Alkali metal - Alkali metal

Alkali metaller
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
IUPAC grup numarası 1
Öğeye göre ad lityum grubu
önemsiz isim alkali metaller
CAS grup numarası
(ABD, model ABA)
IA
eski IUPAC numarası
(Avrupa, AB modeli)
IA

↓  Dönem
2
Resim: Parafin altında depolanan lityum metal
Lityum (Li)
3
3
Resim: Sodyum metal
Sodyum (Na)
11
4
Resim: Potasyum metali
Potasyum (K)
19
5
Resim: Bir cam ampulde rubidyum metali
Rubidyum (Rb)
37
6
Resim: Cam bir ampulde sezyum metali
Sezyum (Cs)
55
7 Fransiyum (Fr)
87

Efsane

ilkel
radyoaktif bozunma ile element
Atom numarası rengi:
siyah=katı

Alkali metaller oluşur kimyasal elementler lityum (Li), sodyum (Na), potasyum (K), rubidyum (Rb), sezyum (Cs) ve fransiyum (Fr). Birlikte hidrojen bunlar oluşturan grup 1 olarak, yalan s-blok arasında periyodik tablonun . Tüm alkali metallerin en dıştaki elektronları bir s-orbitalinde bulunur : bu ortak elektron konfigürasyonu, çok benzer karakteristik özelliklere sahip olmalarına neden olur. Aslında, alkali metaller, iyi karakterize edilmiş homolog davranış sergileyen elementlerle birlikte, periyodik tablodaki özelliklerde grup eğilimlerinin en iyi örneğini sağlar . Bu element ailesi , öncü elementinden sonra lityum ailesi olarak da bilinir .

Alkali metaller, tüm parlak olan yumuşak , yüksek reaktif en metaller , standart sıcaklık ve basınç ve kolayca kaybederler dış elektron formu katyonlar ile şarj + 1. Hepsi yumuşaklıkları nedeniyle bir bıçakla kolayca kesilebilirler, atmosferdeki nem ve oksijen (ve lityum, nitrojen durumunda) tarafından oksidasyon nedeniyle havada hızla kararan parlak bir yüzey açığa çıkarırlar . Yüksek reaktiviteleri nedeniyle hava ile reaksiyona girmemeleri için yağ altında depolanmaları gerekir ve doğal olarak sadece tuzlarda bulunurlar ve asla serbest elementler olarak bulunmazlar . Beşinci alkali metal olan sezyum, tüm metallerin en reaktifidir. Tüm alkali metaller su ile reaksiyona girer, daha ağır alkali metaller daha hafif olanlardan daha kuvvetli reaksiyona girer.

Keşfedilen alkali metallerin tümü doğada bileşikleri olarak bulunur: bolluk sırasına göre sodyum en bol olanıdır, onu potasyum, lityum, rubidyum, sezyum ve son olarak aşırı yüksek radyoaktivitesi nedeniyle çok nadir görülen fransiyum ; fransiyum , doğal bozunma zincirlerinin bazı belirsiz yan dallarında bir ara adım olarak doğada yalnızca çok küçük izler halinde bulunur . Grubun bir sonraki üyesi olması muhtemel olan ununennium (Uue) sentezini denemek için deneyler yapıldı ; hiçbiri başarılı olmadı. Bununla birlikte, ununenyum , süper ağır elementlerin kimyasal özellikleri üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu tahmin edilen göreli etkilerden dolayı bir alkali metal olmayabilir ; bir alkali metal olduğu ortaya çıksa bile, daha hafif homologlarından fiziksel ve kimyasal özelliklerinde bazı farklılıklar olacağı tahmin edilmektedir.

Çoğu alkali metalin birçok farklı uygulaması vardır. Saf elemanları en iyi bilinen uygulamalardan biri içinde rubidyum ve sezyum kullanılmasıdır atomik saatler sezyum atomik saatleri temelini oluşturan olan, ikinci . Sodyum bileşiklerinin yaygın bir uygulaması, ışığı çok verimli bir şekilde yayan sodyum buharlı lambadır . Sofra tuzu veya sodyum klorür antik çağlardan beri kullanılmaktadır. Lityum buluntular psikiyatrik ilaç olarak ve bir olarak kullanmak anot olarak lityum pilleri . Sodyum ve potasyum da elektrolitler olarak önemli biyolojik rollere sahip olan temel elementlerdir ve diğer alkali metaller gerekli olmasa da, vücut üzerinde hem yararlı hem de zararlı çeşitli etkileri vardır.

Tarih

Bir petalit örneği
Petalite , lityumun ilk izole edildiği lityum minerali

Sodyum bileşikleri eski zamanlardan beri bilinmektedir; tuz ( sodyum klorür ) olarak İngilizce kelime ile ifade verdi, insan faaliyetlerinin önemli bir emtia olmuştur maaş atıfta bulunarak, salarium para tuz satın almak için Romalı askerlere ödenen. İken potas eski çağlardan beri kullanılan, sodyum mineral tuzlar bir temelde farklı bir madde olması, tarihinin çoğu için anlaşılmadı. Georg Ernst Stahl , 1702'de sodyum ve potasyum tuzlarının temel farkını önermesine yol açan deneysel kanıtlar elde etti ve Henri-Louis Duhamel du Monceau bu farkı 1736'da kanıtlayabildi. Potasyum ve sodyum bileşiklerinin tam kimyasal bileşimi ve Potasyum ve sodyumun kimyasal element statüsü o zamanlar bilinmiyordu ve bu nedenle Antoine Lavoisier 1789'da kimyasal elementler listesine her iki alkaliyi de dahil etmedi.

Saf potasyum ilk olarak 1807'de İngiltere'de Humphry Davy tarafından izole edildi ve onu kostik potastan (KOH, potasyum hidroksit) yeni icat edilen voltaik yığın ile erimiş tuzun elektrolizi kullanılarak elde edildi . Potasyumun aşırı reaktivitesi nedeniyle sulu tuzun elektrolizinde önceki denemeler başarısız oldu. Potasyum, elektroliz yoluyla izole edilen ilk metaldi. Aynı yılın ilerleyen saatlerinde Davy, benzer bir teknikle benzer madde kostik sodadan (NaOH, kostik soda) sodyumun ekstraksiyonunun , elementlerin ve dolayısıyla tuzların farklı olduğunu gösterdiğini bildirdi .

Johann Wolfgang Döbereiner , günümüzde alkali metaller olarak bilinenler arasındaki benzerlikleri ilk fark edenlerden biriydi.

Petalit ( Li Al Si 4 O 10 ) 1800 yılında Brezilyalı kimyager José Bonifácio de Andrada tarafından İsveç'in Utö adasındaki bir madende keşfedildi . Ancak, o 1817 yılına kadar değildi Johan August Arfwedson ardından kimyager laboratuvarında çalışan Jöns Jakob Berzelius , algılanan petalit analiz edilirken yeni elemanın varlığını cevheri . Bu yeni elementin, karbonat ve hidroksitin suda daha az çözünür ve diğer alkali metallerden daha fazla alkali olmasına rağmen, sodyum ve potasyuma benzer bileşikler oluşturduğuna dikkat çekti . Berzelius, bilinmeyen malzemeye, bitki küllerinde keşfedilen potasyumun aksine katı bir mineraldeki keşfini yansıtmak için Yunanca λιθoς ( "taş" anlamına gelen lithos olarak çevrilmiştir) kelimesinden " lithion / lithina " adını verdi. ve kısmen hayvan kanındaki yüksek bolluğu ile bilinen sodyum. Malzemenin içindeki metale " lityum " adını verdi . Lityum, sodyum ve potasyum, 1850'de Johann Wolfgang Döbereiner tarafından benzer özelliklere sahip olarak belirtilen aynı gruptaki bir dizi element üçlüsü arasında oldukları için periyodikliğin keşfinin bir parçasıydı .

Bir lepidolit örneği
Lepidolit , rubidyum, ilk izole edilmiş olan rubidyum mineral

Rubidyum ve sezyum, 1859'da Robert Bunsen ve Gustav Kirchhoff tarafından icat edilen spektroskop kullanılarak keşfedilen ilk elementlerdi . Ertesi yıl, Bad Dürkheim , Almanya'dan gelen maden suyunda sezyum keşfettiler . Rubidyum keşifleri, ertesi yıl Almanya'nın Heidelberg kentinde, onu mineral lepidolitte bularak geldi . Rubidyum ve sezyum isimleri kendi içinde en belirgin çizgilerle gelen emisyon spektrumları (dan rubidyum için parlak kırmızı çizgi: Latince kelime rubidus koyu kırmızı veya parlak kırmızı anlamına gelen) ve sezyum için gök mavisi çizgi (türetilmiş Latince kelime caesius , gök mavisi anlamına gelir).

