and Umbilical Sera". European Journal of Clinical Nutrition 53 (6): 486–494. doi:10.1038/sj.ejcn.1600781. PMID 10403586.
• Stein, Benjamin P., Stephen G. Benka, Phillip F. Schewe, and Bertram Schwarzhild (1996). "Physics Update". Physics Today 49 (6): 9. doi:10.1063/1.2807642.
• "Group 1: The Alkali Metals". Visual Elements. Royal Society of Chemistry. http://www.chemsoc.org/Viselements/pages/data/intro_groupi_data.html. Pridobljeno 2009-12-08.