Metal alcalino - Alkali metal


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Metales alcalinos
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio neodimio Prometeo Samario europio gadolinio Terbio disprosio holmio erbio Tulio Iterbio lutecio Hafnio tantalio Tungsteno renio Osmio iridio Platino Oro Mercurio (elemento) talio Dirigir Bismuto Polonio astato Radón
francio Radio Actinio torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio einstenio fermium Mendelevio nobelio lawrencium rutherfordium dubnium seaborgio bohrium hassio meitnerio darmstadtium roentgenio copernicio Nihonium flerovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
número de grupo de la IUPAC 1
Nombre de elemento grupo de litio
nombre trivial Metales alcalinos
Número de grupo CAS
(US, modelo ABA)
I A
antiguo número de la IUPAC
(Europa, patrón AB)
I A

↓  Período
2
Image: metal de litio almacena bajo parafina
Litio (Li)
3
3
Imagen: El sodio metálico
El sodio (Na)
11
4
Imagen: El potasio metal
El potasio (K)
19
5
de metal rubidio en una ampolla de vidrio: Imagen
Rubidio (Rb)
37
6
Image: Metal de cesio en una ampolla de vidrio
Cesio (Cs)
55
7 Francio (Fr)
87

Leyenda

primordial
elemento por la desintegración radiactiva
Atómica de color número:
negro = sólida

Los metales alcalinos son un grupo (columna) en la tabla periódica que consiste en el elementos químicos de litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs), y francio (Fr). Este grupo se encuentra en el s-bloque de la tabla periódica de elementos como todos los metales alcalinos tienen su electrón más exterior en un s-orbital : esta compartidas resultados de la configuración de electrones en su tener propiedades características muy similares. De hecho, los metales alcalinos proporcionan el mejor ejemplo de las tendencias de grupo en las propiedades de la tabla periódica, con elementos que exhiben bien caracterizado homóloga comportamiento.

Los metales alcalinos son todos brillantes, suaves , altamente reactivos metales a temperatura y presión estándar y fácilmente pierden su electrón más exterior para formar cationes con carga +1. Todos ellos se pueden cortar fácilmente con un cuchillo debido a su suavidad, la exposición de una superficie brillante que empaña rápidamente en el aire debido a la oxidación por la humedad atmosférica y el oxígeno (y en el caso de litio, nitrógeno ). Debido a su alta reactividad, deben ser almacenadas bajo aceite para evitar la reacción con el aire, y se encuentran naturalmente sólo en sales y nunca como los elementos libres. Cesio, el quinto de metal alcalino, es la más reactiva de todos los metales. En el moderno IUPAC nomenclatura, los metales alcalinos comprenden el grupo 1 de elementos , con exclusión de hidrógeno (H), que es nominalmente un elemento del grupo 1 pero que normalmente no considerado como un metal alcalino, ya que rara vez exhibe un comportamiento comparable a la de los metales alcalinos. Todos los metales alcalinos reaccionan con el agua, con los metales alcalinos más pesados reaccionar más vigorosamente que los más ligeros.

Todos los metales alcalinos descubiertos producen en la naturaleza como sus compuestos: con el fin de abundancia , el sodio es el más abundante, seguido de potasio, litio, rubidio, cesio, francio y finalmente, que es muy raro debido a su extremadamente alta radiactividad ; francio se produce sólo en los más mínimos rastros en la naturaleza como un paso intermedio en algunas ramas laterales oscuras de los naturales cadenas de desintegración . Se han realizado experimentos para intentar la síntesis de ununennio (Uue), que es probable que sea el siguiente miembro del grupo, pero todos se han reunido con el fracaso. Sin embargo, ununennio no puede ser un metal alcalino debido a efectos relativistas , que se predice que tienen una gran influencia en las propiedades químicas de elementos superpesados ; incluso si no llegar a ser un metal alcalino, se predice que tienen algunas diferencias en las propiedades físicas y químicas de sus homólogos más ligeros.

La mayoría de los metales alcalinos tienen muchas aplicaciones diferentes. Una de las aplicaciones más conocidas de los elementos puros es el uso de rubidio y cesio en relojes atómicos , de los cuales cesio relojes atómicos son la representación más exacta y precisa de tiempo. Una aplicación común de los compuestos de sodio es la lámpara de vapor de sodio , que emite luz de manera muy eficiente. La sal de mesa , o cloruro de sodio, se ha utilizado desde la antigüedad. El sodio y el potasio son también elementos esenciales , que tienen importantes funciones biológicas como electrolitos , y aunque los otros metales alcalinos no son esenciales, también tienen diferentes efectos en el cuerpo, tanto beneficiosos como perjudiciales.

Historia

Una muestra de petalita
Petalita , el mineral de litio a partir del cual litio fue primero aislado

Los compuestos de sodio se han conocido desde la antigüedad; sal ( cloruro de sodio ) ha sido un producto importante en las actividades humanas, como atestigua la palabra Inglés sueldo , en referencia a Salarium , el dinero pagado a los soldados romanos para la compra de sal. Mientras potasa se ha utilizado desde tiempos antiguos, no se entendía la mayor parte de su historia para ser una sustancia fundamentalmente diferente de sales minerales de sodio. Georg Ernst Stahl obtuvo evidencia experimental que le llevó a sugerir la diferencia fundamental de las sales de sodio y potasio en 1702, y Henri-Louis Duhamel du Monceau fue capaz de demostrar que esta diferencia en 1736. La composición química exacta de compuestos de potasio y de sodio, y la estatus como elemento químico de potasio y de sodio, no se sabía entonces, y por lo tanto Antoine Lavoisier no incluye ya sea alcalino en su lista de elementos químicos en 1789.

Potasio puro se aisló por primera vez en 1807 en Inglaterra por Sir Humphry Davy , que deriva desde potasa cáustica (KOH, hidróxido de potasio) por el uso de la electrólisis de la sal fundida con el recién inventado pila voltaica . Los intentos anteriores de la electrólisis de la sal acuosa no tuvieron éxito debido a la reactividad extrema de potasio. El potasio fue el primer metal que se aisló por electrólisis. Más tarde ese mismo año, Davy informó extracción de sodio de la sustancia similar sosa cáustica (NaOH, lejía) por una técnica similar, lo que demuestra los elementos, y por lo tanto las sales, a ser diferente.

Johann Wolfgang Döbereiner fue de los primeros en notar similitudes entre lo que ahora se conoce como los metales alcalinos.

Petalita ( Li Al Si 4 O 10 ) fue descubierto en 1800 por el brasileño químico José Bonifácio en una mina en la isla de Utö, Suecia . Sin embargo, no fue hasta 1817 que Johann Arfvedson , que entonces trabajaba en el laboratorio del químico Jöns Jacob Berzelius , detecta la presencia de un nuevo elemento al analizar petalita mineral . Este nuevo elemento se observó por él para formar compuestos similares a los de sodio y potasio, aunque su carbonato y hidróxido eran menos soluble en agua y más alcalina que los otros metales alcalinos. Berzelius dio el material desconocido el nombre de " Lithion / Lithina ", del griego palabra λιθoς (transcrito como lithos , que significa "piedra"), para reflejar su descubrimiento en un mineral sólido, en contraposición a potasio, que se había descubierto en las cenizas vegetales y sodio, que se conoce en parte por su alta abundancia en la sangre animal. Él nombró el metal dentro de la "materia de litio ". Litio, sodio, y potasio eran parte del descubrimiento de periodicidad , ya que se encuentran entre una serie de tríadas de elementos en el mismo grupo que se observaron por Johann Wolfgang Döbereiner en 1850 como que tienen propiedades similares.

Una muestra de lepidolita
Lepidolite , el mineral de rubidio a partir del cual rubidio fue primero aislado

Rubidio y cesio fueron los primeros elementos a ser descubiertos mediante el espectroscopio , inventado en 1859 por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff . Al año siguiente, descubrieron el cesio en el agua mineral de Bad Dürkheim , Alemania. Su descubrimiento de rubidio llegó al año siguiente en Heidelberg , Alemania, encontrándolo en el mineral lepidolite . Los nombres de rubidio y cesio provienen de las líneas más destacados en su espectro de emisión : una línea roja brillante para el rubidio (del latín palabra rubidus , es decir, de color rojo oscuro rojo o brillante), y una línea de color azul celeste para el cesio (derivado de la América palabra caesius , es decir, de color azul celeste).

Alrededor de 1865 John Newlands produjo una serie de documentos en la que se enumeran los elementos en orden creciente de peso atómico y las propiedades físicas y químicas similares que se repiten a intervalos de ocho; comparó dicha periodicidad de las octavas de la música, donde las notas separadas por una octava tener funciones musicales similares. Su versión poner todos los metales alcalinos entonces conocidos (litio al cesio), así como cobre , plata y talio (que indican la característica estado 1 oxidación de los metales alcalinos), juntos en un grupo. Su mesa colocada de hidrógeno con los halógenos .

Dmitri Mendeleev sistema periódico 's propuso en 1871 que muestra hidrógeno y los metales alcalinos, como parte de su grupo I, junto con cobre, plata y oro

Después de 1869, Dmitri Mendeleev propuso su periódica de litio colocación tabla en la parte superior de un grupo con el sodio, potasio, rubidio, cesio, y talio. Dos años más tarde, Mendeleev revisó su mesa, colocando de hidrógeno en el grupo 1 anterior de litio, y también moviendo talio al grupo de boro . En esta versión 1871, cobre, plata y oro se colocaron dos veces, una como parte de los grupos IB , y una vez como parte de un "grupo VIII" abarca grupos de hoy en día 8 a 11. Después de la introducción de la mesa 18-columna, el elementos del grupo IB fueron trasladados a su posición actual en el d-bloque , mientras que los metales alcalinos se dejaron en grupo IA . Más tarde el nombre del grupo se cambió a grupo 1 en 1988. El nombre trivial "metales alcalinos" viene del hecho de que los hidróxidos del grupo 1 elementos son todos fuertes álcalis cuando se disuelve en agua.

Había por lo menos cuatro descubrimientos erróneas e incompletas antes de Marguerite Perey del Instituto Curie en París, Francia descubrió francio en 1939 mediante la purificación de una muestra de 227 Ac , que había sido informado que tienen una energía de desintegración de 220  keV . Sin embargo, Perey notó partículas de desintegración con un nivel de energía por debajo de 80 keV. Perey considera que la actividad de la caries podría haber sido causado por un producto de desintegración previamente no identificado, uno que fue separada durante la purificación, pero surgió de nuevo fuera de la pura actinio -227. Varias pruebas eliminan la posibilidad de que el elemento desconocido ser torio , radio , plomo , bismuto , o talio . El nuevo producto exhibido propiedades químicas de un metal alcalino (tales como coprecipitación con sales de cesio), lo que llevó a Perey creen que fue elemento 87, provocada por la desintegración alfa de actinio-227. Perey intentó entonces para determinar la proporción de desintegración beta a la desintegración alfa en actinio-227. Su primer puesto prueba el alfa de ramificación en el 0,6%, una cifra que más tarde se revisó a 1%.

227
89
Ac
α (1,38%) 21,77 y 223
87
Fr
β -22 min 223
88
Ra
alpha 11.4 d

El siguiente elemento a continuación francio ( EKA -francium) en la tabla periódica sería ununennio (Uue), elemento 119. La síntesis de ununennio se intentó por primera vez en 1985 mediante el bombardeo de un objetivo de einsteinium -254 con calcio -48 iones en el acelerador superHILAC en Berkeley, California. No se identificaron átomos, lo que lleva a un rendimiento de limitación de 300 nb .

254
99
Es
+ 48
20
Ca
302
119
Uue
* → no hay átomos

Es muy poco probable que esta reacción será capaz de crear cualquiera de los átomos de ununennio en un futuro próximo, dada la extremadamente difícil tarea de hacer cantidades suficientes de einsteinium-254, que se ve favorecida para la producción de elementos ultrapesado debido a su gran masa, relativamente larga vida media de 270 días, y la disponibilidad de cantidades significativas de varios microgramos, para hacer un objetivo lo suficientemente grande como para aumentar la sensibilidad del experimento hasta el nivel requerido; einstenio no se ha encontrado en la naturaleza y sólo se ha producido en los laboratorios, y en cantidades más pequeñas que las que se necesitan para la síntesis eficaz de los elementos superpesados. Sin embargo, dado que ununennio es sólo el primer elemento periodo de 8 en la tabla periódica ampliada , que bien puede ser descubierta en un futuro próximo a través de otras reacciones, y de hecho un intento de sintetizar que está actualmente en curso en Japón. En la actualidad, ninguno de los elementos de época 8 se han descubierto todavía, y también es posible, debido a gotear inestabilidades , que sólo el período inferior 8 elementos, hasta alrededor del elemento 128, son físicamente posibles. No hay intentos de síntesis se han hecho para todos los metales alcalinos más pesados: debido a su extremadamente alto número atómico, que requerirían nuevos, métodos y tecnología para hacer más poderosos.

Ocurrencia

En el Sistema Solar

Abundancias estimadas de los elementos químicos en el sistema solar. El hidrógeno y el helio son más comunes, desde el Big Bang . Los siguientes tres elementos (litio, berilio y boro ) son raras porque están mal sintetizan en el Big Bang y también en estrellas. Las dos tendencias generales de los elementos-estelares producido restantes son: (1) una alternancia de abundancia en elementos ya que tienen pares o impares números atómicos, y (2) una disminución general en la abundancia, como elementos vuelven más pesados. El hierro es especialmente común debido a que representa el nucleido energía mínima que puede ser hecho por fusión de helio en supernovas.

