Metalli alcalini
I metalli alcalini o metalli del Gruppo IA sono metalli caratterizzati da un’alta reattività, bassa energia di ionizzazione, bassa elettronegatività e potenziale di riduzione negativo. A causa della loro alta reattività devono essere conservati in modo che non si trovino a contatto con l’aria per prevenirne l’ossidazione; in particolare litio, sodio e potassio vengono conservati in etere di petrolio. I meno reattivi rubidio e cesio sono conservati in tubi di vetro sigillati sotto vuoto o in atmosfera inerte.
Proprietà
Numero atomico | 3 | 11 | 19 | 37 | 55 |
Configurazione elettronica del guscio più esterno | 2s1 | 3s1 | 4s1 | 5s1 | 6s1 |
Raggio atomico (pm) | 152 | 186 | 227 | 248 | 265 |
Raggio ionico di M+ (pm) | 60 | 95 | 133 | 148 | 169 |
Elettronegatività | 1.0 | 0.9 | 0.79 | 0.8 | 0.8 |
Energia di prima ionizzazione kJ/mol | 520.2 | 495.8 | 418.8 | 403.0 | 375.7 |
Potenziale elettrodico V | – 3.05 | – 2.71 | – 2.92 | – 2.93 | – 2.92 |
Punto di fusione °C | 180.54 | 97.81 | 63.65 | 39.05 | 28.4 |
Punto di ebollizione °C | 1347 | 883.0 | 773.9 | 687.9 | 678.5 |
Densità g/cm3 a 20°C | 0.534 | 0.971 | 0.862 | 1.532 | 1.873 |
Conducibilità elettrica | 17.1 | 33.2 | 22.0 | 12.4 | 7.76 |
Durezza | 0.6 | 0.4 | 0.5 | 0.3 | 0.2 |
Colorazione alla fiamma | Carminio | Giallo | Violetto | Blu-rosso | Blu |
I metalli alcalini hanno una configurazione elettronica del guscio più esterno ns1 quindi tendono a perdere l’elettrone diventando ioni positivi M+. Essi hanno pertanto numero di ossidazione +1 e formano sali con gli alogeni aventi formula MX e ossidi aventi formula M2O.
Hanno basse temperature di fusione e di ebollizione e bassa densità; in particolare il litio, il sodio e il potassio hanno densità minore dell’acqua. Tendono a perdere l’elettrone del guscio esterno e quindi essendo facilmente ossidabili sono dei buoni riducenti.
Reazioni dei metalli alcalini
Reazioni con l’idrogeno
Tutti i metalli alcalini reagiscono con l’idrogeno per formare i rispettivi idruri secondo la reazione:
2 M(s) + H2(g) → 2 MH(s)
Reazioni con l’acqua
Tutti i metalli alcalini reagiscono vigorosamente con l’acqua per dare idrogeno gassoso e idrossido del metallo secondo la reazione generale:
2 M(s) + 2 H2O(l) → 2 MOH(aq) + H2(g)
La velocità e la virulenza della reazione aumenta scendendo dall’alto verso il basso lungo il gruppo. Tale fenomeno è dovuto al fatto che l’elettrone del guscio più esterno si trova più lontano dal nucleo scendendo lungo il gruppo ed è pertanto sempre meno attratto da esso rendendolo più facilmente allontanabile con conseguente aumento della reattività.
Reazioni con l’ossigeno
I metalli alcalini reagiscono con l’ossigeno per dare i rispettivi ossidi, tuttavia, a causa della loro diversa reattività devono essere esaminati singolarmente.
Il litio quando viene riscaldato all’aria brucia dando una fiamma di colore rosso intenso per dare l’ossido di litio:
4 Li + O2 → 2 Li2O
A causa dell’elevata reattività il litio reagisce con l’azoto presente nell’aria per dare il nitruro di litio:
6 Li + N2 → 2 Li3N
Il sodio all’aria brucia dando una fiamma arancione:
4 Na + O2 → 2 Na2O
Se il sodio è presente in eccesso si ottiene, oltre all’ossido, anche il perossido di sodio:
2 Na + O2 → Na2O2
Piccoli pezzi di potassio riscaldati all’aria tendono a fondere e a dare una miscela di perossido di potassio e superossido di potassio:
2 K + O2 → K2O2
K + O2 → KO2
Il rubidio e il cesio bruciano all’aria per dare i superossidi RbO2 e CsO2.
Reazioni con gli alogeni
I metalli alcalini e gli alogeni si combinano per dare sali ionici secondo la reazione generale:
2 M(s) + X2(g) → 2 MX(s)