1865 civarında John Newlands , elementleri artan atom ağırlığına ve sekiz aralıklarla tekrarlanan benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere göre sıraladığı bir dizi makale üretti; böyle bir periyodikliği , bir oktav ayrı olan notaların benzer müzikal işlevlere sahip olduğu müzik oktavlarına benzetmiştir . Onun versiyonu, o zamanlar bilinen tüm alkali metalleri (lityumdan sezyuma) ve ayrıca bakır , gümüş ve talyum (alkali metallerin +1 oksidasyon durumunu gösteren) bir grup halinde bir araya getirdi. Onun masası hidrojeni halojenlerle yerleştirdi .

Dmitri Mendeleev'in 1871'de önerdiği, hidrojen ve alkali metalleri, bakır, gümüş ve altınla birlikte grup I'in bir parçası olarak gösteren periyodik sistemi

1869'dan sonra Dmitri Mendeleev , lityumu sodyum, potasyum, rubidyum, sezyum ve talyum içeren bir grubun en üstüne yerleştiren periyodik tablosunu önerdi. İki yıl sonra Mendeleev tablosunu revize etti, hidrojeni 1. gruba lityumun üzerine yerleştirdi ve ayrıca talyumu bor grubuna taşıdı . Bu 1871 versiyonunda, bakır, gümüş ve altın , bir kez IB grubunun bir parçası olarak ve bir kez de bugünün 8 ila 11 arasındaki grupları kapsayan bir "grup VIII" in parçası olarak iki kez yerleştirildi . 18 sütunlu tablonun tanıtılmasından sonra, IB grubu elementler d-bloktaki mevcut konumlarına taşınırken , alkali metaller IA grubunda kaldı . Daha sonra grubun adı 1988'de grup 1 olarak değiştirildi . Önemsiz "alkali metaller" adı , grup 1 elementlerinin hidroksitlerinin suda çözündüğünde tüm güçlü alkaliler olduğu gerçeğinden geliyor .

Önce en az dört yanlış ve eksik keşifler vardı Marguerite Perey ait Curie Enstitüsü'nde Paris, Fransa bir örneğini arındırarak 1939 yılında fransiyumu keşfetti actinium-227 , 220 bir çürüme enerjisine sahip olduğu bildirildi  keV . Ancak Perey, enerji seviyesi 80 keV'nin altında olan bozunma parçacıklarını fark etti. Perey, bu bozunma aktivitesinin, saflaştırma sırasında ayrılan, ancak saf aktinyum -227'den yeniden ortaya çıkan, önceden tanımlanamayan bir bozunma ürününden kaynaklanmış olabileceğini düşündü . Çeşitli testler bilinmeyen elementin toryum , radyum , kurşun , bizmut veya talyum olma olasılığını ortadan kaldırdı . Yeni ürün, bir alkali metalin kimyasal özelliklerini (sezyum tuzları ile birlikte çökeltme gibi) sergiledi ve bu da Perey'in aktinyum-227'nin alfa bozunmasının neden olduğu 87. element olduğuna inanmasına neden oldu . Perey daha sonra aktinyum-227'de beta bozunmasının alfa bozunmasına oranını belirlemeye çalıştı . İlk testi alfa dallanmasını %0,6'ya çıkardı, bu rakam daha sonra %1'e revize etti.

227
89
AC
a (%1.38)21.77 yıl 223
87
Cum
β -22 dakika 223
88
Ra
α11,4 gün219
86
Rn

Periyodik tablodaki fransiyumun ( eka -francium) altındaki bir sonraki element ununennium (Uue), element 119 olacaktır. Ununenyum sentezi ilk olarak 1985 yılında süperHILAC hızlandırıcısında einsteinium -254 hedefini kalsiyum -48 iyonlarıyla bombalayarak denendi. Berkeley, California'da. Hiçbir atom tanımlanmadı, bu da 300 nb'lik bir sınırlayıcı verime yol açtı .

254
99
Es
+ 48
20
CA
302
119
Uue
* → atom yok

Nispeten büyük kütlesi nedeniyle ultra ağır elementlerin üretimi için tercih edilen yeterli miktarda einsteinium-254 yapmak gibi son derece zor bir görev göz önüne alındığında, bu reaksiyonun yakın gelecekte herhangi bir ununenyum atomu yaratması pek olası değildir. 270 günlük uzun yarılanma ömrü ve deneyin hassasiyetini gereken seviyeye yükseltmek için yeterince büyük bir hedef yapmak için önemli miktarlarda birkaç mikrogram bulunabilirliği; einsteinium doğada bulunmamıştır ve yalnızca laboratuvarlarda ve süper ağır elementlerin etkin sentezi için gerekenden daha küçük miktarlarda üretilmiştir. Ancak, ununennium yalnızca ilk olduğu göz önüne alındığında dönem 8 eleman üzerindeki uzatılmış periyodik tabloda , iyi gerçekten şu anda Japonya'da devam etmektedir sentezleme çabasıdır diğer reaksiyonlar aracılığıyla yakın gelecekte keşfedilen ve edilebilmektedir. Şu anda, periyot 8 elementinden hiçbiri henüz keşfedilmemiştir ve ayrıca, damlama kararsızlıklarından dolayı , sadece alt periyot 8 elementlerinin, yaklaşık olarak, yaklaşık 128'e kadar, fiziksel olarak mümkün olması da mümkündür. Daha ağır alkali metaller için herhangi bir sentez girişiminde bulunulmamıştır: son derece yüksek atom numaraları nedeniyle, yeni, daha güçlü yöntemler ve teknoloji yapılması gerekir.

oluşum

Güneş Sisteminde

Güneş sistemindeki kimyasal elementlerin tahmini bollukları. Hidrojen ve helyum, Big Bang'den en yaygın olanıdır . Sonraki üç element (lityum, berilyum ve bor ), Big Bang'de ve ayrıca yıldızlarda yetersiz sentezlendiklerinden nadirdir. Geri kalan yıldız kaynaklı elementlerdeki iki genel eğilim şunlardır: (1) atom numaraları çift veya tek olduğu için elementlerde bir bolluk değişimi ve (2) elementler ağırlaştıkça bollukta genel bir azalma. Demir özellikle yaygındır çünkü süpernovalarda helyumun füzyonu ile yapılabilecek minimum enerji nüklidi temsil eder.

Oddo-Harkins kuralı bile atom numaraları ile elementler hidrojen hariç, tek atom numaralarına sahip olanlar olduğunu daha yaygın olduğu tutar. Bu kural, tek atom numarasına sahip elementlerin bir eşleşmemiş protona sahip olduğunu ve diğerini yakalama olasılığının daha yüksek olduğunu ve böylece atom numaralarını artırdığını iddia eder. Atom numarası çift olan elementlerde, protonlar çiftlenir, çiftin her bir üyesi diğerinin spinini dengeleyerek kararlılığı arttırır. Tüm alkali metallerin atom numaraları tektir ve Güneş Sistemi'nde atom numaralarına bitişik elementler ( soy gazlar ve toprak alkali metaller ) kadar yaygın değildirler . Rubidyumdan sonraki alkali metaller yıldız nükleosentezinde değil , sadece süpernovada sentezlenebildiğinden, daha ağır alkali metaller daha hafif olanlardan daha azdır . Lityum ayrıca hem Big Bang nükleosentezinde hem de yıldızlarda zayıf sentezlendiğinden sodyum ve potasyumdan çok daha az miktarda bulunur : Big Bang , 5 veya 8 ile kararlı bir çekirdeğin olmaması nedeniyle yalnızca eser miktarda lityum, berilyum ve bor üretebilir. nükleonlar ve yıldız nükleosentezi bu darboğazı ancak üç helyum çekirdeğini karbon oluşturmak için kaynaştıran ve bu üç elementi atlayan üçlü alfa işlemiyle geçebilirdi .

Yeryüzünde

Spodumen , önemli bir lityum minerali

Dünya Güneş oluşmuş bu konuda aynı bulutundan oluşmuş, ancak gezegenler sırasında farklı kompozisyonlar edinilen güneş sisteminin oluşumu ve evrimi . Buna karşılık, Dünya'nın doğal tarihi, bu gezegenin bölümlerinin farklı element konsantrasyonlarına sahip olmasına neden oldu. Dünya'nın kütlesi yaklaşık olarak 5,98 × 10 24  kg'dır. Çoğunlukla oluşan demir (% 32.1), oksijen (% 30.1), silisyum (% 15.1), magnezyum (% 13.9), sülfür (% 2.9), nikel (% 1.8), kalsiyum (% 1.5) ve alüminyum ( %1,4); kalan %1,2 eser miktarda diğer elementlerden oluşur. Gezegensel farklılaşma nedeniyle , çekirdek bölgenin esas olarak demirden (%88.8), daha az miktarda nikelden (%5.8), kükürtten (%4.5) ve %1'den az eser elementten oluştuğuna inanılmaktadır.