La regla de Oddo-Harkins sostiene que incluso los elementos con números atómicos son más comunes que los que tienen números atómicos impares, con la excepción de hidrógeno. Esta regla se argumenta que los elementos con números atómicos impares tienen un protón no apareado y son más propensos a captar otro, lo que aumenta su número atómico. En los elementos con números pares atómicos, los protones se combinan, con cada miembro del par de compensación de la rotación de la otra, la estabilidad mejora. Todos los metales alcalinos tienen números atómicos impares y no son tan comunes como los elementos con números atómicos incluso adyacentes a ellos (los gases nobles y los metales de tierras alcalinas ) en el sistema solar. Los metales alcalinos más pesados también son menos abundantes que los más ligeros como los metales alcalinos de rubidio en adelante sólo pueden ser sintetizados en supernovas y no en la nucleosíntesis estelar . El litio también es mucho menos abundante que el sodio y el potasio, ya que está mal sintetiza en tanto nucleosíntesis Big Bang y en las estrellas: el Big Bang sólo podía producir cantidades traza de litio, berilio y boro debido a la ausencia de un núcleo estable con 5 o 8 nucleones , y nucleosíntesis estelar sólo podían pasar este cuello de botella por el proceso de triple alfa , fusionando tres núcleos de helio para formar carbono , y pasando por alto estos tres elementos.

En la tierra

Spodumene , un importante mineral de litio

La Tierra forma a partir de la misma nube de materia que formó el Sol, los planetas, pero adquiere diferentes composiciones durante la formación y evolución del sistema solar . A su vez, la historia natural de la Tierra causada partes de este planeta que tienen diferentes concentraciones de los elementos. La masa de la Tierra es aproximadamente 5,98 × 10 24  kg. Se compone principalmente de hierro (32,1%), oxígeno (30,1%), silicio (15,1%), magnesio (13,9%), azufre (2,9%), níquel (1,8%), calcio (1,5%) y aluminio ( 1,4%); con el 1,2% restante consiste en cantidades traza de otros elementos. Debido a la diferenciación planetaria , se cree que la región del núcleo que está compuesto principalmente de hierro (88,8%), con cantidades más pequeñas de níquel (5,8%), azufre (4,5%), y elementos traza a menos de 1%.

Los metales alcalinos, debido a su alta reactividad, no ocurren de manera natural en forma pura en la naturaleza. Son litófilos y por lo tanto permanecen cerca de la superficie de la Tierra, ya que combinan fácilmente con el oxígeno y por lo tanto se asocian fuertemente con sílice , formando relativamente minerales de baja densidad que no se hunden hacia abajo en el núcleo de la Tierra. El potasio, rubidio y cesio son también elementos incompatibles debido a sus grandes radios iónicos .

El sodio y el potasio son muy abundantes en la tierra, siendo ambos entre los diez elementos más comunes en la corteza terrestre ; de sodio constituye aproximadamente el 2,6% de la Tierra corteza 's medido en peso, lo que es el sexto elemento más abundante en general y el metal alcalino más abundante. El potasio constituye aproximadamente el 1,5% de la corteza terrestre y es el séptimo elemento más abundante. El sodio se encuentra en muchos minerales diferentes, de los cuales el más común es la sal común (cloruro de sodio), que se produce en grandes cantidades disueltas en agua de mar. Otros depósitos sólidos incluyen halita , anfíboles , criolita , nitratina , y zeolita . Muchos de estos depósitos sólidos se producen como consecuencia de los antiguos mares de evaporación, que se sigue produciendo hoy en lugares como Utah 's Gran Lago Salado y el Mar Muerto . A pesar de su abundancia casi igual en la corteza terrestre, el sodio es mucho más común que el potasio en el océano, tanto por tamaño más grande de potasio hace sus sales menos solubles, y porque el potasio está obligado por silicatos en el suelo y lo potasio lixivia se absorbe mucho más fácilmente por vida de las plantas de sodio.

A pesar de su similitud química, litio típicamente no se produce junto con sodio o de potasio debido a su tamaño más pequeño. Debido a su reactividad relativamente baja, se puede encontrar en el agua de mar en grandes cantidades; se estima que el agua de mar es de aproximadamente 0,14 a 0,25 partes por millón (ppm) o 25 micromolar . Su relación diagonal con el magnesio permite a menudo para reemplazar magnesio en ferromagnesium minerales, donde su concentración de la corteza es de aproximadamente 18  ppm , comparable a la de galio y niobio . Comercialmente, el mineral de litio más importante es espodumenio , que se produce en grandes depósitos en todo el mundo.

El rubidio es aproximadamente tan abundantes como zinc y más abundante que el cobre. Se produce naturalmente en los minerales de leucita , polucita , carnalita , zinnwaldite , y lepidolita , aunque ninguno de estos sólo contienen rubidio y no hay otros metales alcalinos. El cesio es más abundante que algunos elementos comúnmente conocidos, tales como antimonio , cadmio , estaño , y de tungsteno , pero es mucho menos abundante que el rubidio.

El 223 , el isótopo que ocurre sólo naturalmente de francio, es el producto de la desintegración alfa de actinio-227 y se puede encontrar en cantidades traza en uranio minerales. En una muestra dada de uranio, se estima que sólo un átomo de francio por cada 10 18 átomos de uranio. Se ha calculado que hay como máximo 30 g de francio en la corteza de la tierra en cualquier momento, debido a su muy corta vida media de 22 minutos.

propiedades

Física y química

Las propiedades físicas y químicas de los metales alcalinos se pueden explicar fácilmente por su tiene un ns 1 valencia configuración electrónica , lo que resulta en débil enlace metálico . Por lo tanto, todos los metales alcalinos son suaves y tienen bajas densidades , de fusión y puntos de ebullición , así como calores de sublimación , vaporización , y disociación . Todos ellos cristalizar en el cúbica centrada en el cuerpo estructura cristalina, y tienen distintivos colores de la llama debido a que su s electrón externo es muy fácilmente excitado. El ns 1 de configuración también se traduce en los metales alcalinos que tienen muy grande atómica y radios iónicos , así como muy alta térmica y conductividad eléctrica . Su química está dominada por la pérdida de su electrón de valencia solitario en el s-orbitales para formar el estado de oxidación +1 más exteriores, debido a la facilidad de ionizante este electrón y la energía muy alta segunda ionización. La mayor parte de la química sólo se ha observado en los primeros cinco miembros del grupo. La química de francio no está bien establecida debido a su extrema radiactividad ; por lo tanto, la presentación de sus propiedades aquí es limitado. Lo poco que se conoce sobre el francio muestra que está muy cerca en el comportamiento de cesio, como se esperaba. Las propiedades físicas de francio son aún sketchier porque el elemento de material nunca se ha observado; por lo tanto, cualquier dato que se pueden encontrar en la literatura son ciertamente extrapolaciones especulativas.

Propiedades de los metales alcalinos
Nombre Litio Sodio Potasio Rubidio Cesio francio
Número atómico 3 11 19 37 55 87
Estándar masa atómica  ( u ) 6,94 (1) 22.98976928 (2) 39,0983 (1) 85,4678 (3) 132.9054519 (2) [223]
Configuración electronica [ Él ] 2s 1 [ Ne ] 3s 1 [ Ar ] 4s 1 [ Kr ] 5s 1 [ Xe ] 6s 1 [ Rn ] 7s 1
Punto de fusión (° C) 180,54 97.72 63.38 39.31 28.44 ?
Punto de ebullición (° C) 1342 883 759 688 671 ?
Densidad  (g · cm -3 ) 0,534 0,968 0.89 1,532 1.93 ?
Calor de fusión  (kJ · mol -1 ) 3.00 2.60 2,321 2.19 2.09 ?
El calor de vaporización  (kJ · mol -1 ) 136 97.42 79.1 69 66.1 ?
Calor de formación  de gas monoatómico (kJ · mol -1 ) 162 108 89.6 82.0 78.2 ?
La resistividad eléctrica  a 25 ° C (n Ω · cm ) 94.7 48.8 73.9 131 208 ?
Radio atómico  ( pm ) 152 186 227 248 265 ?
Radio iónico de hexacoordinate M + ion (pm) 76 102 138 152 167 ?
Primera energía de ionización  ( kJ · mol -1 ) 520,2 495,8 418,8 403,0 375,7 392.8
Afinidad electrónica  (kJ · mol -1 ) 59.62 52,87 48.38 46.89 45.51 ?
La entalpía de disociación  de M 2  (kJ · mol -1 ) 106.5 73.6 57.3 45.6 44.77 ?
Pauling electronegatividad 0.98 0.93 0.82 0.82 0.79 ?
Potencial de electrodo estándar ( E ° (M + → M 0 ); V ) -3.04 -2.71 -2.93 -2.98 -3.03 ?
Llama de prueba de color
de emisión Principal / longitud de onda de absorción ( nm )
carmesí
670,8
amarillo
589,2
violeta
766,5
Rojo-violeta
780,0
azul
455,5
?

Los metales alcalinos son más similares entre sí que los elementos en cualquier otro grupo son el uno al otro. De hecho, la similitud es tan grande que es muy difícil separar potasio, rubidio y cesio, debido a su parecido radios iónicos ; litio y sodio son más distinta. Por ejemplo, cuando se mueve hacia abajo la mesa, todos los metales alcalinos conocidos muestran el aumento de radio atómico , disminuyendo electronegatividad , el aumento de la reactividad , y la disminución de puntos de fusión y así como calores de fusión y vaporización hirviendo. En general, sus densidades aumentan cuando se mueve hacia abajo de la mesa, con la excepción de que el potasio es menos denso que el de sodio. Una de las pocas propiedades de los metales alcalinos que no muestra una tendencia muy lisa es sus potenciales de reducción : valor de litio es anómala, siendo más negativo que los otros. Esto es porque el Li + ion tiene una muy alta energía de hidratación en la fase gas: aunque el ion de litio interrumpe la estructura del agua significativamente, provocando un cambio mayor en la entropía, esta energía de alta hidratación es suficiente para que los potenciales de reducción indican como siendo el metal alcalino más electropositivo, a pesar de la dificultad de ionizante que en la fase de gas.

Los metales alcalinos estables son todos los metales de color plata, excepto para el cesio, que tiene un tinte dorado pálido: es uno de los tres metales que son de color claramente (los otros dos son de cobre y oro). Además, la pesada metales alcalinotérreos de calcio , estroncio , y bario , así como la divalente lantánidos de europio y de iterbio , son de color amarillo pálido, aunque el color es mucho menos prominente de lo que es para el cesio. Su brillo empaña rápidamente en el aire debido a la oxidación. Todos ellos cristalizar en el cúbica centrada en el cuerpo estructura cristalina, y tienen distintivos colores de la llama debido a que su s electrón externo es muy fácilmente excitado. De hecho, estos colores de prueba de llama son la forma más común de identificación de ellos ya que todos sus sales con iones comunes son solubles.

Potasio reacciona violentamente con el agua a temperatura ambiente
Cesio reacciona explosivamente con agua incluso a bajas temperaturas

Todos los metales alcalinos son altamente reactivos y nunca se encuentran en formas elementales en la naturaleza. Debido a esto, se almacenan por lo general en aceite mineral o queroseno (aceite de parafina). Ellos reaccionan agresivamente con los halógenos para formar los haluros de metales alcalinos , que son blancas cristalinas iónicos compuestos que son todos solubles en agua, excepto fluoruro de litio ( Li F ). Los metales alcalinos también reaccionan con agua para formar fuertemente alcalinas hidróxidos y por lo tanto deben ser manejados con gran cuidado. Los metales alcalinos más pesados reaccionan más vigorosamente que los más ligeros; por ejemplo, cuando cae en el agua, cesio produce una explosión más grande que potasio si se utiliza el mismo número de moles de cada metal. Los metales alcalinos tienen los más bajos primero energías de ionización en sus respectivos periodos de la tabla periódica debido a su bajo carga nuclear efectiva y la capacidad de alcanzar un gas noble configuración por la pérdida de un solo electrón . No sólo los metales alcalinos reaccionan con el agua, sino también con donantes de protones como alcoholes y fenoles , gaseoso de amoniaco , y alquinos , el último que demuestra el grado fenomenal de su reactividad. Su gran potencia como agentes reductores hace muy útiles en la liberación de otros metales a partir de sus óxidos o haluros.

La segunda energía de ionización de todos los metales alcalinos es muy alta, ya que es en una cáscara completo que también está más cerca del núcleo; por lo tanto, casi siempre pierden un solo electrón, formando cationes. Los alkalides son una excepción: son compuestos inestables que contienen metales alcalinos en un estado de oxidación -1, que es muy inusual, ya que antes del descubrimiento de los alkalides, los metales alcalinos no se esperaba que ser capaz de formar aniones y se pensaba que eran capaz de aparecer en sales sólo como cationes. Los aniones alkalide han llenado s-subniveles , lo que les da la suficiente estabilidad de existir. Todos los metales alcalinos estables excepto litio se sabe que son capaces de formar alkalides, y los alkalides tener mucho interés teórico debido a su inusual estequiometría y bajos potenciales de ionización . Alkalides son químicamente similares a los electrides , que son sales con atrapadas electrones que actúa como aniones. Un ejemplo particularmente sorprendente de una alkalide es "inversa hidruro de sodio ", H + Na - (ambos iones estar complejado ), en oposición a la hidruro de sodio usual, Na + H - : es inestable en el aislamiento, debido a su alta energía resultante a partir del desplazamiento de dos electrones de hidrógeno al sodio, aunque varios derivados se prevé que ser metaestable o estable.

En solución acuosa, los iones de metales alcalinos forman iones aqua de la fórmula [M (H 2 O) n ] + , en donde n es el número de solvatación. Sus números de coordinación y formas concuerdan bien con los esperados de sus radios iónicos. En disolución acuosa las moléculas de agua directamente unidos al ion de metal se dice que pertenecen a la primera esfera de coordinación , también conocido como el primero, o primario, capa de solvatación. La unión entre una molécula de agua y el ión metálico es un enlace covalente dativo , con el átomo de oxígeno la donación de ambos electrones al enlace. Cada molécula de agua coordinada puede estar unido por enlaces de hidrógeno a otras moléculas de agua. Este último se dice que residir en la segunda esfera de coordinación. Sin embargo, para los cationes de metales alcalinos, la segunda esfera de coordinación no está bien definida como la carga 1 en el catión no es lo suficientemente alta para polarizar las moléculas de agua en la capa de solvatación primaria suficiente para ellos para formar fuertes enlaces de hidrógeno con los de la segunda esfera de coordinación, la producción de una entidad más estable. El número de solvatación para Li + se ha determinado experimentalmente que 4, formando la tetraédrica [Li (H 2 O) 4 ] + : mientras que los números de solvatación de 3 a 6 se han encontrado para iones aqua litio, números de solvatación inferior a 4 puede ser el resultado de la formación de contactos de pares de iones , y los números de solvatación más altas puede ser interpretado en términos de moléculas de agua que se aproximan [Li (H 2 O) 4 ] + a través de una cara del tetraedro, aunque simulaciones dinámicas moleculares puede indicar la existencia de un octaédrica ion hexaaqua. También hay probablemente seis moléculas de agua en la esfera de solvatación primaria del ion de sodio, formando el octaédrico [Na (H 2 O) 6 ] + ion. Aunque se pensaba anteriormente que los metales más pesados alcalinos también forman iones hexaaqua octaédricos, desde entonces se ha encontrado que el potasio y rubidio probablemente forman el [K (H 2 O) 8 ] + y [Rb (H 2 O) 8 ] + iones , que tienen la antiprismática cuadrado estructura, y que el cesio forma el 12 coordenada [Cs (H 2 O) 12 ] + ion.

