Alkalimetaller (grupp 1)

En yttre elektron

Varje alkalimetall har en enda yttre elektron i en s-orbital, så dess konfiguration slutar på ns¹: litium är [He] 2s¹ och natrium är [Ne] 3s¹. När den elektronen avges blir det kvar arrangemanget hos den föregående ädelgasen, så alkalimetaller bildar lätt 1+-joner som Li⁺, Na⁺ och K⁺. De förekommer aldrig fria i naturen och förvaras under olja i labbet.

Fysikaliska egenskaper

Alkalimetaller är så mjuka att de kan skäras med en kniv, och en ny, silverglänsande yta anlöper inom några sekunder i luft. Litium, natrium och kalium har lägre densitet än vatten, och smältpunkterna är låga för metaller, från ungefär 180 °C för litium ner till 28 °C för cesium. Deras föreningar färgar lågor: karmosinrött för litium, gulorange för natrium och lila för kalium.

Reaktioner med vatten och andra grundämnen

Alla alkalimetaller reagerar med vatten och bildar en hydroxid och vätgas: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Hydroxidlösningen är starkt alkalisk, vilket ger familjen dess namn. Litium fräser jämnt, natrium smälter till en kula och far över ytan, kalium bryter ut i en lila låga, och rubidium och cesium reagerar explosivt.

De förenar sig också direkt med icke-metaller och bildar vita jonsalter med klor (2Na + Cl₂ → 2NaCl) och oxider i luft, till exempel 4Li + O₂ → 2Li₂O.

Trender nedåt i gruppen

Varje steg nedåt i gruppen lägger till ett elektronskal, så den yttre elektronen är längre från kärnan, bättre avskärmad och lättare att avge. Reaktiviteten ökar därför från litium till cesium. Atomradien ökar, medan första joniseringsenergin samt smält- och kokpunkter minskar. Densiteten stiger i allmänhet, även om kalium har lägre densitet än natrium. Francium är svårt att studera: dess mest långlivade isotop har en halveringstid på bara 22 minuter.

Användningar av alkalimetallerna

Litium driver de laddningsbara litiumjonbatterierna i mobiler och elbilar, och litiumkarbonat är ett läkemedel mot bipolär sjukdom. Natrium finns i bordssalt (NaCl), bikarbonat (NaHCO₃) och natriumhydroxiden som används för att tillverka tvål. Kalium är ett nödvändigt näringsämne och en viktig ingrediens i gödselmedel, och cesiumatomur definierar sekunden.