Alkali metaller yüksek reaktivitelerinden dolayı doğada saf halde doğal olarak bulunmazlar. Bunlar lithophiles ve ile kolaylıkla birleştirmek için bu nedenle yakın yeryüzü kalır oksijen ve böylece onunla güçlü şekilde ilişkili silika Dünyanın çekirdeği içine batar olmayan nispeten düşük yoğunluklu mineralleri oluşturur. Potasyum, rubidyum ve sezyum da geniş iyon yarıçapları nedeniyle uyumsuz elementlerdir .

Sodyum ve potasyum yeryüzünde çok bol bulunur ve her ikisi de yerkabuğundaki en yaygın on element arasındadır ; sodyum, yaklaşık% 2.6 oluşturan toprak bu yapım ağırlığı ile ölçüldüğü kabuğunda altıncı en bol elemanı genel olarak ve en bol alkali metal. Potasyum, yerkabuğunun yaklaşık %1,5'ini oluşturur ve en bol bulunan yedinci elementtir. Sodyum birçok farklı mineralde bulunur ve bunların en yaygını deniz suyunda büyük miktarlarda çözünen sıradan tuzdur (sodyum klorür). Diğer katı tortular arasında halit , amfibol , kriyolit , nitratin ve zeolit ​​bulunur . Bu katı mevduat birçoğu hala gibi yerlerde şimdi oluşur buharlaşan eski denizlerin, bir sonucu olarak ortaya Utah 'ın Büyük Tuz Gölü ve Ölü Deniz'e . Yerkabuğundaki hemen hemen eşit bolluklarına rağmen, sodyum okyanustaki potasyumdan çok daha yaygındır, çünkü hem potasyumun daha büyük boyutu tuzlarını daha az çözünür hale getirir hem de potasyum toprakta silikatlarla bağlanır ve potasyumun süzüldüğü şey çok daha kolay emilir. sodyumdan daha fazla bitki ömrüne sahiptir.

Kimyasal benzerliğine rağmen, lityum, daha küçük boyutu nedeniyle tipik olarak sodyum veya potasyum ile birlikte oluşmaz. Nispeten düşük reaktivitesi nedeniyle deniz suyunda büyük miktarlarda bulunabilir; deniz suyunun milyonda yaklaşık 0.14 ila 0.25 parça (ppm) veya 25 mikromolar olduğu tahmin edilmektedir . Magnezyum ile diyagonal ilişkisi genellikle , kabuk konsantrasyonunun yaklaşık 18 ppm olduğu ferromagnezyum minerallerinde  magnezyumun yerini almasına izin verir , galyum ve niyobyum ile karşılaştırılabilir . Ticari olarak, en önemli lityum minerali, dünya çapında büyük yataklarda oluşan spodümendir .

Rubidyum yaklaşık olarak çinko kadar bol ve bakırdan daha boldur. Doğal olarak lösit , pollisit , karnalit , zinnwaldit ve lepidolit minerallerinde bulunur , ancak bunların hiçbiri sadece rubidyum içermez ve diğer alkali metalleri içermez. Sezyum, antimon , kadmiyum , kalay ve tungsten gibi yaygın olarak bilinen bazı elementlerden daha boldur, ancak rubidyumdan çok daha az boldur.

Fransiyum-223 , fransiyum, sadece doğal olarak oluşan izotop, bir ürün bir alfa bozunması actinium-227 ve eser miktarda bulunabilir uranyum mineraller. Belirli bir uranyum örneğinde, her 10 18 uranyum atomu için yalnızca bir fransiyum atomu olduğu tahmin edilmektedir . 22 dakikalık son derece kısa yarı ömrü nedeniyle yerkabuğunda herhangi bir zamanda en fazla 30 gram fransiyum olduğu hesaplanmıştır .

Özellikler

Fiziksel ve kimyasal

Alkali metallerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, zayıf metalik bağ ile sonuçlanan bir ns 1 değerlik elektron konfigürasyonuna sahip olmaları ile kolaylıkla açıklanabilir . Bu nedenle, tüm alkali metaller yumuşaktır ve düşük yoğunluklara , erime ve kaynama noktalarına ve ayrıca süblimleşme , buharlaşma ve ayrışma ısılarına sahiptir . Hepsi vücut merkezli kübik kristal yapıda kristalleşir ve dış elektronları çok kolay uyarıldığı için belirgin alev renklerine sahiptirler . ns 1 konfigürasyonu ayrıca çok büyük atomik ve iyonik yarıçaplara sahip alkali metallerin yanı sıra çok yüksek termal ve elektrik iletkenliği ile sonuçlanır . Kimyalarına, bu elektronu iyonlaştırmanın kolaylığı ve çok yüksek ikinci iyonlaşma enerjisi nedeniyle +1 oksidasyon durumunu oluşturmak için en dıştaki s-orbitalindeki yalnız değerlik elektronlarının kaybı hakimdir. Kimyanın çoğu sadece grubun ilk beş üyesi için gözlemlendi. Fransiyumun kimyası, aşırı radyoaktivitesi nedeniyle iyi kurulmamıştır ; bu nedenle, burada özelliklerinin sunumu sınırlıdır. Fransiyum hakkında çok az bilinen şey, beklendiği gibi, sezyuma davranış olarak çok yakın olduğunu gösteriyor. Fransiyumun fiziksel özellikleri daha da kabataslaktır çünkü yığın element hiç gözlemlenmemiştir; dolayısıyla literatürde bulunabilecek herhangi bir veri kesinlikle spekülatif tahminlerdir.

Alkali metallerin özellikleri
İsim Lityum Sodyum Potasyum Rubidyum sezyum Fransiyum
Atomik numara 3 11 19 37 55 87
Standart atom ağırlığı  ( u ) 6.94(1) 22.98976928(2) 39.0983(1) 85.4678(3) 132.9054519(2) [223]
Elektron konfigürasyonu [ O ] 2s 1 [ Ne ] 3s 1 [ Ar ] 4s 1 [ Kr ] 5s 1 [ Xe ] 6s 1 [ Rn ] 7s 1
Erime noktası (°C) 180.54 97.72 63.38 39.31 28.44 ?
Kaynama noktası (°C) 1342 883 759 688 671 ?
Yoğunluk  (g·cm -3 ) 0.534 0.968 0.89 1.532 1,93 ?
Füzyon ısısı  (kJ·mol -1 ) 3.00 2.60 2.321 2.19 2.09 ?
Buharlaşma ısısı  (kJ·mol -1 ) 136 97.42 79.1 69 66.1 ?
 Monatomik gaz oluşum ısısı (kJ·mol -1 ) 162 108 89.6 82.0 78.2 ?
 25 °C'de elektrik direnci (n Ω · cm ) 94.7 48.8 73.9 131 208 ?
Atom yarıçapı  ( pm ) 152 186 227 248 265 ?
Heksakoordinat M + iyonunun iyon yarıçapı (pm) 76 102 138 152 167 ?
Birinci iyonlaşma enerjisi  ( kJ·mol -1 ) 520.2 495.8 418.8 403.0 375.7 392.8
Elektron ilgisi  (kJ·mol -1 ) 59.62 52.87 48.38 46.89 45.51 ?
 M 2'nin ayrışma entalpisi  (kJ·mol -1 ) 106.5 73.6 57.3 45.6 44.77 ?
Pauling elektronegatifliği 0.98 0.93 0,82 0,82 0.79 ?
allen elektronegatifliği 0.91 0.87 0.73 0.71 0.66 0.67
Standart elektrot potansiyeli ( E °(M + →M 0 ); V ) -3.04 -2.71 -2.93 -2.98 -3.03 ?
Alev testi rengi
Temel emisyon/absorpsiyon dalga boyu ( nm )
kızıl
670.8
Sarı
589.2
Menekşe
766.5
Kırmızı-mor
780.0
Mavi
455.5
?

Alkali metaller, diğer herhangi bir gruptaki elementlerin birbirine olduğundan daha fazla benzerdir . Gerçekten de, benzerlik o kadar büyüktür ki, benzer iyon yarıçapları nedeniyle potasyum, rubidyum ve sezyumu ayırmak oldukça zordur ; lityum ve sodyum daha belirgindir. Örneğin, tablodan aşağı hareket ederken, bilinen tüm alkali metaller artan atom yarıçapı , azalan elektronegatiflik , artan reaktivite ve azalan erime ve kaynama noktalarının yanı sıra füzyon ve buharlaşma ısılarını gösterir. Genel olarak, potasyumun sodyumdan daha az yoğun olması dışında, masadan aşağı hareket ederken yoğunlukları artar. Alkali metallerin çok düzgün bir eğilim göstermeyen çok az özelliklerinden biri de indirgeme potansiyelleridir : lityumun değeri anormaldir, diğerlerinden daha negatiftir. Bunun nedeni, Li + iyonunun gaz fazında çok yüksek bir hidrasyon enerjisine sahip olmasıdır: lityum iyonu, suyun yapısını önemli ölçüde bozarak entropide daha yüksek bir değişikliğe neden olsa da, bu yüksek hidrasyon enerjisi, indirgeme potansiyellerinin bunu göstermesi için yeterlidir. gaz fazında iyonize edilmesinin zorluğuna rağmen en elektropozitif alkali metaldir.