Litio

La química de litio muestra varias diferencias con respecto a la del resto del grupo como el pequeño Li + catión polariza aniones y da sus compuestos una más covalente carácter. El litio y el magnesio tienen una relación diagonal debido a su radio atómico similar, por lo que se muestran algunas similitudes. Por ejemplo, litio forma una estable nitruro , una propiedad común entre todos los metales alcalinotérreos (grupo de magnesio), pero único entre los metales alcalinos. Además, entre sus respectivos grupos, sólo el litio y la forma del magnesio compuestos organometálicos con carácter significativo covalente (por ejemplo, Li Me y MgMe 2 ).

Fluoruro de litio es el único haluro de metal alcalino que es poco soluble en agua, y el hidróxido de litio es el único hidróxido de metal alcalino que no es delicuescente . A la inversa, perclorato de litio y otras sales de litio con aniones grandes que no pueden ser polarizados son mucho más estables que los compuestos análogos de los otros metales alcalinos, probablemente porque Li + tiene una alta energía de solvatación . Este efecto también significa que la mayoría de las sales de litio simples se encuentran comúnmente en forma hidratada, ya que las formas anhidras son extremadamente higroscópico : esto permite sales como cloruro de litio y bromuro de litio a utilizar en deshumidificadores y acondicionadores de aire .

francio

Francio También se prevé que muestran algunas diferencias debido a su alto peso atómico , haciendo que sus electrones para viajar en fracciones considerables de la velocidad de la luz y por lo tanto hacer efectos relativistas más prominente. En contraste con la tendencia de disminución de electronegatividades y energías de ionización de los metales alcalinos, energía electronegatividad e ionización de francio se prevé que sea superior a la de debido a la estabilización relativista de los electrones 7s de cesio; También, su radio atómico se espera que sea anormalmente bajo. Por lo tanto, contrariamente a lo esperado, el cesio es el más reactivo de los metales alcalinos, no francio. Todas las propiedades físicas conocidas de francio también se desvían de las tendencias claras que van de litio al cesio, como la primera energía de ionización, afinidad electrónica, y polarizabilidad anión, aunque debido a la escasez de datos conocidos sobre francio muchas fuentes dan valores extrapolados, haciendo caso omiso de que efectos relativistas hacen la tendencia de litio al cesio resulte inaplicable en francio. Algunas de las pocas propiedades de francio que se han predicho teniendo relatividad en cuenta son la afinidad electrónica (47.2 kJ / mol) y la entalpía de disociación del Fr 2 molécula (42.1 kJ / mol). La molécula de RFCE se polariza como Cs + Fr - , mostrando que la subcapa 7s de francio es mucho más fuertemente afectado por los efectos relativistas que la subcapa 6s de cesio. Además, superóxido francio (FRO 2 se espera) para tener carácter significativo covalente, a diferencia de los otros superóxidos de metales alcalinos, debido a las contribuciones de unión de los electrones 6p de francio.

Nuclear

isótopos primordial de los metales alcalinos
Z
Metal alcalino
Estable
desintegraciones
inestables: cursiva
isótopos extraña y pico de color rosa
3 litio 2 - 7
Li
6
Li
 
11 sodio 1 - 23
N / A
   
19 potasio 2 1 39
K
41
K
40
K
37 rubidio 1 1 85
rb
87
rb
 
55 cesio 1 - 133
cs
   
87 francio - - No hay isótopos primordiales
( 223
fr
es un nucleido radiogenic )
Radioactive: 40 K, t 1/2 1,25 × 10 9 años; 87 Rb, t 1/2 4,9 × 10 10 años; 223 Fr, t 1/2 22,0 min.

Todos los metales alcalinos tienen números atómicos impares; por lo tanto, sus isótopos deben ser impar-impar (tanto de protón y número de neutrones son impares) o incluso odd- ( número de protones es impar, pero el número de neutrones es par). Núcleos impar-impar tienen incluso números de masa , mientras que los núcleos par-impar tienen números de masa impares. Impares y pico nucleidos primordiales son raros porque los núcleos más impares y pico son altamente inestable con respecto a la desintegración beta , debido a que los productos de desintegración son par-par, y por lo tanto están más fuertemente ligados, debido a los efectos de emparejamiento nucleares .

Debido a la gran rareza de núcleos-impar impares, casi todos los isótopos primordiales de los metales alcalinos son impares-pares (siendo las excepciones a la luz de isótopos estables de litio-6 y la larga vida de radioisótopos de potasio-40). Para un número de masa impar dada, no puede haber sólo un único núclido beta-estable , ya que no hay una diferencia en la energía de enlace entre par-impar y comparable a la que existe entre pares, par e impar-par-impar extraño, dejando otros nucleidos del mismo número de masa ( isobaras ) gratuitas para el decaimiento beta hacia el nucleido de menor masa. Un efecto de la inestabilidad de un número impar de cualquiera de los tipos de nucleones es que los elementos de número impar, tales como los metales alcalinos, tienden a tener menos isótopos estables que los elementos de número par. De los 26 elementos monoisotopic que tienen sólo un único isótopo estable, todos menos uno tienen un número atómico impar y todos menos uno también tienen un número par de neutrones. El berilio es la única excepción a ambas reglas, debido a su bajo número atómico.

Todos los metales alcalinos excepto litio y cesio tienen al menos una de origen natural radioisótopo : sodio-22 y de sodio-24 se radioisótopos traza producen cosmogénicamente , potasio-40 y rubidio-87 tienen muy largas vidas medias y, por tanto ocurrir de forma natural, y todo isótopos de francio son radiactivos . Cesio también se cree que es radiactivo en el siglo 20, aunque no se ha de origen natural radioisótopos. (Francio no había sido descubierto aún en ese momento.) El radioisótopo naturales de larga vida de potasio, potasio-40, representa aproximadamente el 0,012% de potasio natural, y potasio así natural es débilmente radiactivos. Esta radiactividad natural se convirtió en una base para una reclamación equivocada del descubrimiento para el elemento 87 (el siguiente metal alcalino después de cesio) en 1925. rubidio Natural es igualmente ligeramente radiactivo, con 27,83% de ser el de larga vida radioisótopo rubidio-87.

El cesio-137 , con una vida media de 30,17 años, es uno de los dos principales productos de fisión-medianas duración , junto con estroncio-90 , que son responsables de la mayor parte de la radiactividad del combustible nuclear gastado después de varios años de enfriamiento, hasta a varios cientos de años después de su uso. Constituye la mayor parte de la radiactividad todavía la izquierda desde el accidente de Chernobyl . El cesio-137 se somete a la desintegración beta de alta energía y, finalmente, se vuelve estable de bario-137 . Es un fuerte emisor de radiación gamma. Cesio-137 tiene una muy baja tasa de captura de neutrones y no puede ser dispuesta factible de esta manera, pero debe permitirse a las caries. Cesio-137 se ha utilizado como un trazador en estudios hidrológicos, análogos a la utilización de tritio . Pequeñas cantidades de cesio-134 y cesio-137 fueron liberados en el medio ambiente durante casi todas las pruebas de armas nucleares y algunos accidentes nucleares , especialmente el accidente de Goiânia y de la catástrofe de Chernobyl . A partir de 2005, el cesio-137 es la principal fuente de radiación en la zona de alienación alrededor de la central nuclear de Chernobyl . Sus propiedades químicas como uno de los metales alcalinos hacen que sea una de las más problemático de los productos de fisión de vida útil corto y medio, ya que fácilmente se mueve y se extiende en la naturaleza debido a la alta solubilidad en agua de sus sales, y es absorbido por la cuerpo, lo que confunde con sus congéneres esencial de sodio y potasio.

tendencias periódicas

Los metales alcalinos son más similares entre sí que los elementos en cualquier otro grupo son el uno al otro. Por ejemplo, cuando se mueve hacia abajo la mesa, todos los metales alcalinos conocidos muestran el aumento de radio atómico , disminuyendo electronegatividad , el aumento de la reactividad , y la disminución de puntos de fusión y así como calores de fusión y vaporización hirviendo. En general, sus densidades aumentan cuando se mueve hacia abajo de la mesa, con la excepción de que el potasio es menos denso que el de sodio.

radios atómicos e iónicos

Carga nuclear efectiva de un electrón atómico

Los radios atómicos de los metales alcalinos aumentar bajando el grupo. Debido a la efecto de blindaje , cuando un átomo tiene más de una capa de electrones , cada electrón siente repulsión eléctrica de los otros electrones así como atracción eléctrica del núcleo. En los metales alcalinos, el electrón más exterior sólo se siente una carga neta de +1, como algunos de la carga nuclear (que es igual a la número atómico ) es cancelada por el electrones internos; el número de electrones internos de un metal alcalino es siempre uno menos que la carga nuclear. Por lo tanto, el único factor que afecta a la radio atómico de los metales alcalinos es el número de capas de electrones. Dado que este número se incrementa por el grupo, el radio atómico debe aumentar también por el grupo.

El radios iónicos de los metales alcalinos son mucho menores que sus radios atómica. Esto es porque el electrón más exterior de los metales alcalinos se encuentra en una diferente capa de electrones que los electrones internos, y por lo tanto cuando se retira el átomo resultante tiene uno menos capa de electrones y es más pequeño. Además, la carga nuclear efectiva se ha incrementado, y por lo tanto los electrones son atraídos más fuertemente hacia el núcleo y el radio iónico disminuye.

Primera energía de ionización

Tendencia periódica para la energía de ionización: cada período comienza en un mínimo para los metales alcalinos, y termina en un máximo para los gases nobles .

La primera energía de ionización de un elemento o molécula es la energía requerida para mover el electrón más suelto y sujeto de un mol de átomos gaseosos del elemento o moléculas para formar un mol de iones gaseosos con carga eléctrica 1. Los factores que afectan a la primera energía de ionización son la carga nuclear , la cantidad de blindaje por los electrones internos y la distancia desde el electrón más débilmente retenida desde el núcleo, que es siempre un electrón exterior en elementos del grupo principal . Los dos primeros factores cambian la carga nuclear efectiva del electrón más suelto y sujeto siente. Desde el electrón más exterior de metales alcalinos siempre se siente la misma carga nuclear efectiva (1), el único factor que afecta a la primera energía de ionización es la distancia desde el electrón más exterior al núcleo. Desde esta distancia aumenta hacia abajo el grupo, el electrón más exterior se siente menos de atracción del núcleo y por tanto la primera energía de ionización disminuye. (Esta tendencia se rompe en el francio debido a la relativista estabilización y contracción de los 7s orbitales, con lo que de electrones de valencia de francio más cerca del núcleo de lo que se esperaría de cálculos no relativistas. Esto hace electrón más externo de francio siente más atracción del núcleo, aumentando su primera energía de ionización poco más allá de la de cesio.)

La segunda energía de ionización de los metales alcalinos es mucho más alta que la primera como la segunda más suelto y sujeto de electrones es parte de un completamente lleno capa de electrones y por tanto es difícil de quitar.

Reactividad

Las reactividades de los metales alcalinos aumentan va por el grupo. Este es el resultado de una combinación de dos factores: el primero energías de ionización y energías de atomización de los metales alcalinos. Debido a que la primera energía de ionización de los metales alcalinos disminuye hacia abajo el grupo, es más fácil para el electrón más exterior para ser retirado del átomo y participar en reacciones químicas , aumentando así la reactividad hacia abajo el grupo. Las medidas de energía de atomización la fuerza de la unión metálica de un elemento, que cae hacia abajo el grupo como los átomos aumentan de radio y por lo tanto el enlace metálico deben aumentar en longitud, haciendo que los electrones deslocalizados más lejos de la atracción de los núcleos de la más pesada Metales alcalinos. Adición de la atomización y primeras energías de ionización da una cantidad estrechamente relacionada con (pero no igual a) la energía de activación de la reacción de un metal alcalino con otra sustancia. Esta cantidad disminuye bajando el grupo, y lo mismo ocurre con la energía de activación; por lo tanto, las reacciones químicas pueden ocurrir más rápido y la reactividad aumenta hacia abajo el grupo.

electronegatividad

La variación de Pauling electronegatividad (eje y) como uno desciende los principales grupos de la tabla periódica de la segunda a la sexta período

La electronegatividad es una propiedad química que describe la tendencia de un átomo o un grupo funcional para atraer electrones (o densidad de electrones ) hacia sí mismo. Si el enlace entre sodio y cloro en el cloruro de sodio se covalente , el par de electrones compartidos sería atraído al cloro ya que la carga nuclear efectiva sobre los electrones exteriores es 7 en cloro, pero es sólo 1 en sodio. El par de electrones es atraído tan cerca del átomo de cloro que son prácticamente transferidos al átomo de cloro (un enlace iónico ). Sin embargo, si el átomo de sodio fue reemplazado por un átomo de litio, los electrones no serán atraídas tan cerca del átomo de cloro como antes debido a que el átomo de litio es más pequeña, haciendo que el par de electrones más fuertemente atraídos a la carga nuclear más cerca efectiva de litio. Por lo tanto, los átomos de metal alcalino más grandes (más abajo en el grupo) serán menos electronegativo como el par de unión es menos fuertemente atraído hacia ellos. Como se mencionó anteriormente, se espera que el francio a ser una excepción.

