Alkalimetalle (Gruppe 1)

Ein Außenelektron

Jedes Alkalimetall hat ein einzelnes Außenelektron in einem s-Orbital, seine Elektronenkonfiguration endet also auf ns¹: Lithium ist [He] 2s¹ und Natrium [Ne] 3s¹. Gibt es dieses Elektron ab, bleibt die stabile Anordnung des vorangehenden Edelgases zurück, daher bilden Alkalimetalle leicht einfach positiv geladene Ionen wie Li⁺, Na⁺ und K⁺. Sie kommen in der Natur nie elementar vor und werden im Labor unter Öl aufbewahrt.

Physikalische Eigenschaften

Alkalimetalle sind so weich, dass man sie mit einem Messer schneiden kann, und eine frische, silbrige Schnittfläche läuft an der Luft innerhalb von Sekunden an. Lithium, Natrium und Kalium sind weniger dicht als Wasser, und ihre Schmelzpunkte sind für Metalle niedrig, von etwa 180 °C bei Lithium bis hinunter zu 28 °C bei Cäsium. Ihre Verbindungen färben Flammen: karminrot bei Lithium, gelborange bei Natrium und lila bei Kalium.

Reaktionen mit Wasser und anderen Elementen

Alle Alkalimetalle reagieren mit Wasser zu einem Hydroxid und Wasserstoffgas: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Die Hydroxidlösung ist stark alkalisch, wovon die Familie ihren Namen hat. Lithium sprudelt gleichmäßig, Natrium schmilzt zu einer Kugel und flitzt über die Oberfläche, Kalium geht mit lilafarbener Flamme in Flammen auf, und Rubidium und Cäsium reagieren explosionsartig.

Sie verbinden sich außerdem direkt mit Nichtmetallen und bilden mit Chlor weiße ionische Salze (2Na + Cl₂ → 2NaCl) und an der Luft Oxide, zum Beispiel 4Li + O₂ → 2Li₂O.

Trends innerhalb der Gruppe

Mit jedem Schritt nach unten kommt eine Elektronenschale hinzu, sodass das Außenelektron weiter vom Atomkern entfernt, besser abgeschirmt und leichter abzugeben ist. Die Reaktivität steigt daher von Lithium bis Cäsium. Der Atomradius nimmt zu, während die erste Ionisierungsenergie sowie Schmelz- und Siedepunkte sinken. Die Dichte steigt im Allgemeinen, auch wenn Kalium weniger dicht ist als Natrium. Francium lässt sich kaum untersuchen: Sein langlebigstes Isotop hat eine Halbwertszeit von nur 22 Minuten.

Verwendung der Alkalimetalle

Lithium versorgt die wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus in Handys und Elektroautos mit Energie, und Lithiumcarbonat ist ein Medikament gegen bipolare Störungen. Natrium steckt in Speisesalz (NaCl), Natron (NaHCO₃) und in dem Natriumhydroxid, das zur Seifenherstellung dient. Kalium ist ein lebensnotwendiger Nährstoff und ein wichtiger Bestandteil von Düngemitteln, und Cäsium-Atomuhren legen die Sekunde fest.