Alkalimetalen (groep 1)

Eén buitenste elektron

Elk alkalimetaal heeft één buitenste elektron in een s-orbitaal, dus de configuratie eindigt op ns¹: lithium is [He] 2s¹ en natrium is [Ne] 3s¹. Als dat elektron wordt afgestaan, blijft de stabiele opstelling van het voorgaande edelgas over, dus alkalimetalen vormen gemakkelijk 1+-ionen zoals Li⁺, Na⁺ en K⁺. Ze komen in de natuur nooit vrij voor en worden in het lab onder olie bewaard.

Fysische eigenschappen

Alkalimetalen zijn zacht genoeg om met een mes te snijden, en een vers, zilverkleurig oppervlak loopt in lucht binnen enkele seconden aan. Lithium, natrium en kalium hebben een lagere dichtheid dan water, en de smeltpunten zijn laag voor metalen, van ongeveer 180 °C voor lithium tot 28 °C voor cesium. Hun verbindingen kleuren vlammen: karmozijnrood voor lithium, geeloranje voor natrium en lila voor kalium.

Reacties met water en andere elementen

Alle alkalimetalen reageren met water tot een hydroxide en waterstofgas: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. De hydroxideoplossing is sterk alkalisch, waaraan de familie haar naam dankt. Lithium bruist gestaag, natrium smelt tot een bolletje en schiet over het oppervlak, kalium vat vlam met een lila vlam, en rubidium en cesium reageren explosief.

Ze verbinden zich ook rechtstreeks met niet-metalen en vormen witte ionaire zouten met chloor (2Na + Cl₂ → 2NaCl) en oxiden in lucht, bijvoorbeeld 4Li + O₂ → 2Li₂O.

Trends in de groep

Elke stap omlaag in de groep voegt een elektronenschil toe, dus het buitenste elektron zit verder van de kern, is beter afgeschermd en gemakkelijker af te staan. De reactiviteit neemt daarom toe van lithium tot cesium. De atoomstraal neemt toe, terwijl de eerste ionisatie-energie en de smelt- en kookpunten afnemen. De dichtheid stijgt over het algemeen, al heeft kalium een lagere dichtheid dan natrium. Francium is moeilijk te bestuderen: de langstlevende isotoop heeft een halfwaardetijd van slechts 22 minuten.

Toepassingen van de alkalimetalen

Lithium voedt de oplaadbare lithium-ionbatterijen in telefoons en elektrische auto's, en lithiumcarbonaat is een medicijn tegen een bipolaire stoornis. Natrium zit in keukenzout (NaCl), zuiveringszout (NaHCO₃) en het natriumhydroxide waarmee zeep wordt gemaakt. Kalium is een essentiële voedingsstof en een belangrijk ingrediënt van kunstmest, en cesiumatoomklokken leggen de seconde vast.