Debido a la mayor electronegatividad de litio, algunos de sus compuestos tienen un carácter más covalente. Por ejemplo, yoduro de litio ( Li I ) se disolverá en disolventes orgánicos , una propiedad de la mayoría de los compuestos covalentes. Fluoruro de litio (Li F ) es el único haluro alcalino que no es soluble en agua y de hidróxido de litio (Li OH ) es el único hidróxido de metal alcalino que no es delicuescente .

Los puntos de fusión y ebullición

El punto de fusión de una sustancia es el punto donde cambia de estado de sólido a líquido mientras que el punto de ebullición de una sustancia (en estado líquido) es el punto donde la presión de vapor del líquido es igual a la presión ambiental que rodea el líquido y todo el líquido cambia de estado a gas . Como un metal se calienta a su punto de fusión, los enlaces metálicos de mantenimiento de los átomos en lugar debilitan de forma que los átomos pueden moverse, y los enlaces metálicos finalmente romper por completo en el punto de ebullición del metal. Por lo tanto, los puntos de fusión y ebullición que caen de los metales alcalinos indican que la fuerza de los enlaces metálicos de los metales alcalinos disminuye hacia abajo el grupo. Esto se debe a átomos de metal se mantienen unidos por la atracción electromagnética de los iones positivos a los electrones deslocalizados. Como los átomos aumentan de tamaño va por el grupo (porque aumenta su radio atómico), los núcleos de los iones se mueven más lejos de los electrones deslocalizados y por lo tanto el enlace metálico se vuelve más débil de modo que el metal puede fundirse y ebullición más fácilmente, reduciendo así los puntos de fusión y ebullición. (El aumento de la carga nuclear no es un factor relevante debido al efecto de apantallamiento.)

Densidad

Los metales alcalinos todos tienen la misma estructura cristalina ( centrada en el cuerpo cúbico ) y por lo tanto los únicos factores relevantes son el número de átomos que pueden caber en un cierto volumen y la masa de uno de los átomos, ya que la densidad se define como masa por unidad volumen. El primer factor depende del volumen del átomo y por lo tanto el radio atómico, lo que aumenta bajando el grupo; Así, el volumen de un álcali aumenta átomo de metal que van abajo del grupo. La masa de un átomo de metal alcalino también aumenta bajando por el grupo. Por lo tanto, la tendencia para las densidades de los metales alcalinos depende de sus pesos atómicos y radios atómicos; si se conocen las cifras de estos dos factores, las proporciones entre las densidades de los metales alcalinos se pueden calcular entonces. La tendencia resultante es que las densidades de los metales alcalinos aumentan hacia abajo de la mesa, con una excepción en potasio. Debido a tener el peso atómico bajo y el radio atómico más grande de todos los elementos en sus períodos, los metales alcalinos son los metales menos densos en la tabla periódica. Litio, sodio y potasio son los únicos tres metales en la tabla periódica que son menos densos que el agua: de hecho, el litio es el menos denso conocido sólido a temperatura ambiente .

Compuestos

Los metales alcalinos forman serie completa de compuestos con todos los aniones encontrados generalmente, que también ilustran las tendencias de grupo. Estos compuestos pueden ser descritos como la participación de los metales alcalinos de perder electrones para especies aceptoras y que forman iones monopositivo. Esta descripción es más preciso para los haluros alcalinos y se vuelve menos y menos preciso como catiónicos y aumento de carga aniónica y como anión se hace más grande y más polarizable. Por ejemplo, enlace iónico da paso a enlace metálico a lo largo de la serie de NaCl, Na 2 O, Na 2 S, Na 3 P, Na 3 Como, Na 3 Sb, Na 3 Bi, Na.

hidróxidos

de vídeo externo
Las reacciones de los metales alcalinos con agua , realizados por la Open University
Una gran explosión de color naranja-amarillo
Una reacción de 3 libras (≈ 1,4 kg) de sodio con agua

Todos los metales alcalinos reaccionan vigorosamente o explosivamente con agua fría, la producción de una solución acuosa de un fuertemente básica de metal alcalino de hidróxido y la liberación de gas hidrógeno. Esta reacción se hace más vigorosa que va abajo del grupo: litio reacciona de manera constante con efervescencia , pero el sodio y el potasio puede encender y rubidio y cesio hunden en el agua y generar gas hidrógeno tan rápidamente que las ondas de choque se forman en el agua que pueda romper los envases de vidrio. Cuando un metal alcalino se deja caer en el agua, se produce una explosión, de los cuales hay dos etapas separadas. El metal reacciona con el agua primero, rompiendo los enlaces de hidrógeno en el agua y la producción de hidrógeno gas; Esto tiene lugar más rápido para los metales alcalinos más pesados más reactivos. En segundo lugar, el calor generado por la primera parte de la reacción a menudo enciende el gas de hidrógeno, causando que se queme de forma explosiva en el aire circundante. Esta explosión de gas hidrógeno secundaria produce la llama visible por encima del cuenco de agua, lago u otro cuerpo de agua, no la reacción inicial del metal con agua (que tiende a suceder principalmente bajo el agua). Los hidróxidos de metales alcalinos son los más hidróxidos básicos conocidos.

La investigación reciente ha sugerido que el comportamiento explosivo de metales alcalinos en el agua es impulsada por una explosión Coulomb en lugar de únicamente por la generación rápida de hidrógeno en sí. Todos los metales alcalinos se funden como una parte de la reacción con agua. Las moléculas de agua se ionizan la superficie metálica desnuda del metal líquido, dejando una superficie metálica con carga positiva y los iones de agua cargados negativamente. La atracción entre los iones metálicos y agua cargadas aumentará rápidamente el área de superficie, provocando un aumento exponencial de ionización. Cuando las fuerzas de repulsión dentro de la superficie del metal líquido supera las fuerzas de la tensión superficial, explota vigorosamente.

Los hidróxidos mismos son los hidróxidos más básicos conocidos, haciendo reaccionar con ácidos para dar sales y con alcoholes para dar oligómeros alcóxidos . Ellos fácilmente reaccionan con el dióxido de carbono para formar carbonatos o bicarbonatos , o con sulfuro de hidrógeno para formar sulfuros o bisulfuros , y se pueden usar para separar los tioles del petróleo. Ellos reaccionan con los óxidos anfóteros: por ejemplo, los óxidos de aluminio , zinc , estaño y plomo reacciona con los hidróxidos de metal alcalino para dar aluminatos, zincatos, estannatos, y plumbatos. El dióxido de silicio es ácido, y así los hidróxidos de metal alcalino también puede atacar vidrio de silicato .

Los compuestos intermetálicos

Liquid aleación NaK a temperatura ambiente

Los metales alcalinos forman muchos compuestos intermetálicos entre sí y los elementos de los grupos 2 a 13 de la tabla periódica para distintas estequiometrías, tales como las amalgamas de sodio con mercurio , incluyendo Na 5 Hg 8 y Na 3 Hg. Algunos de estos tienen características iónicas: Tomar las aleaciones con oro , el más electronegativo de los metales, como un ejemplo, NaAu y la UAE son metálicos, pero RbAu y CSAU son semiconductores. NaK es una aleación de sodio y potasio que es muy útil, ya que es líquido a temperatura ambiente, aunque se deben tomar precauciones debido a su extrema reactividad hacia el agua y el aire. La mezcla eutéctica funde a -12,6 ° C. Una aleación de 41% de cesio, 47% de sodio, y 12% de potasio tiene el punto de fusión más bajo conocido de cualquier metal o aleación, -78 ° C.

Los compuestos con los elementos del grupo 13

Los compuestos intermetálicos de los metales alcalinos con el grupo más pesado 13 elementos ( aluminio , galio , indio y talio ), tales como Natl, son pobres conductores o semiconductores , a diferencia de las aleaciones normales con los elementos anteriores, lo que implica que el metal alcalino implicado tiene perdido un electrón a los aniones de Zintl involucrados. Sin embargo, mientras que los elementos en el grupo 14 y más allá tienden a formar grupos aniónicos discretos, elementos del grupo 13 tienden a formar iones poliméricos con los cationes de metales alcalinos, situados entre la red iónica gigante. Por ejemplo, Natl consiste en una (-Tl anión polímero - -) n con un covalente cúbico de diamante estructura con Na + iones situados entre el enrejado aniónico. Los metales alcalinos más grandes no pueden encajar de manera similar en un enrejado aniónico y tienden a forzar el grupo más pesado 13 elementos para formar grupos aniónicos.

El boro es un caso especial, siendo el único no metal en el grupo 13. El metal alcalino boruros tienden a ser ricos en boro, con la participación apreciable de unión de boro-boro que implica deltahedral estructuras y son térmicamente inestables debido a los metales alcalinos que tienen una muy alta presión de vapor a temperaturas elevadas. Esto hace que la síntesis directa problemático porque los metales alcalinos no reaccionan con boro por debajo de 700 ° C, y por lo tanto esto debe lograrse en recipientes sellados con el metal alcalino en exceso. Además, excepcionalmente en este grupo, la reactividad con boro disminuye hacia abajo el grupo: litio reacciona completamente a 700 ° C, pero de sodio a 900 ° C y potasio no hasta 1200 ° C, y la reacción es instantánea para el litio, pero toma horas para el potasio. Rubidio y cesio boruros aún no se han caracterizado. Varias fases son conocidos, tales como LiB 10 , NaB 6 , NaB 15 , y KB 6 . En condiciones de alta presión de la unión de boro-boro en el litio boruros cambios de seguir las reglas de Wade para formar aniones de Zintl como el resto del grupo 13.

Los compuestos con los elementos del Grupo 14

Side (izquierda) y superior (derecha) vistas del compuesto de intercalación de grafito KC 8

Litio y sodio reaccionan con carbono para formar acetiluros , Li 2 C 2 y Na 2 C 2 , que también puede ser obtenido por reacción del metal con acetileno . Potasio, rubidio, y cesio reacciona con el grafito ; sus átomos se intercalan entre las capas de grafito hexagonal, formando compuestos de intercalación de grafito de fórmulas MC 60 (gris oscuro, casi negro), MC 48 (gris oscuro, casi negro), MC 36 (azul), MC 24 (acero azul), y MC 8 (bronce) (M = K, Rb, o Cs). Estos compuestos son más de 200 veces más conductor de la electricidad que el grafito puro, lo que sugiere que el electrón de valencia del metal alcalino se transfiere a las capas de grafito (por ejemplo, M +
C -
8
). Tras el calentamiento de KC 8 , la eliminación de los resultados de átomos de potasio en la conversión en secuencia para KC 24 , KC 36 , KC 48 y finalmente KC 60 . KC 8 es una muy fuerte agente reductor y es pirofórico y explota al contacto con el agua. Aunque los metales alcalinos más grandes (K, Rb y Cs) forman inicialmente MC 8 , las más pequeñas inicialmente forman MC 6 , y de hecho requieren reacción de los metales con grafito a altas temperaturas alrededor de 500 ° C para formar. Aparte de esto, los metales alcalinos son tales agentes reductores fuertes que incluso pueden reducir buckminsterfullerene para producir sólidos fullerenuros M n C 60 ; sodio, potasio, rubidio, y cesio pueden formar fullerenuros donde n = 2, 3, 4, o 6, y rubidio y cesio, además, pueden lograr n = 1.

Cuando los metales alcalinos reaccionan con los elementos más pesados en el grupo de carbono ( silicio , germanio , estaño y plomo ), sustancias iónicas con estructuras en forma de jaula están formados, tales como los siliciuros M 4 Si 4 (M = K, Rb, o Cs), que contiene M + y tetraédricos Si 4-
4
iones. La química de los metales alcalinos germanides , que implica la germanide ion Ge 4- y otra cluster ( Zintl ) iones tales como Ge 2-
4
, Ge 4-
9
, Ge 2-
9
, y [(Ge 9 ) 2 ] 6- , es en gran medida análoga a la de los siliciuros correspondientes. De metales alcalinos estannuros son en su mayoría iónica, a veces con el ion estannuro ( Sn 4- ), y algunas veces con iones de Zintl más complejos tales como Sn 4-
9
, que aparece en nonastannide tetrapotásico (K 4 Sn 9 ). El monoatómico plumbide ion ( Pb 4- ) es desconocida, y de hecho su formación se prevé que sea energéticamente desfavorable; plumbides de metales alcalinos tienen iones complejos de Zintl, tales como Pb 4-
9
. Estos germanides de metales alcalinos, estannuros y plumbides pueden ser producidos mediante la reducción de germanio, estaño y plomo con sodio metálico en amoníaco líquido.

Nitruros y pníctidos

Célula Unidad modelo de barras y esferas de nitruro de litio . Sobre la base del tamaño de un tetraedro estructura sería de esperar, sino que sería geométricamente imposible: nitruro de litio por lo tanto asume esta estructura cristalina única.

El litio, el más ligero de los metales alcalinos, es el único metal alcalino que reacciona con el nitrógeno en condiciones estándar , y su nitruro es la única de nitruro de metal alcalino estable. El nitrógeno es un no reactivo gas porque romper el fuerte enlace triple en el dinitrógeno molécula (N 2 ) requiere una gran cantidad de energía. La formación de un nitruro de metal alcalino consumiría la energía de ionización del metal alcalino (formando M + iones), la energía requerida para romper el enlace triple en N 2 y la formación de N 3- iones, y toda la energía liberada de la formación de un nitruro de metal alcalino es de la energía reticular del nitruro de metal alcalino. La energía reticular se maximiza con iones pequeños, altamente cargados; los metales alcalinos no forman iones altamente cargados, solamente la formación de iones con una carga de 1, por lo que sólo el litio, el metal alcalino más pequeño, se puede liberar suficiente energía reticular para hacer la reacción con nitrógeno exotérmica , formando nitruro de litio . Las reacciones de los otros metales alcalinos con nitrógeno no liberan suficiente energía reticular y serían así endotérmico , por lo que no forman nitruros en condiciones estándar. Nitruro de sodio (Na 3 N) y nitruro de potasio (K 3 N), mientras existente, son extremadamente inestables, siendo propenso a descomposición de nuevo en sus elementos constitutivos, y no puede ser producido por reacción de los elementos entre sí en condiciones estándar. El impedimento estérico prohíbe la existencia de rubidio o de nitruro de cesio. Sin embargo, el sodio y el potasio forma incoloros azida sales que implican el lineal N -
3
anión; debido al gran tamaño de los cationes de metales alcalinos, que son térmicamente suficientemente estable como para ser capaz de fundir antes de descomponerse.

