Διαλυτότητα αλκαλικών γαιών μετάλλων

Τα στοιχεία s-block του Περιοδικού Πίνακα είναι εκείνα στα οποία το τελευταίο ηλεκτρόνιο φτάνει στο εξώτατο s-τροχιακό. Επειδή το s-τροχιακό μπορεί να κρατήσει μόνο δύο ηλεκτρόνια, το s-block στον Περιοδικό Πίνακα χωρίζεται σε δύο ομάδες (1 &2).

Η Περιοδική Ομάδα 1 του Περιοδικού Πίνακα περιλαμβάνει τα στοιχεία λίθιο, νάτριο, κάλιο, ρουβίδιο, καίσιο και φράγκιο. Μαζί, είναι γνωστά ως αλκαλιμέταλλα. Ονομάζονται έτσι επειδή δημιουργούν εξαιρετικά αλκαλικά υδροξείδια όταν αντιδρούν με το νερό. Τα στοιχεία της ομάδας 2 περιλαμβάνουν βηρύλλιο, μαγνήσιο, ασβέστιο, στρόντιο, βάριο και ράδιο.

Στοιχείο	Σύμβολο	Ηλεκτρονική Διαμόρφωση
Βηρύλλιο	Be	[Αυτός] 2s²
Ασβέστιο	Ca	[Ar] 4s²
Στρόντιο	Sr	[Kr] 5s2
Βάριο	Ba	[Xe] 6s2
Ράδιο	Ra	[Rn] 7s2
Μαγνήσιο	Mg	[Ne] 3s2

Ηλεκτρονική διαμόρφωση

Έξω από τον πυρήνα του ευγενούς αερίου, όλα τα αλκαλικά μέταλλα περιέχουν ένα ηλεκτρόνιο σθένους ns1.

Αυτά τα στοιχεία έχουν τα πιο ηλεκτροθετικά μέταλλα λόγω των χαλαρά συγκρατούμενων ηλεκτρονίων s στο εξώτατο κέλυφος σθένους. Χάνουν γρήγορα ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα μονοσθενή ιόντα M+. Ως αποτέλεσμα, δεν συναντώνται ποτέ στη φύση σε ελεύθερη κατάσταση.

Χημικές ιδιότητες

Λόγω του τεράστιου μεγέθους τους και της ενθαλπίας χαμηλού ιονισμού, τα αλκαλικά μέταλλα είναι εξαιρετικά αντιδραστικά. Η αντιδραστικότητα αυτών των μετάλλων αυξάνεται καθώς προχωρούν στην ομάδα.

Δραστικότητα αέρα

Τα αλκαλικά μέταλλα αμαυρώνουν στον ξηρό αέρα, λόγω της ανάπτυξης οξειδίων, τα οποία στη συνέχεια αντιδρούν με την υγρασία για να δημιουργήσουν υδροξείδια. Παράγουν πολύ οξυγόνο καθώς καίγονται και, ως εκ τούτου, παράγουν πολλά οξείδια.

Το λίθιο παράγει μονοξείδιο, το νάτριο παράγει υπεροξείδιο, ενώ τα άλλα μέταλλα παράγουν υπεροξείδια. Μόνο παρουσία τεράστιων κατιόντων όπως K, Rb και Cs είναι σταθερό το υπεροξείδιο O2 – ιόντος.

Δραστικότητα νερού

Τα αλκαλικά μέταλλα αντιδρούν με το νερό για να δημιουργήσουν υδροξείδιο και διυδρογόνο.

Αν και το λίθιο έχει την υψηλότερη αρνητική τιμή Ε, η αλληλεπίδρασή του με το νερό είναι λιγότερο έντονη από αυτή του νατρίου, το οποίο έχει τη χαμηλότερη αρνητική τιμή Ε μεταξύ των αλκαλιμετάλλων.

Η συμπεριφορά του λιθίου εξηγείται από το μικροσκοπικό του μέγεθος και την εξαιρετικά υψηλή ενέργεια ενυδάτωσης.

Άλλα μέταλλα της ομάδας έχουν βίαιες αντιδράσεις με το νερό.

Δότες πρωτονίων, όπως αλκοόλη, αέρια αμμωνία και αλκύνια, αντιδρούν επίσης μαζί τους.

Έχει τη μεγαλύτερη ενθαλπία ενυδάτωσης, γεγονός που εξηγεί τη σημαντική αρνητική τιμή Ε και τη μειωτική του ισχύ.

Αντιδραστικότητα με Διυδρογόνο

Σε περίπου 673 Κ (λίθιο στους 1073 Κ), τα αλκαλιμέταλλα αντιδρούν με το διυδρογόνο για να δημιουργήσουν υδρίδια. Όλα τα υδρίδια των αλκαλιμετάλλων είναι ιοντικά στερεά που έχουν εξαιρετικά υψηλά σημεία τήξης.