Stabil alkali metaller, soluk altın rengine sahip sezyum hariç tüm gümüş renkli metallerdir: bu, açık renkli üç metalden biridir (diğer ikisi bakır ve altındır). Ek olarak, ağır alkali toprak metalleri kalsiyum , stronsiyum ve baryum ile iki değerlikli lantanitler europium ve ytterbium , renk sezyum için olduğundan çok daha az belirgin olsa da, soluk sarıdır. Parlaklıkları oksidasyon nedeniyle havada hızla kararır. Hepsi vücut merkezli kübik kristal yapıda kristalleşir ve dış elektronları çok kolay uyarıldığı için belirgin alev renklerine sahiptirler . Aslında, bu alev testi renkleri, ortak iyonlara sahip tüm tuzları çözünür olduğundan, onları tanımlamanın en yaygın yoludur.

Potasyum, oda sıcaklığında suyla şiddetli reaksiyona girer.
Sezyum, düşük sıcaklıklarda bile su ile patlayıcı şekilde reaksiyona girer.

Tüm alkali metaller oldukça reaktiftir ve doğada hiçbir zaman elemental formlarda bulunmazlar. Bu nedenle genellikle mineral yağ veya kerosen (parafin yağı) içinde depolanırlar . Bunlar , lityum florür ( Li F ) dışında tümü suda çözünür olan beyaz iyonik kristalli bileşikler olan alkali metal halojenürleri oluşturmak için halojenlerle agresif bir şekilde reaksiyona girerler . Alkali metaller ayrıca güçlü alkali hidroksitler oluşturmak için su ile reaksiyona girer ve bu nedenle çok dikkatli kullanılmalıdır. Daha ağır alkali metaller, daha hafif olanlardan daha kuvvetli tepki verirler; örneğin, sezyum suya düştüğünde, her metalin aynı sayıda molünün kullanılması durumunda potasyumdan daha büyük bir patlama meydana getirir. Alkali metaller , düşük etkili nükleer yükleri ve sadece bir elektron kaybederek bir soy gaz konfigürasyonu elde etme yetenekleri nedeniyle periyodik tablonun ilgili periyotlarında en düşük ilk iyonlaşma enerjilerine sahiptir . Alkali metaller sadece su ile değil, aynı zamanda alkoller ve fenoller , gaz halindeki amonyak ve alkinler gibi proton donörleri ile de reaksiyona girerler , sonuncusu reaktivitelerinin olağanüstü derecesini gösterir. İndirgeyici ajanlar olarak büyük güçleri, onları oksitlerinden veya halojenürlerinden diğer metalleri serbest bırakmada çok faydalı kılar.

Tüm alkali metallerin ikinci iyonlaşma enerjisi, çekirdeğe daha yakın olan tam bir kabukta olduğu için çok yüksektir; bu nedenle, neredeyse her zaman tek bir elektron kaybederek katyonlar oluştururlar. Alkaliler bir istisna vardır: bunlar alkaliler keşfinden önce olduğu gibi çok sıradışı -1 oksidasyon durumunda, alkali metaller ihtiva eden stabil olmayan bileşikler, alkali metaller oluşturmak mümkün beklenmiyordu anyonları ve olduğu düşünülen tuzlarda sadece katyon olarak görünebilir . Alkali anyonlar , onlara var olmaları için yeterli stabilite sağlayan s-alt kabukları doldurmuştur . Lityum hariç tüm kararlı alkali metallerin alkali oluşturabildiği bilinmektedir ve alkaliler, olağandışı stokiyometrileri ve düşük iyonlaşma potansiyelleri nedeniyle teorik olarak çok ilgi görmektedir . Alkalidler, anyon gibi davranan tuzaklanmış elektronlara sahip tuzlar olan elektritlere kimyasal olarak benzerdir . Alkalitin özellikle çarpıcı bir örneği "ters sodyum hidrit " tir , H + Na - (her iki iyon da komplekstir ), alışılmış sodyum hidrid Na + H - ' nin aksine : yüksek enerjisinden dolayı izolasyonda kararsızdır. Birkaç türevin yarı kararlı veya kararlı olduğu tahmin edilmesine rağmen, iki elektronun hidrojenden sodyuma yer değiştirmesinden .

Sulu solüsyonda, alkali metal iyonları oluşturan su iyonları formül [M (H 2 O) n ] + , n, çözünme sayısıdır. Onların koordinasyon numaraları ve şekiller kendi iyonik yarıçapları beklenen edilenlerle uyumludur. Sulu çözeltide, metal iyonuna doğrudan bağlı su moleküllerinin , birinci veya birincil çözünme kabuğu olarak da bilinen birinci koordinasyon küresine ait olduğu söylenir . Bir su molekülü ile metal iyonu arasındaki bağ , oksijen atomunun her iki elektronu da bağa bağışladığı bir datif kovalent bağdır. Her koordineli su molekülü, diğer su moleküllerine hidrojen bağlarıyla bağlanabilir. İkincisinin ikinci koordinasyon alanında bulunduğu söylenir. Bununla birlikte, alkali metal katyonları için, ikinci koordinasyon küresi iyi tanımlanmamıştır, çünkü katyon üzerindeki +1 yükü , birincil solvasyon kabuğundaki su moleküllerini polarize etmek için yeterince yüksek değildir, bu nedenle , onların içindekilerle güçlü hidrojen bağları oluşturacak kadar yüksek değildir. daha istikrarlı bir varlık üreten ikinci koordinasyon alanı. Li + için çözülme sayısı deneysel olarak 4 olarak belirlenmiştir ve tetrahedral [Li(H 2 O) 4 ] + ' yı oluşturur: lityum su iyonları için 3 ila 6 çözülme sayıları bulunurken, 4'ten küçük çözülme sayıları olabilir. temas iyon çiftlerinin oluşumunun sonucu ve daha yüksek çözülme sayıları, [Li(H 2 O) 4 ] + 'a tetrahedronun bir yüzünden yaklaşan su molekülleri açısından yorumlanabilir , ancak moleküler dinamik simülasyonlar varlığı gösterebilir bir arasında oktahedral hexaaqua iyonu. Ayrıca muhtemelen sodyum iyonunun birincil çözünme küresinde oktahedral [Na(H 2 O) 6 ] + iyonunu oluşturan altı su molekülü vardır . Daha önce ağır alkali metallerin oktahedral heksaaqua iyonları oluşturduğu düşünülürken, o zamandan beri potasyum ve rubidyumun muhtemelen [K(H 2 O) 8 ] + ve [Rb(H 2 O) 8 ] + iyonlarını oluşturduğu bulunmuştur. kare antiprizmatik yapıya sahip olan ve sezyum 12 koordinatlı [Cs(H 2 O) 12 ] + iyonunu oluşturur.

Lityum

Küçük Li + katyonu anyonları polarize ettiğinden ve bileşiklerine daha kovalent bir karakter verdiğinden, lityum kimyası grubun geri kalanından birkaç farklılık gösterir . Lityum ve magnezyum bir var diyagonal ilişki bazı benzerlikler gösterir, böylece, nedeniyle benzer atomik yarı çapı olmasından. Örneğin, lityum , tüm alkalin toprak metalleri (magnezyum grubu) arasında ortak olan ancak alkali metaller arasında benzersiz bir özellik olan kararlı bir nitrür oluşturur . Buna ek olarak, ayrı ayrı gruplar arasında, lityum ve magnezyum formu organometalik bileşikler, önemli bir kovalent karakteri ile (örneğin, Li, Me ve MgMe 2 ).

Lityum florür su içinde az çözünür, yalnızca alkali metal halojenür, ve lityum hidroksit olmayan tek bir alkali metal hidroksit, nem alabilen . Tersine, lityum perklorat ve polarize edilemeyen büyük anyonlara sahip diğer lityum tuzları, muhtemelen Li + 'nın yüksek çözünme enerjisine sahip olması nedeniyle, diğer alkali metallerin benzer bileşiklerinden çok daha kararlıdır . Bu etki aynı zamanda çoğu basit lityum tuzunun hidratlı formda yaygın olarak görüldüğü anlamına gelir, çünkü susuz formlar son derece higroskopiktir : bu, lityum klorür ve lityum bromür gibi tuzların nem gidericilerde ve klimalarda kullanılmasına izin verir .