Todos los metales alcalinos reaccionan fácilmente con fósforo y arsénico para formar fosfuros y arseniuros con la fórmula M 3 Pn (donde M representa un metal alcalino y Pn representa un pnictógeno - fósforo, arsénico, antimonio , o de bismuto ). Esto es debido a la mayor tamaño de la P 3- y As 3- iones, de modo que menos energía de la red necesita ser liberado para las sales a la forma. Estos no son los únicos fosfuros y arseniuros de los metales alcalinos: por ejemplo, potasio tiene nueve fosfuros conocidos diferentes, con fórmulas K 3 P, K 4 P 3 , K 5 P 4 , KP, K 4 P 6 , K 3 P 7 , K 3 P 11 , KP 10.3 , y KP 15 . Aunque la mayoría de metales forman arseniuros, sólo los metales alcalinos y alcalinotérreos forman arseniuros mayoría iónicos. La estructura de Na 3 Como es complejo con inusualmente cortos distancias Na-Na de 328-330 pm, que son más cortas que en el metal de sodio, y esto indica que incluso con estos metales electropositivos la unión no puede ser francamente iónico. Otros arseniuros de metales alcalinos que no se ajusten a la fórmula M 3 como se conocen, como LIAS, que tiene un brillo metálico y conductividad eléctrica que indica la presencia de algún enlace metálico . Los antimoniuros son inestables y reactivos como el Sb 3- ion es un fuerte agente reductor; reacción de ellos con ácidos formar el gas tóxico e inestable estibina (SBH 3 ). De hecho, tienen algunas propiedades metálicas, y los antimoniuros de metales alcalinos de estequiometría MSb implican átomos de antimonio unidos en una estructura de Zintl espiral. Bismuthides no son aún totalmente iónico; que son compuestos intermetálicos que contienen enlaces parcialmente metálicas y parcialmente iónicos.

Óxidos y calcogenuros

El diagrama de bola y palo muestra dos octaedros regulares que están conectados entre sí por una cara.  Todos los nueve vértices de la estructura son esferas de color púrpura que representan rubidio, y en el centro de cada octaedro es una pequeña esfera roja que representa oxígeno.
rb
9
O
2
cluster, compuesta de dos regularesoctaedrosconectados entre sí por una cara
El diagrama de bola y palo muestra tres octaedros regulares donde cada octaedro está conectado a ambos de los otros por una cara cada uno.  Los tres octaedros tienen un borde en común.  Todos los once vértices de la estructura son esferas violeta representan de cesio, y en el centro de cada octaedro es una pequeña esfera roja que representa oxígeno.
cs
11
O
3
cluster, compuesto de tres octaedros regulares donde cada octaedro está conectado a ambos de los otros por una cara cada uno. Los tres octaedros tienen un borde en común.

Todos los metales alcalinos reaccionan vigorosamente con oxígeno en condiciones estándar. Se forman varios tipos de óxidos, tales como simples óxidos (que contiene el O 2- ion), peróxidos (que contiene el O 2-
2
de iones, donde hay un enlace sencillo entre los dos átomos de oxígeno), superóxidos (que contiene el O -
2
ion), y muchos otros. Lithium quema en el aire para formar óxido de litio , pero de sodio reacciona con el oxígeno para formar una mezcla de óxido de sodio y peróxido de sodio . El potasio se forma una mezcla de peróxido de potasio y superóxido de potasio , mientras que rubidio y cesio forman la superóxido exclusivamente. Sus reactividad aumenta bajando el grupo: mientras litio, sodio y potasio meramente queman en el aire, rubidio y cesio son pirofórico (incendiarse espontáneamente en el aire).

Los metales alcalinos más pequeñas tienden a polarizar los aniones más grandes (el peróxido y superóxido), debido a su pequeño tamaño. Esto atrae a los electrones en los más complejos aniones hacia uno de sus átomos de oxígeno constituyentes, formando un ion óxido y un átomo de oxígeno. Esto hace de litio para formar el óxido exclusivamente en la reacción con oxígeno a temperatura ambiente. Este efecto se vuelve drásticamente más débil para el sodio y el potasio más grande, lo que les permite formar los peróxidos menos estables. Rubidio y cesio, en la parte inferior del grupo, son tan grandes que incluso los superóxidos menos estables pueden formar. Debido a que el superóxido libera la mayoría de la energía cuando se forman, la superóxido se forma preferentemente para los metales alcalinos más grandes, donde los aniones más complejas no están polarizados. (Existen Los óxidos y peróxidos de estos metales alcalinos, pero no forman en la reacción directa del metal con oxígeno en condiciones estándar). Además, el pequeño tamaño de la Li + y O 2- iones contribuye a su formación de un establo estructura reticular iónica. En condiciones controladas, sin embargo, todos los metales alcalinos, con la excepción de francio, son conocidos para formar sus óxidos, peróxidos, superóxidos y. Los peróxidos de metales alcalinos y superóxidos son potentes agentes oxidantes . Peróxido de sodio y superóxido de potasio reaccionan con el dióxido de carbono para formar el gas de carbonato de metal y oxígeno alcalino, lo que les permite ser utilizados en submarinos purificadores de aire; la presencia de vapor de agua , presente de forma natural en el aliento, hace que la eliminación de dióxido de carbono por superóxido de potasio aún más eficiente. Todos los metales alcalinos estables excepto litio pueden formar rojos ozónidos (MO 3 ) a través de reacción de baja temperatura del hidróxido anhidro en polvo con ozono : los ozónidos pueden ser entonces extraído por medio de líquido de amoníaco . Ellos se descomponen lentamente en condiciones estándar a los superóxidos y oxígeno, y se hidrolizan inmediatamente a los hidróxidos cuando está en contacto con agua. Potasio, rubidio, y cesio también forman sesquióxidos M 2 O 3 , que puede ser disuperoxides peróxido mejor considerado, [(M +
)
4
(O 2-
2
) (O -
2
)
2
]
.

Rubidio y cesio pueden formar una gran variedad de subóxidos con los metales en estados de oxidación formales por debajo 1. Rubidio puede formar Rb 6 O y Rb 9 O 2 (-cobre de color) tras la oxidación en el aire, mientras que el cesio forma una inmensa variedad de óxidos, tales como ozónido CsO 3 colores brillantes y varios subóxidos , tales como Cs 7 O (bronce) , Cs 4 O (rojo-violeta), Cs 11 O 3 (violeta), Cs 3 O (verde oscuro), CSO, Cs 3 O 2 , así como Cs 7 O 2 . El último de éstos se puede calentar bajo vacío para generar Cs 2 O.

Los metales alcalinos también pueden reaccionar de forma análoga con los calcógenos más pesados ( de azufre , selenio , telurio , y polonio ), y todos los calcogenuros de metales alcalinos son conocidos (con la excepción de francio de). La reacción con un exceso de la calcógeno de manera similar puede resultar en calcogenuros inferiores, con iones de calcógeno que contienen cadenas de los átomos de calcógeno en cuestión. Por ejemplo, el sodio puede reaccionar con el azufre para formar el sulfuro ( Na 2 S ) y diversos polisulfuros con la fórmula Na 2 S x ( x de 2 a 6), que contiene los S 2-
x
iones. Debido a la basicidad de la SE 2- y Te 2- iones, el metal alcalino seleniuros y telururos son alcalinos en la solución; cuando se hace reaccionar directamente con selenio y teluro, polyselenides y polytellurides de metales alcalinos se forman junto con los seleniuros y telururos con el Se 2-
x
y Te 2-
x
iones. Se pueden obtener directamente a partir de los elementos en amoníaco líquido o cuando el aire no está presente, y son compuestos incoloros, solubles en agua que el aire se oxida rápidamente de nuevo a selenio o teluro. El metal alcalino polonides son todos los compuestos iónicos que contienen el Po 2- iónico; que son químicamente muy estables y pueden ser producidos mediante la reacción directa de los elementos en torno a 300-400 ° C.

Haluros, hidruros, y pseudohaluros

Los metales alcalinos se encuentran entre los más electropositivos elementos en la tabla periódica y por lo tanto tienden a unir iónicamente a las más electronegativos elementos en la tabla periódica, los halógenos ( flúor , cloro , bromo , yodo , y astato ), formando sales conocidas como el álcali haluros metálicos. La reacción es muy vigorosa y a veces puede dar lugar a explosiones. Se conocen todas las veinte haluros de metales alcalinos estables; los inestables no se conocen, con la excepción de astatide de sodio, debido a la gran inestabilidad y la rareza de astato y francio. El más bien conocido del vigésimo es ciertamente de cloruro de sodio , también conocido como sal común. Todos los haluros de metales alcalinos estables tienen la fórmula MX, donde M es un metal alcalino y X es un halógeno. Todos ellos son sólidos cristalinos iónicos blancos que tienen altos puntos de fusión. Todos los haluros de metal alcalino son solubles en agua, excepto para el fluoruro de litio (LiF), que es insoluble en agua debido a su muy alta entalpía de celosía . La alta entalpía reticular de fluoruro de litio es debido a los pequeños tamaños de los Li + y F - iones, haciendo que las interacciones electrostáticas entre ellas que ser fuerte: un efecto similar se produce para fluoruro de magnesio , de acuerdo con la relación diagonal entre el litio y el magnesio.

Los metales alcalinos también reaccionan de manera similar con hidrógeno para formar hidruros de metales alcalinos iónicos, donde las hidruro de aniones actúa como un pseudohaluro : Estos se utilizan a menudo como agentes de reducción, produciendo hidruros, hidruros metálicos complejos, o gas hidrógeno. También se conocen otros pseudohaluros, en particular los cianuros . Estos son isoestructural a los haluros respectivos excepción de cianuro de litio , lo que indica que los iones cianuro pueden girar libremente. Óxidos de haluro de metal alcalino ternarias, tales como Na 3 ClO, K 3 BrO (amarillo), Na 4 Br 2 O, Na 4 I 2 O y K 4 Br 2 O, también son conocidos. Los polihaluros son más bien inestable, aunque los de rubidio y cesio se estabilizan en gran medida por la potencia de polarización débil de estos extremadamente grandes cationes.

complejos de coordinación

18-corona-6 coordinación de un ion de potasio
Estructura de 2.2.2-criptando encapsular un catión de potasio (púrpura). En estado cristalino, obtenido con una difracción de rayos X.

Cationes de metales alcalinos normalmente no forman complejos de coordinación con simples bases de Lewis debido a su baja carga de tan sólo 1 y su tamaño relativamente grande; así los Li + formularios de iones mayoría de los complejos y los iones de metales alcalinos más pesados forman menos y menos (aunque excepciones se producen para los complejos débiles). De litio, en particular, tiene una química de coordinación muy rico en el que se exhibe números de coordinación de 1 a 12, aunque hexacoordination octaédrica es su modo preferido. En solución acuosa , los iones de metales alcalinos existen complejos hexahidrato como octaédricos ([M (H 2 O) 6 )] + ), con la excepción de la de iones de litio, que debido a su pequeño tamaño forma complejos tetrahidrato tetraédrica ([Li (H 2 O) 4 )] + ); los metales alcalinos forman estos complejos debido a que sus iones son atraídos por las fuerzas electrostáticas de atracción a las moléculas de agua polares. Debido a esto, anhidras sales que contienen cationes de metales alcalinos se utilizan a menudo como desecantes . Metales alcalinos también forman fácilmente complejos con éteres corona (por ejemplo 12-corona-4 para Li + , 15-corona-5 para Na + , 18-corona-6 para K + , y 21-corona-7 para Rb + ) y criptandos debido a la atracción electrostática.

Las soluciones de amoniaco

Los metales alcalinos se disuelven lentamente en el líquido de amoníaco , formando soluciones amoniacales de solvatado M + y e - , que reaccionan para formar gas de hidrógeno y la amida de metal alcalino (MNH 2 , donde M representa un metal alcalino): esta se observó por primera vez por Humphry Davy en 1809 y redescubierto por W. Weyl en 1864. El proceso puede acelerarse por un catalizador . Soluciones similares se forman por la divalente pesada metales alcalinotérreos de calcio , de estroncio , de bario , así como la divalente lantánidos , europio y de iterbio . La sal de amida es bastante insoluble y fácilmente precipita de la solución, dejando soluciones de amoniaco intensamente coloreados de los metales alcalinos. En 1907, Charles Krause identifica el color como debido a la presencia de electrones solvatados , que contribuyen a la alta conductividad eléctrica de estas soluciones. A concentraciones bajas (por debajo de 3 M), la solución es azul oscuro y tiene diez veces la conductividad de acuosa de cloruro de sodio ; a concentraciones más altas (por encima de 3 M), la solución es de color cobre y tiene aproximadamente la conductividad de los metales líquidos, como el mercurio . Además de la sal de amida de metal alcalino y electrones solvatados, tales soluciones de amoníaco también contienen el catión de metal alcalino (M + ), el átomo de metal alcalino neutro (M), diatómicas moléculas de metal alcalino (M 2 ) y aniones de metal alcalino (M - ). Estos son inestables y eventualmente convertirse en el gas de amida de metal e hidrógeno más termodinámicamente estable álcali. Electrones solvatados son potentes agentes reductores y se utilizan a menudo en la síntesis química.

organometálico

organolitio

Estructura de la octaédrica n -butil-litio hexámero, (C 4 H 9 Li) 6 . Los agregados se mantienen unidos por enlaces covalentes deslocalizados entre litio y el carbono terminal de la cadena de butilo. No hay unión de litio-litio directa en cualquier compuesto de organolitio.
Solid fenillitio forma cristales monoclínicos se pueden describir como que consiste en dimérica Li 2 ( C 6 H 5 ) 2 subunidades. Los átomos de litio y los ipso carbonos de los anillos de fenilo forman un anillo planar de cuatro miembros. El plano de los grupos fenilo son perpendiculares al plano de esta Li 2 C 2 anillo. Adicional fuerte unión intermolecular se produce entre estos dímeros fenillitio y los electrones pi de los grupos fenilo en los dímeros adyacentes, resultando en una estructura de la escalera polimérico infinito.