Δραστικότητα αλογόνου

Το αλκάλι έχει υψηλή αντιδραστικότητα στα αλογόνα. Τα μέταλλα αντιδρούν βίαια μεταξύ τους. Τα αλογόνα Μ+ συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ιοντικά αλογονίδια. Τα αλογονίδια του λιθίου, από την άλλη πλευρά, είναι αρκετά τοξικά ομοιοπολικά. Αυτό οφείλεται στην υψηλή ικανότητα πόλωσης ιόντων λιθίου. Το ιόν της μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι σχετικά μικροσκοπικό σε μέγεθος και έχει μεγάλη τάση να διαταράσσει το νέφος ηλεκτρονίων γύρω από το ιόν ενός αρνητικού αλογονιδίου. Το πιο ομοιοπολικό στοιχείο είναι το ιωδιούχο λίθιο.

Μείωση της φύσης

Τα αλκαλικά μέταλλα είναι ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες, με το λίθιο το πιο ισχυρό και το νάτριο το λιγότερο. Ολόκληρη η αλλαγή αντιπροσωπεύεται από το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου (E), το οποίο ποσοτικοποιεί τη φθίνουσα ισχύ:

Λόγω του μικροσκοπικού μεγέθους του ιόντος του, το λίθιο διαθέτει τη μεγαλύτερη ενθαλπία ενυδάτωσης, γεγονός που εξηγεί τη σημαντική αρνητική τιμή Ε και τη μειωτική του ισχύ.

Διαλύσεις μετάλλων αλκαλίων σε υγρή αμμωνία

Τα αλκαλικά μέταλλα μπορούν να διαλυθούν σε υγρή αμμωνία, παράγοντας βαθύ μπλε διαλύματα που είναι φυσικά αγώγιμα.

Το μπλε χρώμα του διαλύματος προκαλείται από το αμμωνιακό ηλεκτρόνιο, το οποίο απορροφά ενέργεια στην ορατή περιοχή του φωτός και, έτσι, δίνει στο διάλυμα ένα μπλε χρώμα. Επειδή αυτά τα διαλύματα είναι παραμαγνητικά, απελευθερώνουν προοδευτικά υδρογόνο, οδηγώντας στη δημιουργία αμιδίων.

Το μπλε χρώμα γίνεται χάλκινο σε συμπυκνωμένα διαλύματα και γίνεται διαμαγνητικό.

Εφαρμογές

Το μέταλλο λιθίου χρησιμοποιείται για την κατασκευή χρήσιμων κραμάτων, όπως ρουλεμάν «λευκού μετάλλου» για κινητήρες, εξαρτήματα αεροσκαφών και πλάκες θωράκισης. Είναι συστατικό στις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Το λίθιο χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή ηλεκτροχημικών στοιχείων. Το νάτριο χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός κράματος Na/Pb, το οποίο απαιτείται για την παραγωγή PbEt4 και PbMe4.

Αυτές οι οργανικές ενώσεις ελαίου χρησιμοποιήθηκαν κάποτε ως πρόσθετα κατά της κρούσης στη βενζίνη. Ωστόσο, τα σύγχρονα αυτοκίνητα χρησιμοποιούν βενζίνη χωρίς μόλυβδο. Σε πυρηνικούς αντιδραστήρες ταχείας αναπαραγωγής, το υγρό μέταλλο νατρίου χρησιμοποιείται ως ψυκτικό. Το κάλιο είναι απαραίτητο στις βιολογικές διεργασίες. Τα λιπάσματα περιλαμβάνουν χλωριούχο κάλιο. Στην παραγωγή μαλακού σαπουνιού χρησιμοποιείται υδροξείδιο του καλίου. Είναι επίσης ένας εξαιρετικός απορροφητής διοξειδίου του άνθρακα. Το καίσιο χρησιμοποιείται στη δημιουργία φωτοηλεκτρικών κυττάρων.

Συμπέρασμα

Το ιόν του βηρυλλίου είναι το πιο διαλυτό και όσο αυξάνεται το μέγεθός του αυξάνεται και η διαλυτότητά του. Επομένως το ιόν βαρίου είναι το λιγότερο υδατοδιαλυτό ιόν μετάλλου αλκαλικής γαίας. Η ιοντική σύνθεση και το μέγεθος μιας ουσίας επηρεάζει τη διαλυτότητά της στο νερό.

Τα μικρότερα ιόντα έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα φορτίου και μπορούν να διαλυθούν από μεγαλύτερο αριθμό μορίων νερού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη ενθαλπία ενυδάτωσης και πιο σταθερά ενυδατωμένα ιόντα.

Παράδειγμα: 

Διαλυτότητα Be2+> Διαλυτότητα Mg2+> Διαλυτότητα Ca2+> Διαλυτότητα Sr2+> Διαλυτότητα Ba2+