Fransiyum

Fransiyumun ayrıca yüksek atom ağırlığından dolayı bazı farklılıklar göstermesi , elektronlarının ışık hızının önemli fraksiyonlarında hareket etmesine neden olması ve dolayısıyla göreli etkileri daha belirgin hale getirmesi öngörülmektedir . Alkali metallerin elektronegatifliklerini ve iyonizasyon enerjilerini azaltma eğiliminin aksine , 7s elektronlarının göreli stabilizasyonu nedeniyle fransiyumun elektronegatifliği ve iyonlaşma enerjisinin sezyumunkinden daha yüksek olduğu tahmin edilmektedir; ayrıca atom yarıçapının anormal derecede düşük olması bekleniyor. Bu nedenle, beklentinin aksine, sezyum, fransiyum değil, alkali metallerin en reaktifidir. Fransiyumun bilinen tüm fiziksel özellikleri, ilk iyonizasyon enerjisi, elektron afinitesi ve anyon polarizasyonu gibi lityumdan sezyuma giden açık eğilimlerden de sapmaktadır, ancak fransiyum hakkında bilinen verilerin azlığından dolayı birçok kaynak, bunu göz ardı ederek tahmin edilen değerler vermektedir. Göreceli etkiler, lityumdan sezyuma olan eğilimi fransiyumda uygulanamaz hale getirir. Görelilik hesaba katılarak tahmin edilen fransiyumun birkaç özelliğinden bazıları elektron ilgisi (47.2 kJ/mol) ve Fr 2 molekülünün ayrılma entalpisidir (42.1 kJ/mol). CsFr molekülü, Cs + Fr olarak polarize edilir , bu da fransiyumun 7s alt kabuğunun, sezyumun 6s alt kabuğuna göre göreli etkilerden çok daha güçlü bir şekilde etkilendiğini gösterir. Ek olarak, fransiyum süperoksitin (FrO 2 ), fransiyumun 6p elektronlarından gelen bağlanma katkıları nedeniyle diğer alkali metal süperoksitlerin aksine önemli kovalent karaktere sahip olması beklenir.

Nükleer

Alkali metallerin ilkel izotopları
Z
Alkali metal
Kararlı
çürüme
kararsız: italik
tek-tek izotoplar pembe renkli
3 lityum 2 - 7
Li
6
Li
 
11 sodyum 1 - 23
Na
   
19 potasyum 2 1 39
K
41
K
40
K
37 rubidyum 1 1 85
Rb
87
Rb
 
55 sezyum 1 - 133
C'ler
   
87 fransiyum - - İlkel izotop yok
(223
Cum
a, radyojenık nüklit )
Radyoaktif: 40 K, t 1/2 1.25 x 10 9 yıl; 87 Rb, t 1/2 4.9 × 10 10 yıl; 223 Fr, t 1/2 22.0 dak.

Tüm alkali metallerin tek atom numaraları vardır; dolayısıyla izotopları ya tek-tek (hem proton hem de nötron sayısı tektir) ya da tek-çift ( proton sayısı tek, ancak nötron sayısı çift) olmalıdır. Tek-tek çekirdekler çift kütle numaralarına sahipken, tek-çift çekirdekler tek kütle numaralarına sahiptir. Tek-tek primordial nüklidler nadirdir çünkü çoğu tek-tek çekirdekler beta bozunmasına göre oldukça kararsızdır , çünkü bozunma ürünleri çift-çifttir ve bu nedenle nükleer eşleşme etkilerinden dolayı daha güçlü bir şekilde bağlanır .

Tek-tek çekirdeklerin çok nadir olması nedeniyle, alkali metallerin neredeyse tüm ilkel izotopları tek-çifttir (istisnalar, ışığa dayanıklı izotop lityum-6 ve uzun ömürlü radyoizotop potasyum-40'tır). Belirli bir tek kütle numarası için, yalnızca tek bir beta kararlı nüklid olabilir , çünkü çift-tek ve tek-çift arasındaki bağlanma enerjisinde çift-çift ve tek-tek arasındaki ile karşılaştırılabilir, diğer nüklidleri bırakarak bir fark yoktur. en düşük kütleli nüklide doğru beta bozunmaya karşı serbest aynı kütle numarasına ( izobarlar ) sahip . Her iki tip nükleonun tek sayıdaki kararsızlığının bir etkisi, alkali metaller gibi tek sayılı elementlerin, çift sayılı elementlerden daha az kararlı izotopa sahip olma eğiliminde olmasıdır. Yalnızca tek bir kararlı izotopa sahip 26 monoizotopik elementten biri hariç hepsinin atom numarası tektir ve biri hariç hepsinin nötron sayısı çifttir. Berilyum , düşük atom numarası nedeniyle her iki kuralın da tek istisnasıdır.

Lityum ve sezyum hariç tüm alkali metallerin en az bir doğal radyoizotopu vardır : sodyum-22 ve sodyum-24 , kozmojenik olarak üretilen eser radyoizotoplardır , potasyum-40 ve rubidyum-87 çok uzun yarı ömürlere sahiptir ve bu nedenle doğal olarak bulunurlar ve hepsi doğal olarak bulunur. francium izotopları olan radyoaktif . Doğal olarak oluşan radyoizotopları olmamasına rağmen, sezyumun da 20. yüzyılın başlarında radyoaktif olduğu düşünülüyordu. (Fransiyum o zamanlar henüz keşfedilmemişti.) Potasyumun uzun ömürlü doğal radyoizotopu olan potasyum-40, doğal potasyumun yaklaşık %0.012'sini oluşturur ve bu nedenle doğal potasyum zayıf radyoaktiftir. Bu doğal radyoaktivite, 1925'te element 87'nin (sezyumdan sonraki alkali metal) keşfinin yanlış bir iddiasının temeli oldu. Doğal rubidyum benzer şekilde hafif radyoaktiftir, %27.83'ü uzun ömürlü radyoizotop rubidyum-87'dir.

Sezyum-137 , 30.17 yıllık bir yarılanma ömrü ile iki temel biridir orta ömürlü fisyon ürünleri ile birlikte stronsiyum-90 , çoğundan sorumlu olan radyoaktivite ait nükleer yakıtın kadar soğutma birkaç yıl sonra kullanımdan birkaç yüz yıl sonrasına kadar. Çernobil kazasından kalan radyoaktivitenin çoğunu oluşturur . Sezyum-137, yüksek enerjili beta bozunmasına uğrar ve sonunda kararlı baryum-137 haline gelir . Güçlü bir gama radyasyonu yayıcısıdır. Sezyum-137 çok düşük bir nötron yakalama oranına sahiptir ve bu şekilde uygun bir şekilde bertaraf edilemez, ancak bozunmasına izin verilmelidir. Sezyum-137, hidrolojik çalışmalarda trityum kullanımına benzer şekilde izleyici olarak kullanılmıştır . Küçük miktarlarda sezyum-134 ve sezyum-137, neredeyse tüm nükleer silah testleri ve bazı nükleer kazalar , özellikle Goiânia kazası ve Çernobil felaketi sırasında çevreye salındı . 2005 itibariyle, sezyum-137, Çernobil nükleer santrali çevresindeki yabancılaşma bölgesinde başlıca radyasyon kaynağıdır . Alkali metallerden biri olarak kimyasal özellikleri, tuzlarının suda çözünürlüğünün yüksek olması nedeniyle doğada kolayca hareket etmesi ve yayılması nedeniyle kısa-orta ömürlü fisyon ürünlerinden biri olmasını sağlar. onu temel türdeşleri olan sodyum ve potasyumla karıştıran vücut.

Periyodik eğilimler

Alkali metaller, diğer herhangi bir gruptaki elementlerin birbirine olduğundan daha fazla benzerdir . Örneğin, tablodan aşağı hareket ederken, bilinen tüm alkali metaller artan atom yarıçapı , azalan elektronegatiflik , artan reaktivite ve azalan erime ve kaynama noktalarının yanı sıra füzyon ve buharlaşma ısılarını gösterir. Genel olarak, potasyumun sodyumdan daha az yoğun olması dışında, masadan aşağı hareket ederken yoğunlukları artar.

Atomik ve iyonik yarıçaplar

Bir atom elektronunda etkin nükleer yük

Alkali metallerin atom yarıçapları gruptan aşağı doğru gidildikçe artar. Koruyucu etki nedeniyle, bir atom birden fazla elektron kabuğuna sahip olduğunda , her elektron diğer elektronlardan elektriksel itmenin yanı sıra çekirdekten gelen elektriksel çekim hisseder. Alkali metallerde, nükleer yükün bir kısmı ( atom numarasına eşittir ) iç elektronlar tarafından iptal edildiğinden , en dıştaki elektron yalnızca +1 net yükü hisseder ; bir alkali metalin iç elektronlarının sayısı her zaman nükleer yükten bir eksiktir. Bu nedenle alkali metallerin atom yarıçapını etkileyen tek faktör elektron kabuklarının sayısıdır. Bu sayı grupta aşağı doğru arttığından, atom yarıçapı da grupta aşağı doğru artmalıdır.