Siendo el más pequeño de metal alcalino, litio forma la más amplia variedad de y más estables compuestos organometálicos , que están unidos covalentemente. Organolitio compuestos son eléctricamente no conductoras sólidos volátiles o líquidos que se funden a bajas temperaturas, y tienden a formar oligómeros con la estructura (RLi) x donde R es el grupo orgánico. Como la naturaleza electropositiva de litio pone la mayor parte de la densidad de carga de la unión en el átomo de carbono, creando efectivamente un carbanión , de organolitio compuestos son extremadamente potentes bases y nucleófilos . Para su uso como bases, butyllithiums se utilizan a menudo y están disponibles comercialmente. Un ejemplo de un compuesto de organolitio es metillitio ((CH 3 Li) x ), que existe en tetramérica ( x = 4, tetraédrica) y hexaméricas ( x formas = 6, octaédricos). Compuestos de organolitio, especialmente n -butil-litio, son reactivos útiles en la síntesis orgánica, como podría esperarse relación diagonal dada de litio con magnesio, que juega un papel importante en la reacción de Grignard . Por ejemplo, alquil-litios y aril-litios se pueden usar para sintetizar aldehídos y cetonas por reacción con metales carbonilos . La reacción con tetracarbonilo de níquel , por ejemplo, procede a través de un complejo de carbonilo de níquel acilo inestable que luego se somete a sustitución electrófila para dar el aldehído deseado (utilizando H + como electrófilo) o cetona (usando un haluro de alquilo) de producto.

LiR + [Ni (CO) 4 ] -CO   Li + [RCONi (CO) 3 ] -
Li + [RCONi (CO) 3 ] - H +disolvente Li + + RCHO + [(disolvente) Ni (CO) 3 ]
Li + [RCONi (CO) 3 ] - R'Br disolvente Li + + R'COR + [(disolvente) Ni (CO) 3 ]

Alquil-litios y aril-litios también pueden reaccionar con N , N disustituida amidas para dar los aldehídos y cetonas y cetonas simétricas por reacción con monóxido de carbono . Ellos térmicamente descomponen para eliminar un β-hidrógeno, produciendo alquenos y hidruro de litio : otra ruta es la reacción de éteres con alquil- y aril-litios que actúan como bases fuertes. En disolventes no polares, aril-litios reaccionan como los carbaniones que efectivamente son, convirtiendo el dióxido de carbono a aromáticos ácidos carboxílicos (Arco 2 H) y cetonas de arilo a carbinoles terciarios (Ar' 2 C (Ar) OH). Por último, pueden ser usados para sintetizar otros compuestos organometálicos a través de intercambio de metal-halógeno.

metales alcalinos más pesados

A diferencia de los compuestos de organolitio, los compuestos organometálicos de los metales alcalinos más pesados son predominantemente iónico. La aplicación de organosodio compuestos en química está limitada en parte debido a la competencia de compuestos de organolitio , que están disponibles comercialmente y que exhiben reactividad más conveniente. El compuesto de organosodio principal de importancia comercial es ciclopentadienuro sódico . Tetrafenilborato de sodio también puede ser clasificado como un compuesto de organosodio ya que en el sodio en estado sólido se une a los grupos arilo. Los compuestos organometálicos de los metales alcalinos superiores son incluso más reactivos que los compuestos organosodio y de utilidad limitada. Un reactivo notable es la base de Schlosser , una mezcla de n -butil-litio y de potasio tert -butóxido . Este reactivo reacciona con propeno para formar el compuesto allylpotassium (KCH 2 CHCH 2 ). cis -2-buteno y trans -2-buteno Equilibrar cuando está en contacto con metales alcalinos. Mientras que la isomerización es rápido con el litio y el sodio, es lento con los metales alcalinos más pesados. Los metales alcalinos más pesados también favorecen la estéricamente conformación congestionado. Se han reportado varios estructuras cristalinas de compuestos organopotasio, estableciendo que ellos, como los compuestos de sodio, son poliméricos. Organosodio, organopotasio, organorubidium y compuestos organocaesium están todos en su mayoría iónico y son insolubles (o casi) en disolventes no polares.

Derivados de alquilo y arilo de sodio y potasio tienden a reaccionar con el aire. Causan la escisión de éteres , generando alcóxidos. A diferencia de los compuestos de alquil-litio, alkylsodiums y alkylpotassiums no se puede hacer mediante la reacción de los metales con haluros de alquilo porque acoplamiento Wurtz se produce:

RM + R'X → R-R' + MX

Como tales, tienen que ser hechos por reacción de alquilmercúricos compuestos con sodio o potasio metálico en disolventes hidrocarbonados inertes. Mientras metilsodio forma tetrámeros como metillitio, methylpotassium es más iónica y tiene el arseniuro de níquel estructura con aniones de metilo discretas y cationes de potasio.

Los metales alcalinos y sus hidruros reaccionan con hidrocarburos ácido, por ejemplo ciclopentadienos y alquinos terminales, para dar sales. Se utilizan amoníaco líquido, éter, o hidrocarburos disolventes, el más común de los cuales es tetrahidrofurano . El más importante de estos compuestos es ciclopentadienuro de sodio , NaCl 5 H 5 , un precursor importante para muchos derivados de ciclopentadienilo de metales de transición. Del mismo modo, los metales alcalinos reaccionan con ciclooctatetraeno en tetrahidrofurano para dar de metales alcalinos cyclooctatetraenides ; por ejemplo, dipotasio cyclooctatetraenide (K 2 C 8 H 8 ) es un precursor importante para muchos derivados ciclooctatetraenilo de metal, tales como uranocene . Los grandes y muy débilmente polarizantes cationes de metales alcalinos pueden estabilizar, aniones grandes, aromáticos polarizables radicales, como el de color verde oscuro naftalenuro de sodio , Na + [C 10 H 8 •] - , un agente reductor fuerte.

extensiones

Empírica (Na-Cs, Mg-Ra) y predicho (Fr-Uhp, Ubn-Uhh) radio atómico de los metales alcalinos y alcalinotérreos de la tercera a la novena período , medida en angstroms

Aunque francio es el metal alcalino más pesado que se ha descubierto, ha habido algún trabajo teórico predecir las características físicas y químicas de los hipotéticos metales alcalinos más pesados. Siendo el primero elemento de tiempo 8 , el elemento sin descubrir ununennio (elemento 119) se prevé que sea la próxima de metal alcalino después de francio y se comportan igual que sus más ligeros congéneres ; sin embargo, también se prevé que diferir de los metales alcalinos más ligeros en algunas propiedades. Su química se prevé que sea más cercano al de potasio o rubidio en lugar de cesio o francio. Esto es inusual, ya que las tendencias periódicas , ignorando los efectos relativistas predeciría ununennio a ser aún más reactivo que el cesio y francio. Esto redujo la reactividad es debido a la estabilización relativista del electrón de valencia de ununennio, aumentando primera energía de ionización de ununennio y disminuyendo la metálico y radios iónicos ; ya este efecto se observó para el francio. Esto supone que ununennio se comportará químicamente como un metal alcalino, que, aunque es probable, no puede ser cierto debido a los efectos relativistas. La estabilización relativista del orbital 8s también aumenta de ununennio afinidad electrónica mucho más allá de la de cesio y francio; de hecho, se espera que ununennio tener una afinidad electrónica más alto que todos los metales alcalinos más ligeros de lo que. Los efectos relativistas también causan un fuerte retroceso de la polarizabilidad de ununennio. Por otro lado, ununennio se predice para continuar con la tendencia de los puntos de fusión disminuyen va por el grupo, siendo espera que tenga un punto de fusión entre 0 ° C y 30 ° C.

Empírica (Na-Fr) y predicho de electrones (Uue) afinidad de los metales alcalinos a partir de la tercera a la octava período , medido en voltios de electrones

La estabilización de electrón de valencia de ununennio y por lo tanto la contracción de la causa orbital 8s su radio atómico que se baja a 240  pm , muy cerca de la de rubidio (247 pm), de modo que la química de ununennio en el estado de oxidación +1 debe ser más similar a la química de rubidio que a la de francio. Por otro lado, el radio iónico de la Uue + ion se prevé que sea mayor que el de Rb + , ya que los 7p orbitales se desestabilizan y por tanto son más grandes que los orbitales p de las carcasas inferiores. Ununennio también puede mostrar la 3 estado de oxidación , que no se ve en cualquier otro metal alcalino, además del estado de oxidación +1, que es característica de los otros metales alcalinos y también es el estado de oxidación principal de todos los metales alcalinos conocidos: esto es debido a la desestabilización y la expansión de la 7p 3/2 spinor, causando sus electrones más exteriores tengan una energía de ionización más bajo que lo que de otro modo serían de esperar. De hecho, se espera que muchos compuestos ununennio tener una gran covalente carácter, debido a la participación de los 7p 3/2 electrones en el enlace.

Empírica (Na-Fr, Mg-Ra) y predicha (Uue-Uhp, Ubn-Uhh) energía de ionización de los metales alcalinos y alcalinotérreos de la tercera a la novena período, medido en voltios de electrones

No tanto trabajo se ha hecho la predicción de las propiedades de los metales alcalinos allá ununennio. Aunque una simple extrapolación de la tabla periódica pondría elemento 169, unhexennium, bajo ununennio, los cálculos de Dirac-Fock predicen que el próximo de metal alcalino después de ununennio puede ser en realidad elemento 165, unhexpentium, que se predice que tienen la configuración electrónica [Og] 5g 18 6f 14 7d 10 8s 2 8p medio 2 9s 1 . Además, este elemento sería intermedia en las propiedades entre un metal alcalino y un elemento del grupo 11 , y mientras que sus propiedades físicas y atómicas estarían más cerca de la primera, su química puede estar más cerca de la de este último. Otros cálculos muestran que unhexpentium sería seguir la tendencia de aumento de la energía de ionización más allá de cesio, que tiene una energía de ionización comparable a la de sodio, y que también debería seguir la tendencia de disminución de radios atómicos más allá de cesio, que tiene un radio atómico comparable a la de potasio . Sin embargo, los electrones 7d de unhexpentium también pueden ser capaces de participar en reacciones químicas junto con el electrón 9s, posiblemente permitiendo estados de oxidación más allá de 1, de donde el comportamiento de metal de transición probable de unhexpentium. Debido a los alcalinos y metales alcalinotérreos siendo ambos s-bloque de elementos, estas predicciones para las tendencias y las propiedades de ununennio y unhexpentium también en su mayoría tienen bastante de manera similar para los correspondientes metales alcalinotérreos unbinilio (NBI) y unhexhexium (Uhh).

Las propiedades probables de otros metales alcalinos más allá unhexpentium no se han explorado todavía como de 2015; de hecho, se sospecha que pueden no ser capaces de existir. En períodos 8 y por encima de la tabla periódica, los efectos relativistas y shell-estructura se vuelven tan fuertes que las extrapolaciones de los congéneres más ligeros se vuelven completamente incorrecto. Además, los efectos relativistas y shell-estructura (que estabilizan las s-orbitales y desestabilizan y ampliar la d-, F-, y G-orbitales de conchas superiores) tienen efectos opuestos, causando aún mayor diferencia entre relativista y no relativista cálculos de las propiedades de los elementos con tales números atómicos altos. El interés en las propiedades químicas de ununennio y unhexpentium deriva del hecho de que ambos elementos se encuentran cerca de las ubicaciones esperadas de islas de estabilidades , centrado en elementos 122 ( 306 Ubb) y 164 ( 482 UHQ).

metales Pseudo-álcali

Muchas otras sustancias son similares a los metales alcalinos en su tendencia a formar cationes monopositivo. De manera análoga a los pseudohalogens , han sido a veces llamado "metales seudo-álcali". Estas sustancias incluyen algunos elementos y muchos más iones poliatómicos ; los iones poliatómicos son especialmente similares a los metales alcalinos en su gran tamaño y la potencia de polarización débil.

Hidrógeno

El elemento de hidrógeno , con un electrón por átomo neutro, generalmente se coloca en la parte superior de Grupo 1 de la tabla periódica por conveniencia, pero el hidrógeno no se considera normalmente ser un metal alcalino; cuando se considera que es un metal alcalino, es a causa de sus propiedades atómicas y no sus propiedades químicas. En condiciones típicas, existe hidrógeno puro como un diatómico gas que consta de dos átomos por molécula (H 2 ); sin embargo, los metales alcalinos sólo se forman moléculas diatómicas (tales como dilitio , Li 2 ) a altas temperaturas, cuando están en la gaseosa estado.

El hidrógeno, como los metales alcalinos, tiene un electrón de valencia y reacciona fácilmente con los halógenos , pero las similitudes terminan allí debido al tamaño pequeño de un protón desnudo H + en comparación con los cationes de metales alcalinos. Su colocación encima de litio se debe principalmente a su configuración electrónica . A veces se coloca por encima de carbono debido a sus electronegatividades o similares flúor debido a sus propiedades químicas similares.

La primera energía de ionización de hidrógeno (1312,0 kJ / mol ) es mucho mayor que la de los metales alcalinos. Como sólo se requiere un electrón adicional para rellenar la capa más externa del átomo de hidrógeno, el hidrógeno a menudo se comporta como un halógeno, que forma el negativo de hidruro de iones, y se considera muy de vez en cuando a ser un halógeno sobre esa base. (Los metales alcalinos también se pueden formar iones negativos, conocidos como alkalides , pero estos son poco más que curiosidades de laboratorio, siendo inestable). Un argumento en contra de esta colocación es que la formación de hidruro de hidrógeno es endotérmica, a diferencia de la formación exotérmica de haluros de halógenos . El radio de la H - anión también no encaja en la tendencia de aumento de tamaño de bajar los halógenos: en efecto, H - es muy difusa, ya que su único protón no puede controlar fácilmente ambos electrones. Se esperaba por algún tiempo que el hidrógeno líquido mostraría propiedades metálicas; Si bien esto se ha demostrado que no sea el caso, bajo extremadamente altas presiones , tales como las que se encuentran en los núcleos de Júpiter y Saturno , el hidrógeno se convierte en metálico y se comporta como un metal alcalino; en esta fase, que se conoce como hidrógeno metálico . La resistividad eléctrica de líquido hidrógeno metálico a 3000 K es aproximadamente igual a la de líquido de rubidio y de cesio en 2.000 K a las presiones respectivas cuando se someten a una transición de no metal a metal.

El 1s 1 configuración electrónica de hidrógeno, mientras que superficialmente similar a la de los metales alcalinos (ns 1 ), es único porque no hay subcapa 1p. Por lo tanto puede perder un electrón para formar el Hydron H + , o ganar uno para formar el hidruro H ion - . En el primer caso se parece superficialmente los metales alcalinos; en el último caso, los halógenos, pero las diferencias debido a la falta de una subcapa 1p son lo suficientemente importante que ninguno de los grupos se ajusta a las propiedades de hidrógeno también. Grupo 14 es también un buen ajuste en términos de propiedades termodinámicas tales como energía de ionización y afinidad electrónica , pero hace sin sentido químico porque el hidrógeno no puede ser tetravalente. Por lo tanto ninguna de las tres ubicaciones son del todo satisfactorios, aunque el grupo 1 es la colocación más común (si uno es elegido) porque el Hydron es con mucho el más importante de todas las especies de hidrógeno monoatómicos, siendo la base de la química ácido-base. Como un ejemplo de las propiedades no ortodoxos de hidrógeno derivadas de su configuración electrónica inusual y pequeño tamaño, el ion de hidrógeno es muy pequeña (radio alrededor de 150  fm comparación con el tamaño 50-220 pm de la mayoría de otros átomos e iones) y así es inexistente en sistemas condensados que no sea en asociación con otros átomos o moléculas. De hecho, la transferencia de protones entre los productos químicos es la base de la química ácido-base . También único es la capacidad del hidrógeno para formar enlaces de hidrógeno , que son un efecto de transferencia de carga, electrostática , y el electrón fenómenos que contribuyen correlativos. Aunque también se conocen bonos de litio análogas, que son en su mayoría electrostática. Sin embargo, el hidrógeno puede tomar en el mismo papel estructural como los metales alcalinos en algunos cristales moleculares, y tiene una estrecha relación con los metales alcalinos más ligeros (especialmente litio).

Amonio y derivados

De manera similar a los metales alcalinos, amoníaco reacciona con ácido clorhídrico para formar la sal de cloruro de amonio .

El amonio de iones ( NH +
4
) tiene propiedades muy similares a los metales alcalinos más pesados, en calidad de un metal alcalino intermedio entre el potasio y rubidio, y a menudo se considera un pariente cercano. Por ejemplo, de metal más alcalinos sales son solubles en agua, una propiedad que sales de amonio acción. Se espera de amonio a comportarse de forma estable como un metal ( NH +
4
iones en un mar de electrones deslocalizados) a presiones muy altas (aunque menor que la presión típica en la que las transiciones de aislante a un comportamiento metálico ocurren alrededor de, 100  GPa ), y, posiblemente, podría ocurrir el interior de los gigantes de hielo Urano y Neptuno , que pueden tener un impacto significativo en sus campos magnéticos interiores. Se ha estimado que la transición de una mezcla de amoníaco moléculas y dihidrógeno a metálico de amonio puede ocurrir a presiones justo por debajo de 25 GPa. Bajo condiciones estándar, amonio puede formar una amalgama metálica con mercurio.

Otros "metales seudo-álcali" incluyen los de alquilamonio cationes, en el que algunos de los átomos de hidrógeno en el catión de amonio se sustituyen por grupos alquilo o arilo. En particular, los cationes de amonio cuaternario ( NR +
4
) son muy útiles ya que se pueden alojar de forma permanente, y se utilizan a menudo como una alternativa a la costosa Cs + para estabilizar muy grande y muy fácilmente aniones polarizables tales como HI -
2
. Hidróxidos de tetraalquilamonio, como hidróxidos de metales alcalinos, son bases muy fuertes que reaccionan con el dióxido de carbono atmosférico para formar carbonatos. Además, el átomo de nitrógeno puede estar sustituido por un fósforo, arsénico, o un átomo de antimonio (los no metálicos más pesados grupo del nitrógeno ), creando un fosfonio ( PH +
4
) o arsonio ( AsH +
4
) de cationes que puede estar sustituido de manera similar; mientras estibonio ( SBH +
4
) en sí mismo no es conocido, algunos de sus derivados orgánicos se caracterizan.

Cobaltoceno y derivados

Cobaltoceno , Co (C 5 H 5 ) 2 , es un metaloceno , el cobalto análogo de ferroceno . Es un sólido de color púrpura oscuro. Cobaltoceno tiene 19 electrones de valencia, uno más que se encuentra normalmente en complejos de metales de organotransición, tales como su pariente muy estable, ferroceno, de acuerdo con la regla de los 18 electrones . Este electrón adicional ocupa un orbital que se antienlazante con respecto a los enlaces CO-C. En consecuencia, muchas reacciones químicas de Co (C 5 H 5 ) 2 se caracterizan por su tendencia a perder este electrón "extra", produciendo un catión de 18 electrones muy estable conocido como cobaltocenium. Muchas sales cobaltocenium coprecipitan con sales de cesio, e hidróxido de cobaltocenium es una base fuerte que absorbe dióxido de carbono atmosférico para formar carbonato de cobaltocenium. Al igual que los metales alcalinos, cobaltoceno es un agente reductor fuerte, y decamethylcobaltocene es más fuerte aún debido a la combinado efecto inductivo de los diez grupos metilo. Cobalt puede estar sustituido por su congénere más pesado de rodio para dar rodoceno , un agente reductor aún más fuerte. Iridocene (que implica iridio ) sería presumiblemente aún más potente, pero no es muy bien estudiado debido a su inestabilidad.

talio

Piezas de talio muy puro en un vaso ampolla , almacenados bajo argón gas

El talio es el elemento más pesado estable en el grupo 13 de la tabla periódica. En la parte inferior de la tabla periódica, el efecto del par inerte es bastante fuerte, debido a la relativista estabilización de los 6s orbitales y la energía de enlace decreciente a medida que los átomos aumentan de tamaño de manera que la cantidad de energía liberada en la formación de dos enlaces más no es vale la pena las altas energías de ionización de los electrones 6s. Se muestra la 1 estado de oxidación que todo el conocido de visualización metales alcalinos, y compuestos de talio con talio en su 1 estado de oxidación se parecen mucho a las de potasio o correspondientes plata compuestos estequiométricamente debido a los radios iónicos similares de la Tl + (164  pm ), K + (152 pm) y Ag + (129 pm) iones. A veces se considera un metal alcalino en la Europa continental (pero no en Inglaterra) en los años inmediatamente después de su descubrimiento, y se colocó justo después de cesio como el sexto metal alcalino en Dimitri Mendeleiev '1869 s tabla periódica y Julius Lothar Meyer ' s 1868 tabla periódica. (1871 tabla periódica de Mendeleev y 1870 tabla periódica de Meyer ponen talio en su posición actual en el grupo de boro y abandonaron el espacio a continuación en blanco de cesio.) Sin embargo, talio también muestra el estado de oxidación +3, que no conoce pantallas de metales alcalinos (aunque ununennio, la séptima de metal alcalino sin descubrir, se predice para mostrar posiblemente el estado de oxidación +3). El metal alcalino sexto está ahora considerado como francio. Mientras Tl + se estabiliza por el efecto del par inerte, este par inerte de 6s electrones es todavía capaz de participar químicamente, de modo que estos electrones son estereoquímicamente activo en solución acuosa. Además, los haluros de talio (excepto TlF ) son bastante insoluble en agua, y TLI tiene una estructura inusual debido a la presencia del par inerte estereoquímicamente activo en talio.

Cobre, plata y oro

Un cristal de un mineral de metal de color cobrizo de pie sobre una superficie blanca
Cobre
Un cristal de un cristal de metal plateado acostado en una superficie gris
Plata
Un cristal de un metal amarillo se extiende sobre una superficie blanca
Oro

Los grupos de 11 metales (o metales de la invención), cobre , plata y oro , típicamente se clasifican como metales de transición dadas pueden formar iones con incompletas d-conchas. Físicamente, que tienen los puntos de fusión relativamente bajos y altos valores de electronegatividad asociados con metales post-transición . "El llenado d subcapa y libre s de electrones de Cu, Ag, y Au contribuyen a su alta conductividad eléctrica y térmica. Los metales de transición a la izquierda de grupo 11 experimentan interacciones entre s electrones y la parcialmente lleno d subcapa que la movilidad de electrones inferior." Químicamente, el grupo de 11 metales se comportan como metales de los grupos principales en sus +1 estados de valencia, y son por lo tanto algo relacionado con los metales alcalinos: esta es una razón para su previamente ser etiquetados como "grupo IB", en paralelo con los metales alcalinos " grupo IA". De vez en cuando se clasifican como metales post-transición. Sus espectros son análogos a los de los metales alcalinos. Sus iones monopositivo son paramagnético y contribuyen no hay color en sus sales, como los de los metales alcalinos.

En de Mendeleev 1871 tabla periódica, cobre, plata y oro se enumeran dos veces, una vez bajo grupo VIII (con los tríada de hierro y metales del grupo del platino ), y una vez bajo grupo IB. Grupo IB se parenthesised sin embargo, tener en cuenta que era provisional. Criterio principal de Mendeleev para la asignación de grupo fue el máximo estado de oxidación de un elemento: sobre esta base, el grupo de 11 elementos no podían ser clasificados en el grupo IB, debido a la existencia de cobre (II) y oro (III) compuestos que se sabe en ese hora. Sin embargo, la eliminación de grupo IB haría que el único grupo principal grupo (grupo VIII se marcó un grupo de transición) a carecer de una bifurcación A-B. Poco después, una mayoría de los químicos eligió para clasificar estos elementos en el grupo IB y eliminarlos del grupo VIII de la simetría resultante: esta fue la clasificación predominante hasta la subida de la tabla periódica de 18 columna de media largo moderno, que separa el álcali metales y grupo 11 metales.

Los metales de la invención eran considerados tradicionalmente como una subdivisión del grupo de metal alcalino, debido a ellos compartiendo la s característica 1 configuración electrónica de los metales alcalinos (grupo 1: p 6 s 1 ; grupo 11: d 10 s 1 ). Sin embargo, las similitudes se limitan en gran parte a las estequiometrías de los +1 compuestos de ambos grupos, y no sus propiedades químicas. Esto se deriva de la subcapa d llenado proporcionando un efecto de protección mucho más débil en electrones la más exterior s que la subcapa p llenado, de modo que los metales de la invención tienen mucho más altas energías primero de ionización y radios iónicos más pequeño que hacer los metales alcalinos correspondientes. Además, tienen puntos de fusión más altos, durezas, y densidades, y reactividades más bajos y solubilidades en líquido amoniaco , así como tener carácter más covalente en sus compuestos. Finalmente, los metales alcalinos están en la parte superior de la serie electroquímica , mientras que los metales de la invención son casi en la parte inferior. Los metales de la invención lleno shell D es mucho más fácilmente interrumpida de los metales alcalinos llenos p cáscara, de modo que el segundo y tercer energías de ionización son más bajos, lo que permite estados de oxidación más altos que 1 y una química de coordinación más rica, dando así el grupo 11 metales claro metal de transición de caracteres. Especialmente destacable es oro formar compuestos iónicos con rubidio y cesio, en la que forma el ion Auride (Au - ), que también se produce en forma solvatada en una solución de amoníaco líquido: aquí oro se comporta como un pseudohalógeno porque su 5d 10 6s 1 de configuración tiene un electrón menos de la cáscara cuasicerrado 5d 10 6s 2 configuración de mercurio .

Producción y aislamiento

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Salinas son ricas en litio, como estos en Salar del Hombre Muerto, Argentina (izquierda) y Uyuni , Bolivia (derecha). La salmuera de litio-rico se concentra por bombeo en estanques de evaporación solar (visible imagen Argentina in).

La producción de metales alcalinos puros es algo complicada debido a su extrema reactividad con sustancias comúnmente utilizados, tales como agua. A partir de sus silicato minerales, todos los metales alcalinos estables se pueden obtener de la misma manera: ácido sulfúrico se utiliza primero para disolver el ion de metal alcalino deseado y de aluminio (III) los iones de la mena (lixiviación), con lo cual la precipitación básico elimina los iones de aluminio de la mezcla por precipitación como el hidróxido . El metal alcalino insoluble restante carbonato se precipita selectivamente; la sal se disuelve a continuación en ácido clorhídrico para producir el cloruro. El resultado se deja evaporar y el metal alcalino puede ser después aislado. Litio y sodio típicamente se aíslan a través de la electrólisis de sus cloruros líquidos, con cloruro de calcio típicamente añadido para disminuir el punto de fusión de la mezcla. Los metales alcalinos más pesados, sin embargo, es más típicamente aislados de una manera diferente, en donde un agente reductor (típicamente de sodio de potasio y de magnesio o de calcio se utiliza para los metales alcalinos más pesados) para reducir el cloruro de metal alcalino. El producto líquido o gaseoso (el metal alcalino) a continuación, se somete a destilación fraccionada para la purificación. La mayoría de las rutas a los metales alcalinos puros requieren el uso de la electrólisis debido a su alta reactividad; uno de los pocos que no hace es la pirólisis del correspondiente metal alcalino azida , que produce el metal para el sodio, potasio, rubidio y cesio y el nitruro de litio.

Las sales de litio tienen que ser extraída del agua de fuentes minerales , salmuera piscinas, y depósitos de salmuera. El metal se produce electrolíticamente a partir de una mezcla de fundido de cloruro de litio y cloruro de potasio .