İyonik yarıçapları alkali metallerin atom yarıçapları çok daha küçüktür. Bunun nedeni, alkali metallerin en dıştaki elektronunun , iç elektronlardan farklı bir elektron kabuğunda olması ve bu nedenle, çıkarıldığında ortaya çıkan atomun daha az elektron kabuğuna sahip olması ve daha küçük olmasıdır. Ek olarak, etkin nükleer yük artmıştır ve böylece elektronlar çekirdeğe doğru daha güçlü bir şekilde çekilir ve iyonik yarıçap azalır.

İlk iyonlaşma enerjisi

İyonlaşma enerjisi için periyodik eğilim: Her periyot alkali metaller için minimumda başlar ve soy gazlar için maksimumda biter . Öngörülen değerler, 104'ün üzerindeki öğeler için kullanılır.

Bir elementin veya molekülün ilk iyonlaşma enerjisi , en gevşek tutulan elektronu , elementin veya moleküllerin bir mol gaz atomundan elektrik yükü +1 olan bir mol gaz iyonu oluşturmak için hareket ettirmek için gereken enerjidir . İlk iyonlaşma enerjisini etkileyen faktörler, nükleer yük , iç elektronlar tarafından kalkanlama miktarı ve ana grup elementlerinde her zaman bir dış elektron olan çekirdekten en gevşek tutulan elektronun çekirdekten uzaklığıdır . İlk iki faktör, en gevşek tutulan elektronun hissettiği etkin nükleer yükü değiştirir. Alkali metallerin en dıştaki elektronu her zaman aynı etkin nükleer yükü (+1) hissettiğinden, ilk iyonlaşma enerjisini etkileyen tek faktör en dıştaki elektrondan çekirdeğe olan mesafedir. Grupta bu mesafe arttıkça en dıştaki elektron çekirdekten daha az çekim hisseder ve böylece ilk iyonlaşma enerjisi azalır. (Bu eğilim, 7s orbitalinin göreli stabilizasyonu ve büzülmesi nedeniyle fransiyumda kırılır, bu da fransiyumun değerlik elektronunu göreceli olmayan hesaplamalardan beklenenden daha fazla çekirdeğe getirir. Bu, fransiyumun en dıştaki elektronunun çekirdekten daha fazla çekim hissetmesini sağlar, artan ilk iyonlaşma enerjisi sezyumun biraz ötesindedir.)

Alkali metallerin ikinci iyonizasyon enerjisi, en gevşek tutulan ikinci elektron tamamen dolu bir elektron kabuğunun parçası olduğu ve bu nedenle çıkarılması zor olduğu için birinciden çok daha yüksektir .

reaktivite

Alkali metallerin reaktiviteleri gruptan aşağı inildikçe artar. Bu, iki faktörün bir kombinasyonunun sonucudur: alkali metallerin ilk iyonlaşma enerjileri ve atomizasyon enerjileri . Alkali metallerin ilk iyonlaşma enerjisi grubu aşağı doğru azalttığı için, en dıştaki elektronun atomdan ayrılması ve kimyasal reaksiyonlara katılması daha kolaydır , böylece grup aşağı reaktivitesi artar. Atomizasyon enerjisi , atomların yarıçapı arttıkça gruptan aşağıya düşen bir elementin metalik bağının gücünü ölçer ve bu nedenle metalik bağın uzunluğunun artması gerekir, bu da delokalize elektronları daha ağır olanın çekirdeklerinin çekiminden uzaklaştırır. alkali metaller. Atomizasyon ve birinci iyonizasyon enerjilerinin eklenmesi, bir alkali metalin başka bir madde ile reaksiyonunun aktivasyon enerjisiyle yakından ilişkili (ancak ona eşit olmayan) bir miktar verir . Bu miktar, grupta aşağı indikçe azalır ve aktivasyon enerjisi de azalır; böylece kimyasal reaksiyonlar daha hızlı gerçekleşebilir ve reaktivite gruptan aşağı doğru artar.

elektronegatiflik

Olarak Pauling'in elektronegatiflik (y-ekseni) değişimi iner ana grupta periyodik tablonun ikinci için altıncı bir süre

Elektronegatiflik, bir atomun veya fonksiyonel bir grubun elektronları (veya elektron yoğunluğunu ) kendisine çekme eğilimini tanımlayan kimyasal bir özelliktir . Arasındaki bağ ise sodyum ve klor içinde sodyum klorür olan kovalent dış elektron etkili çekirdek yükü kloru +7 ama sadece +1 sodyum olduğu için, ortak elektron çifti klor çekici olacaktır. Elektron çifti, klor atomuna o kadar yakın çekilir ki, pratik olarak klor atomuna ( iyonik bir bağ ) aktarılırlar . Bununla birlikte, eğer sodyum atomu bir lityum atomu ile değiştirilirse, lityum atomu daha küçük olduğu için elektronlar klor atomuna daha önce olduğu kadar yakın çekilmeyecektir, bu da elektron çiftini lityumdan gelen daha yakın etkili nükleer yüke daha güçlü bir şekilde çekecektir. Bu nedenle, daha büyük alkali metal atomları (grubun aşağısında), bağ çifti kendilerine daha az güçlü bir şekilde çekildiğinden daha az elektronegatif olacaktır. Daha önce de belirtildiği gibi, fransiyumun bir istisna olması bekleniyor.

Lityumun daha yüksek elektronegatifliği nedeniyle, bazı bileşikleri daha kovalent bir karaktere sahiptir. Örneğin, lityum iyodür ( Li I ) , çoğu kovalent bileşiğin bir özelliği olan organik çözücüler içinde çözülecektir . Lityum florür (Li F ) sadece bir alkali halojenür suda çözünür değildir ve lityum hidroksit (Li OH ) sadece bir alkali metal hidroksit olmayan ve nem ile eriyebilen .

Erime ve kaynama noktaları

Bir maddenin erime noktası, bu değişiklikleri nokta durumuna gelen katı madde için sıvı (sıvı halde) bir maddenin kaynama noktası noktası ise buhar basıncı , sıvının, sıvı ve sıvı çevreleyen çevre basıncına eşittir durumu gaza çevirir . Bir metal erime noktasına kadar ısıtıldığında , atomları yerinde tutan metalik bağlar zayıflar, böylece atomlar hareket edebilir ve metalik bağlar sonunda metalin kaynama noktasında tamamen kırılır. Bu nedenle alkali metallerin düşen erime ve kaynama noktaları, alkali metallerin metalik bağlarının kuvvetinin grubu aşağı doğru azalttığını gösterir. Bunun nedeni, metal atomlarının pozitif iyonlardan delokalize elektronlara doğru elektromanyetik çekim tarafından bir arada tutulmasıdır. Grupta aşağı inerken atomların boyutu arttıkça (atomik yarıçapları arttığından), iyonların çekirdekleri delokalize elektronlardan uzaklaşır ve dolayısıyla metalik bağ zayıflar, böylece metal daha kolay erir ve kaynar, böylece düşer. erime ve kaynama noktaları. (Artan nükleer yük, koruma etkisi nedeniyle ilgili bir faktör değildir.)

Yoğunluk

Alkali metallerin tümü aynı kristal yapıya sahiptir ( vücut merkezli kübik ) ve bu nedenle, yoğunluk birim başına kütle olarak tanımlandığından, belirli bir hacme sığabilecek atom sayısı ve atomlardan birinin kütlesi sadece ilgili faktörlerdir. Ses. Birinci faktör, atomun hacmine ve dolayısıyla gruptan aşağıya doğru artan atom yarıçapına bağlıdır; bu nedenle, bir alkali metal atomunun hacmi, gruptan aşağıya doğru artar. Bir alkali metal atomunun kütlesi de gruptan aşağı doğru gidildikçe artar. Bu nedenle, alkali metallerin yoğunlukları için eğilim, atom ağırlıklarına ve atom yarıçaplarına bağlıdır; bu iki faktör için rakamlar biliniyorsa, alkali metallerin yoğunlukları arasındaki oranlar hesaplanabilir. Ortaya çıkan eğilim, potasyum hariç, alkali metallerin yoğunluklarının tablonun aşağısında artmasıdır. Alkali metaller, periyotlarında tüm elementlerin en düşük atom ağırlığına ve en büyük atom yarıçapına sahip olmaları nedeniyle periyodik tablodaki en az yoğun metallerdir. Lityum, sodyum ve potasyum, periyodik tablodaki sudan daha az yoğun olan tek üç metaldir: aslında, lityum oda sıcaklığında en az yoğun olan katıdır .