El sodio se produce sobre todo en agua de mar y se secó lecho marino , pero ahora se produce a través de la electrólisis de cloruro de sodio mediante la reducción del punto de fusión de la sustancia por debajo de 700 ° C mediante el uso de una celda de Downs . Extremadamente sodio puro puede ser producido a través de la descomposición térmica de azida de sodio . El potasio se produce en muchos minerales, tales como silvita ( cloruro de potasio ). Anteriormente, el potasio se hace generalmente de la electrólisis del cloruro de potasio o hidróxido de potasio , que se encuentra ampliamente en lugares como Canadá, Rusia, Bielorrusia, Alemania, Israel, Estados Unidos y Jordania, en un método similar a cómo se produjo sodio en la tarde de 1800 y principios de 1900. También puede producirse a partir de agua de mar . Sin embargo, estos métodos son problemáticos porque el metal de potasio tiende a disolverse en su cloruro de fundido y se vaporiza de manera significativa a las temperaturas de funcionamiento, potencialmente la formación de la superóxido explosivo. Como resultado, el metal puro de potasio se produce ahora mediante la reducción de cloruro de potasio fundido con el metal de sodio a 850 ° C.

Na (g) + KCl (l) ⇌ NaCl (l) + K (g)

Aunque el sodio es menos reactivo que el potasio, este proceso funciona porque a temperaturas tan altas de potasio es más volátil que el sodio y puede ser fácilmente separado por destilación, de modo que el equilibrio se desplaza hacia la derecha para producir más gas de potasio y procede casi hasta su finalización.

Un gris pieza 5 centímetros brillante de la materia con una superficie áspera.
Esta muestra de uraninita contiene alrededor de 100.000 átomos (3,3 × 10 - 20  g) de francio-223 en cualquier momento dado.

Durante varios años en los años 1950 y 1960, un subproducto de la producción de potasio llamado Alkarb era una fuente principal de rubidio. Alkarb contenía 21% de rubidio mientras que el resto era de potasio y una pequeña fracción de cesio. Hoy en día los mayores productores de cesio, por ejemplo, la mina de Tanco en Manitoba, Canadá, rubidio producen como subproducto de polucita . Hoy en día, un método común para la separación de rubidio de potasio y de cesio es la cristalización fraccionada de un rubidio y cesio alumbre ( Cs , Rb ) Al ( SO 4 ) 2 · 12 H 2 O , lo que da alumbre rubidio puro después de aproximadamente 30 recristalizaciones. Las aplicaciones limitadas y la falta de un mineral rico en rubidio limitan la producción de compuestos de rubidio a 2 a 4 toneladas por año. Cesio, sin embargo, no se produce a partir de la reacción anterior. En su lugar, la extracción de polucita mineral es el principal método de obtención de cesio puro, extraído del mineral principalmente por tres métodos: digestión ácida, de descomposición alcalina, y de reducción directa. Ambos metales se producen como subproductos de la producción de litio: después de 1958, cuando el interés en las propiedades termonucleares de litio aumentó bruscamente, la producción de rubidio y de cesio también aumenta correspondientemente. Metales rubidio y cesio puro se producen mediante la reducción de sus cloruros con calcio metal a 750 ° C y bajo presión.

Como resultado de su extrema rareza en la naturaleza, más francio se sintetiza en la reacción nuclear 197 Au + 18 O210 Fr + 5 n , produciendo francio-209 , francio-210 , y francio-211 . La mayor cantidad de francio jamás reunida hasta la fecha es de aproximadamente 300.000 átomos neutros, que fueron sintetizados utilizando la reacción nuclear dado anteriormente. Cuando se requiere específicamente el único isótopo natural de francio-223, se produce como la hija alfa de actinio-227, en sí produce sintéticamente a partir de la irradiación de neutrones de radio 226 natural, una de las hijas de los naturales de uranio-238.

aplicaciones

FOCS 1, un reloj atómico de cesio en Suiza
FOCS 1, un reloj atómico de cesio en Suiza

Litio, sodio, potasio y tienen muchas aplicaciones, mientras rubidio y cesio son muy útiles en contextos académicos, pero no tienen muchas aplicaciones todavía. El litio se utiliza a menudo en las baterías de iones de litio , y óxido de litio puede ayudar sílice proceso. Estearato de litio es un espesante y puede ser utilizado para hacer las grasas lubricantes; se produce a partir de hidróxido de litio, que también se utiliza para absorber el dióxido de carbono en cápsulas espaciales y submarinos. El cloruro de litio se utiliza como una aleación de soldadura fuerte de piezas de aluminio. De litio metálico se utiliza en aleaciones con magnesio y aluminio para dar aleaciones muy resistentes y ligeras.

Los compuestos de sodio tienen muchas aplicaciones, la más conocida de cloruro de ser de sodio como sal de mesa . Sales de sodio de ácidos grasos se utilizan como jabón. De metal de sodio puro también tiene muchas aplicaciones, incluyendo su uso en lámparas de vapor de sodio , que producen luz muy eficiente en comparación con otros tipos de iluminación, y puede ayudar a suavizar la superficie de otros metales. Siendo un fuerte agente reductor, se utiliza a menudo para reducir muchos otros metales, tales como titanio y circonio , de sus cloruros. Además, es muy útil como un líquido de intercambio de calor en los reactores nucleares reproductores rápidos debido a su bajo punto de fusión, la viscosidad, y la sección transversal hacia la absorción de neutrones.

Compuestos de potasio se utilizan a menudo como fertilizantes como el potasio es un elemento importante para la nutrición de las plantas. El hidróxido de potasio es una base muy fuerte, y se utiliza para controlar el pH de diversas sustancias. El nitrato de potasio y permanganato de potasio se utilizan a menudo como agentes oxidantes fuertes. Superóxido de potasio se utiliza en las máscaras de respiración, ya que reacciona con dióxido de carbono para dar carbonato de potasio y gas oxígeno. Potasio metálico puro no se utiliza a menudo, pero sus aleaciones con sodio puede sustituir de sodio puro en los reactores nucleares reproductores rápidos.

Rubidio y cesio se utilizan a menudo en los relojes atómicos . Los relojes atómicos de cesio son extraordinariamente precisa; Si un reloj se había hecho en el momento de los dinosaurios, sería fuera por menos de cuatro segundos (después de los 80 millones de años). Por esa razón, los átomos de cesio se utilizan como la definición de la segunda. Iones de rubidio se utilizan a menudo en púrpura fuegos artificiales , y cesio se utiliza a menudo en los fluidos de perforación en la industria petrolera.

Francio no tiene aplicaciones comerciales, pero debido a la relativamente simple de francio estructura atómica , entre otras cosas, se ha utilizado en espectroscopia de experimentos, lo que lleva a más información sobre los niveles de energía y las constantes de acoplamiento entre partículas subatómicas . Los estudios sobre la luz emitida por francio-210 iones láser-atrapado han proporcionado datos precisos sobre las transiciones entre niveles de energía atómica, similar a los predichos por la teoría cuántica .

Papel biológico y precauciones

Rieles

Metales alcalinos puros son peligrosamente reactiva con aire y agua y deben mantenerse alejado del calor, fuego, agentes oxidantes, ácidos, la mayoría de los compuestos orgánicos, halocarbonos , plásticos , y la humedad. También reaccionan con dióxido de carbono y tetracloruro de carbono, de manera que los extintores de incendios normales son contraproducentes cuando se utiliza en incendios de metales alcalinos. Algunos de polvo seco Clase D extintores diseñados para incendios de metales son eficaces, privando al fuego de oxígeno y de enfriamiento del metal alcalino.

Los experimentos se realizan normalmente usando sólo pequeñas cantidades de unos pocos gramos en una campana de humos . Pequeñas cantidades de litio pueden ser eliminados por reacción con agua fría, pero los metales alcalinos más pesados deben disolverse en el menos reactivo isopropanol . Los metales alcalinos deben ser almacenadas bajo aceite mineral o en una atmósfera inerte. La atmósfera inerte usado puede ser argón gas o nitrógeno, a excepción de litio, que reacciona con nitrógeno. Rubidio y cesio deben mantenerse lejos de aire, incluso en aceite, ya que incluso una pequeña cantidad de aire difundido en el aceite puede desencadenar la formación del peróxido de peligrosamente explosiva; por la misma razón, potasio no se debe almacenar bajo aceite en una atmósfera que contiene oxígeno durante más de 6 meses.

iones

La química bioinorgánica de los iones de metales alcalinos se ha revisado ampliamente. estructuras cristalinas de estado sólido han sido determinadas para muchos complejos de iones de metales alcalinos en pequeños péptidos, constituyentes ácidos nucleicos, carbohidratos y complejos ionóforos.

Litio, naturalmente, sólo se produce en trazas en los sistemas biológicos y no tiene ninguna función biológica conocida, pero tiene efectos en el cuerpo cuando se ingiere. El carbonato de litio se utiliza como un estabilizador del humor en psiquiatría para tratar el trastorno bipolar ( depresión maníaca ) en dosis diarias de aproximadamente 0,5 a 2 gramos, aunque hay efectos secundarios. La ingestión excesiva de litio causa somnolencia, trastornos del habla y vómitos, entre otros síntomas, y venenos del sistema nervioso central , que es peligroso como la dosis requerida de litio para tratar el trastorno bipolar es sólo ligeramente inferior a la dosis tóxica. Su bioquímica, la forma en que se maneja por el cuerpo humano y los estudios que utilizan ratas y cabras sugieren que es un esencial elemento traza , aunque la función biológica natural de litio en los seres humanos aún no se ha identificado.

El sodio y el potasio se producen en todos los sistemas biológicos conocidos, generalmente funciona como electrolitos dentro y fuera de las células . El sodio es un nutriente esencial que regula el volumen de sangre, la presión arterial, el equilibrio osmótico y pH ; el requisito fisiológico mínimo de sodio es de 500 miligramos por día. El cloruro de sodio (también conocido como sal común) es la principal fuente de sodio en la dieta, y se usa como condimento y conservante, tal como por decapado y cecina ; la mayor parte proviene de los alimentos procesados. La ingesta dietética de referencia para el sodio es de 1,5 gramos por día, pero la mayoría de personas en los Estados Unidos consume más de 2,3 gramos por día, la cantidad mínima que promueve la hipertensión; esto a su vez provoca 7,6 millones de muertes prematuras en todo el mundo.

El potasio es el principal catión (ion positivo) en el interior de las células animales , mientras que el sodio es el catión importante fuera de las células animales. Los concentración diferencias de estas partículas cargadas provoca una diferencia en el potencial eléctrico entre el interior y exterior de las células, conocidos como el potencial de membrana . El equilibrio entre el potasio y el sodio se mantiene mediante transportador de iones proteínas en la membrana celular . El potencial de membrana celular creado por iones de potasio y de sodio permite a la célula para generar un potencial de acción -a "pico" de la descarga eléctrica. La capacidad de las células para producir la descarga eléctrica es crítica para las funciones corporales tales como la neurotransmisión , la contracción muscular y la función del corazón. La alteración de este equilibrio puede así ser fatal: por ejemplo, la ingestión de grandes cantidades de compuestos de potasio puede conducir a la hiperpotasemia influir fuertemente el sistema cardiovascular. El cloruro de potasio se utiliza en el Estados Unidos para la inyección letal ejecuciones.

Un dispositivo de radioterapia tipo de rueda que tiene una larga colimador para enfocar la radiación en un haz estrecho. El cesio-137 cloruro de fuente radiactiva es el cuadrado azul, y los rayos gamma están representados por el haz que emerge de la abertura. Esta fue la fuente de radiación implicado en el accidente Goiânia, que contiene aproximadamente 93 gramos de cloruro de cesio-137.

Debido a su parecido atómica radios, rubidio y cesio en el cuerpo de potasio imitan y se toman de manera similar. Rubidio no ha conocido papel biológico, pero puede ayudar a estimular el metabolismo , y, de manera similar al cesio, sustituir el potasio en el cuerpo que causa la deficiencia de potasio . La sustitución parcial es bastante posible y más bien no tóxico: una persona de 70 kg contiene en promedio 0,36 g de rubidio, y un aumento de este valor por 50 a 100 veces no mostró efectos negativos en personas de prueba. Las ratas pueden sobrevivir hasta 50% de sustitución de potasio por rubidio. Rubidio (y en un grado mucho menor de cesio) puede funcionar como curas temporales para hipopotasemia; mientras rubidio puede sustituir adecuadamente fisiológicamente potasio en algunos sistemas, cesio no es capaz de hacerlo. Sólo hay pruebas muy limitadas en forma de síntomas de deficiencia por ser posiblemente esencial en cabras rubidio; incluso si esto es cierto, la traza asciende normalmente presentes en los alimentos son más que suficientes.

Compuestos de cesio se encuentran raramente por la mayoría de las personas, pero la mayoría de los compuestos de cesio son ligeramente tóxico. Como rubidio, cesio tiende a sustituir potasio en el cuerpo, pero es significativamente más grande y por lo tanto es un sustituto más pobre. El exceso de cesio puede conducir a hipopotasemia , arritmia , y aguda paro cardiaco , pero tales cantidades no sería normalmente encontrado en fuentes naturales. Como tal, cesio no es un importante contaminante ambiental química. La dosis letal media (LD 50 valor) para cloruro de cesio en ratones es 2,3 g por kilogramo, que es comparable a los LD 50 valores de cloruro de potasio y cloruro de sodio . El cloruro de cesio se ha promovido como una terapia contra el cáncer alternativa, pero se ha relacionado con la muerte de más de 50 pacientes, en los que se utiliza como parte de un tratamiento de cáncer científicamente no validado.

Los radioisótopos de cesio requieren precauciones especiales: el manejo inadecuado de cesio-137 de rayos gamma de fuentes puede conducir a la liberación de este radioisótopo y radiación lesiones. Quizás el caso más conocido es el accidente Goiânia de 1987, en la que una disposición inadecuada dispuesta-de sistema de terapia de radiación de una clínica abandonada en la ciudad de Goiânia , Brasil , fue barrido a partir de un depósito de chatarra, y la brillante sal de cesio vendido a curioso compradores, sin educación. Esto llevó a cuatro muertes y lesiones graves por la exposición a la radiación. Junto con el cesio-134 , yodo-131 , y el estroncio-90 , el cesio-137 fue uno de los isótopos distribuidos por la catástrofe de Chernobyl que constituyen el mayor riesgo para la salud. Los radioisótopos de francio serían presumiblemente peligroso también debido a su alta energía de la decadencia y la vida media corta, pero no se ha producido en grandes cantidades suficientes a plantear un riesgo grave.

notas

referencias