Bileşikler

Alkali metaller, grup eğilimlerini iyi gösteren, genellikle karşılaşılan tüm anyonlarla eksiksiz bir dizi bileşik oluşturur. Bu bileşikler, alıcı türlere elektron kaybeden alkali metalleri içermesi ve monopozitif iyonlar oluşturması olarak tanımlanabilir. Bu açıklama en çok alkali halojenürler için doğrudur ve katyonik ve anyonik yük arttıkça ve anyon daha büyük ve daha polarize hale geldikçe daha az doğru olur. Örneğin iyonik bağ , NaCl, Na 2 O, Na 2 S, Na 3 P, Na 3 As, Na 3 Sb, Na 3 Bi, Na serileri boyunca metalik bağa yol açar .

hidroksitler

Harici video
video simgesi Açık Üniversite tarafından yürütülen alkali metallerin su ile reaksiyonları
Büyük bir turuncu-sarı patlama
3 pound (≈ 1.4 kg) sodyumun su ile reaksiyonu

Tüm alkali metaller, kuvvetli bir bazik alkali metal hidroksitin sulu bir çözeltisini üreterek ve hidrojen gazı açığa çıkararak soğuk su ile şiddetli veya patlayıcı bir şekilde reaksiyona girer . Bu reaksiyon gruptan aşağı doğru gittikçe daha şiddetli hale gelir: lityum efervesans ile istikrarlı bir şekilde reaksiyona girer , ancak sodyum ve potasyum tutuşabilir ve rubidyum ve sezyum suda batabilir ve o kadar hızlı bir şekilde hidrojen gazı üretebilir ki, suda şok dalgaları oluşur ve cam kapları parçalayabilir. Bir alkali metal suya atıldığında, iki ayrı aşamadan oluşan bir patlama meydana gelir. Metal önce su ile reaksiyona girer, sudaki hidrojen bağlarını kırar ve hidrojen gazı üretir ; bu daha reaktif ağır alkali metaller için daha hızlı gerçekleşir. İkincisi, reaksiyonun ilk kısmı tarafından üretilen ısı, genellikle hidrojen gazını tutuşturur ve çevresindeki havaya patlayıcı bir şekilde yanmasına neden olur. Bu ikincil hidrojen gazı patlaması, metalin su ile ilk reaksiyonunu (çoğunlukla su altında olma eğiliminde) değil, su kabının, gölün veya başka bir su kütlesinin üzerinde görünür alev üretir. Alkali metal hidroksitler, bilinen en temel hidroksitlerdir.

Son araştırmalar, alkali metallerin sudaki patlayıcı davranışının, yalnızca hidrojenin kendisinin hızlı oluşumundan ziyade bir Coulomb patlaması tarafından yönlendirildiğini ileri sürdü . Tüm alkali metaller su ile reaksiyonun bir parçası olarak erir. Su molekülleri, sıvı metalin çıplak metalik yüzeyini iyonize ederek pozitif yüklü bir metal yüzey ve negatif yüklü su iyonları bırakır. Yüklü metal ve su iyonları arasındaki çekim, yüzey alanını hızla artıracak ve iyonlaşmanın katlanarak artmasına neden olacaktır. Sıvı metal yüzeyindeki itme kuvvetleri, yüzey geriliminin kuvvetlerini aştığında, şiddetle patlar.

Hidroksitlerin kendileri bilinen en temel hidroksitlerdir, asitlerle reaksiyona girerek tuzlar ve alkollerle de oligomerik alkoksitler verirler . Kolayca ile reaksiyona karbon dioksit oluşturmak üzere karbonat veya bikarbonatlar , ya da hidrojen sülfidin oluşturulması için sülfürler veya bisülfürler vesaire bulunur ve ayrı için kullanılabilir tiyoller petrolden. Amfoterik oksitlerle reaksiyona girerler: örneğin, alüminyum , çinko , kalay ve kurşun oksitleri, alüminatlar, zinkatlar, stannatlar ve plumbatlar vermek üzere alkali metal hidroksitlerle reaksiyona girer. Silikon dioksit asidiktir ve bu nedenle alkali metal hidroksitler de silikat cama saldırabilir .

intermetalik bileşikler

Oda sıcaklığında sıvı NaK alaşımı

Alkali metaller birçok formu arası bileşikler birbirleriyle ve gruplardan elemanları 2 için 13 gibi farklı stoichiometries, periyodik tabloda sodyum amalgam ile civa Na da dahil olmak üzere, 5 Hg 8 ve Na 3 Hg. Bunlardan bazıları iyonik özelliklere sahiptir: Örnek olarak metallerin en elektronegatifi olan altın ile alaşımlar alınırsa, NaAu ve KAu metaliktir, ancak RbAu ve CsAu yarı iletkendir. NaK , oda sıcaklığında sıvı olduğu için çok faydalı bir sodyum ve potasyum alaşımıdır, ancak suya ve havaya karşı aşırı reaktifliği nedeniyle önlem alınması gerekir. Ötektik karışım, en -12.6 ° C erir. %41 sezyum, %47 sodyum ve %12 potasyumdan oluşan bir alaşım, herhangi bir metal veya alaşımın bilinen en düşük erime noktasına, -78 °C'ye sahiptir.

13 element grubu ile bileşikler

NaTl gibi daha ağır grup 13 elementleri ( alüminyum , galyum , indiyum ve talyum ) ile alkali metallerin intermetalik bileşikleri , önceki elementlerle normal alaşımların aksine zayıf iletkenler veya yarı iletkenlerdir ; ilgili Zintl anyonlarına bir elektron kaybetti . Bununla birlikte, 14. grup ve ötesindeki elementler ayrı anyonik kümeler oluşturma eğilimindeyken, 13. grup elementler dev iyonik kafes arasında yer alan alkali metal katyonları ile polimerik iyonlar oluşturma eğilimindedir. Örneğin, NaTl , anyonik kafes arasında Na + iyonları bulunan kovalent bir elmas kübik yapıya sahip bir polimerik anyondan (—Tl - —) n oluşur . Daha büyük alkali metaller, benzer şekilde bir anyonik kafese oturamazlar ve daha ağır grup 13 elementlerini anyonik kümeler oluşturmaya zorlama eğilimindedir.

Bor özel bir durumdur, grup 13'teki tek ametaldir. Alkali metal borürler bor bakımından zengin olma eğilimindedir, deltahedral yapılar içeren kayda değer bor-bor bağları içerir ve çok yüksek buhar basıncına sahip alkali metaller nedeniyle termal olarak kararsızdır. yüksek sıcaklıklarda. Bu, doğrudan sentezi sorunlu hale getirir, çünkü alkali metaller, 700 °C'nin altında bor ile reaksiyona girmez ve bu nedenle, bu, alkali metalin fazla olduğu kapalı kaplarda gerçekleştirilmelidir. Ayrıca, istisnai olarak bu grupta bor ile reaktivite grubu aşağı doğru azaltır: lityum 700 °C'de tamamen reaksiyona girer, ancak 900 °C'de sodyum ve 1200 °C'ye kadar potasyum reaksiyona girmez ve reaksiyon lityum için anlık, potasyum için saatler sürer. Rubidyum ve sezyum borürler bile karakterize edilmemiştir. Çeşitli faz, lib olarak bilinmektedir 10 , NaB 6 , NaB 15 ve KB 6 . Yüksek basınç altında, lityum boridlerdeki bor-bor bağı, Wade'in kurallarına uymaktan 13. grubun geri kalanı gibi Zintl anyonları oluşturmaya değişir .

14 element grubu ile bileşikler

Grafit interkalasyon bileşiği KC 8'in yan (sol) ve üst (sağ) görünümleri

Lityum ve sodyum ile reaksiyona karbon oluşturmak üzere asetilidler , Li 2 Cı- 2 Na 2 Cı- 2 , aynı zamanda, metal ile reaksiyona sokulması suretiyle elde edilebilir, asetilen . Potasyum, rubidyum ve sezyum grafit ile reaksiyona girer ; atomları vardır arakatkılanan oluşturan, altıgen grafit katmanları arasında , grafit-intercalation bileşiklerinin Formül MC 60 (koyu gri, hemen hemen siyah), MC 48 (koyu gri, hemen hemen siyah), MC 36 (mavi), MC 24 (çelik mavi) ve MC 8 (bronz) (M = K, Rb veya Cs). Bu bileşikler, alkali metal valans elektron (grafit katmanları aktarılır düşündüren, daha fazla sayıda elektrik üzerinde saf, grafit daha iletken 200 kat, örneğin E+
C-
8
). KC 8'in ısıtılması üzerine , potasyum atomlarının eliminasyonu, sırayla KC 24 , KC 36 , KC 48 ve son olarak KC 60'a dönüşümle sonuçlanır . KC 8 çok güçlü bir indirgeyici ajandır ve piroforiktir ve su ile temas ettiğinde patlar. Daha büyük alkali metaller (K, Rb, Cs) ilk olarak MC formu da 8 , daha küçük olanlar, ilk MC oluşturmak 6 , ve gerçekten de oluşturmak üzere, 500 ° C civarındaki yüksek sıcaklıklarda grafit ile metallerin reaksiyon gerektirir. Bunun dışında, alkali metaller bile azaltabilir gibi güçlü indirgeyici maddeler Buckminsterfulleren katı üretmek üzere fullerides M n Cı- 60 ; sodyum, potasyum, rubidyum ve sezyum, n = 2, 3, 4 veya 6 olduğunda fulleritler oluşturabilir ve rubidyum ve sezyum ek olarak n = 1'e ulaşabilir .

Alkali metaller karbon grubundaki daha ağır elementlerle ( silikon , germanyum , kalay ve kurşun ) reaksiyona girdiğinde, silisitler M 4 Si 4 (M = K, Rb veya kurşun ) gibi kafes benzeri yapılara sahip iyonik maddeler oluşur. Cs), M + ve tetrahedral Si içeren4−
4
iyonlar. Germenit iyonu
Ge 4− ve Ge gibi diğer küme ( Zintl ) iyonlarını içeren alkali metal germanitlerin kimyası2−
4
, Ge4−
9
, Ge2−
9
, ve [(Ge 9 ) 2 ] 6− , büyük ölçüde karşılık gelen silisitlerinkine benzer. Alkali metal stanitler çoğunlukla
iyoniktir , bazen stannid iyonu ( Sn 4− ) ve bazen Sn gibi daha karmaşık Zintl iyonları ile birlikte bulunur.4−
9
tetrapotasyum nonastannide (K 4 Sn 9 ) içinde bulunan . Tek atomlu plumbide iyonu ( Pb 4- ) bilinmemektedir, ve gerçekten de oluşumu enerji açısından uygun olmayan olduğu tahmin edilen; alkali metal tesisatlar,
Pb gibi karmaşık Zintl iyonlarına sahiptir.4−
9
. Bu alkali metal germanitler, stanitler ve şaküller, sıvı amonyak içinde germanyum, kalay ve kurşunun sodyum metali ile indirgenmesiyle üretilebilir.

Nitrürler ve pirititler

Birim hücre top ve sopa modeli içinde lityum nitrür . Boyut temelinde dört yüzlü bir yapı beklenebilir, ancak bu geometrik olarak imkansız olurdu: böylece lityum nitrür bu eşsiz kristal yapıyı alır.

Lityum, alkali metallerin hafif ile reaksiyona girerek tek bir alkali metaldir , nitrojen ile standart koşullar da, ve nitrür yalnızca stabil alkali metal nitriddir. Azot bir bir reaktif olmayan güçlü kırılma nedeniyle gaz üçlü bağ olarak diazot molekülü (K 2 ) çok fazla enerji gerektirir. Bir alkali metal nitrit oluşması (M oluşturucu, alkali metal iyonizasyon enerjisi tüketir + iyonları), enerji N üçlü bağı kırmak için gerekli 2 ve N oluşumunu 3- serbest iyonları ve tüm enerji alkali metal nitrürün oluşumu, alkali metal nitrürün kafes enerjisindendir . Kafes enerjisi, küçük, yüksek yüklü iyonlarla maksimize edilir; alkali metaller yüksek yüklü iyonlar oluşturmazlar, yalnızca +1 yüklü iyonlar oluştururlar, bu nedenle yalnızca en küçük alkali metal olan lityum, lityum nitrür oluşturan azot ile ekzotermik reaksiyonu yapmak için yeterli kafes enerjisi serbest bırakabilir . Diğer alkali metallerin nitrojen ile reaksiyonları yeterli kafes enerjisi açığa çıkarmaz ve bu nedenle endotermik olur , bu nedenle standart koşullarda nitrür oluşturmazlar. Sodyum nitrür (Na 3 N) ve potasyum nitrür (K 3 N) var olduklarında son derece kararsızdırlar, kendilerini oluşturan elementlere geri dönmeye eğilimlidirler ve standart koşullarda elementlerin birbirleriyle reaksiyona girmesiyle üretilemezler. Sterik engel, rubidyum veya sezyum nitrürün varlığını yasaklar. Bununla birlikte, sodyum ve potasyum , doğrusal N içeren renksiz azid tuzları oluşturur.-
3
anyon; alkali metal katyonlarının büyük boyutu nedeniyle, bozunmadan önce eriyebilecek kadar termal olarak kararlıdırlar.

Tüm alkali metaller ile kolayca reaksiyona fosfor ve arsenik , formül M form fosfidler ve arsenidler için 3 (M bir alkali metali temsil eder ve Pn eşittir bir Pn azot grubu - fosfor, arsenik, antimon veya bizmut ). Bunun nedeni, P3− ve As 3− iyonlarının daha büyük boyutudur , bu nedenle tuzların oluşması için daha az kafes enerjisinin serbest bırakılması gerekir. Bunlar alkali metallerin tek fosfitleri ve arsenitleri değildir: örneğin potasyum, K 3 P, K 4 P 3 , K 5 P 4 , KP, K 4 P 6 , K 3 P 7 formülleriyle bilinen dokuz farklı fosfide sahiptir. , K 3 P 11 , KP 10.3 ve KP 15 . Çoğu metal arsenit oluştururken, yalnızca alkali ve toprak alkali metaller çoğunlukla iyonik arsenit oluşturur. Na yapısı 3 As sodyum metal içinde daha kısa olan 328-330 um aşırı derecede kısa Na-Na mesafeleriyle karmaşıktır ve bu da, bu elektropozitif metallerle bağlama tarafından kolay iyonik olamayacağını gösterir. Diğer alkali metal arsenürler M formül uygun olmayan 3 Bazı varlığını gösteren bir metalik bir parlaklık ve elektrik iletkenliğe sahip olacak lias olarak de bilinmektedir, metalik bağ . Antimonitler olarak kararsız ve reaktif olan Sb 3- iyon kuvvetli bir indirgeyici madde olduğu; bunların asitlerle reaksiyonu zehirli ve kararsız gaz stibinini (SbH 3 ) oluşturur. Aslında, bazı metalik özelliklere sahiptirler ve stokiyometri MSb'nin alkali metal antimonidleri, spiral bir Zintl yapısında bağlanmış antimon atomlarını içerir. Bizmutitler bile tamamen iyonik değildir; bunlar arası bileşikler kısmen metalik ve kısmen de iyonik bağı, ör.

Oksitler ve kalkojenitler

Top ve çubuk diyagramı, birbirine bir yüzle bağlı olan iki normal oktahedrayı göstermektedir.  Yapının dokuz köşesinin tamamı rubidyumu temsil eden mor kürelerdir ve her oktahedronun merkezinde oksijeni temsil eden küçük kırmızı bir küre bulunur.
Rb
9
Ö
2
Bir yüzle birbirine bağlı iki düzenli oktahedradan oluşan küme
Top ve çubuk diyagramı, her bir oktahedronun diğer ikisine birer yüz ile bağlı olduğu üç normal oktahedrayı göstermektedir.  Üç oktahedranın hepsinin ortak bir kenarı vardır.  Yapının tüm on bir köşesi sezyumu temsil eden mor kürelerdir ve her oktahedronun merkezinde oksijeni temsil eden küçük kırmızı bir küre bulunur.
C'ler
11
Ö
3
Her bir oktahedronun her ikisine birer yüzle bağlı olduğu üç düzenli oktahedradan oluşan küme. Üç oktahedranın hepsinin ortak bir kenarı vardır.

Tüm alkali metaller , standart koşullarda oksijen ile kuvvetli bir şekilde reaksiyona girer . Basit oksitler ( O2− iyonu içeren ), peroksitler ( O2 içeren ) gibi çeşitli oksit türleri oluştururlar.2−
2
iki oksijen atomu arasında tek bir bağın olduğu iyon ), süperoksitler ( O-
2
iyon) ve diğerleri. Lityum havada yanar ve lityum oksit oluşturur , ancak sodyum oksijenle reaksiyona girerek sodyum oksit ve sodyum peroksit karışımı oluşturur . Potasyum, potasyum peroksit ve potasyum süperoksitin bir karışımını oluştururken , rubidyum ve sezyum yalnızca süperoksiti oluşturur. Grupta aşağı doğru indikçe reaktiflikleri artar: lityum, sodyum ve potasyum sadece havada yanarken, rubidyum ve sezyum piroforiktir (kendiliğinden havada
tutuşur ).

Daha küçük alkali metaller, küçük boyutlarından dolayı daha büyük anyonları (peroksit ve süperoksit) polarize etme eğilimindedir. Bu, daha karmaşık anyonlardaki elektronları, bir oksit iyonu ve bir oksijen atomu oluşturan kurucu oksijen atomlarından birine doğru çeker. Bu, lityumun yalnızca oda sıcaklığında oksijen ile reaksiyona girerek oksit oluşturmasına neden olur. Bu etki, daha büyük sodyum ve potasyum için büyük ölçüde zayıflar ve daha az kararlı peroksitler oluşturmalarına izin verir. Grubun altında yer alan rubidyum ve sezyum o kadar büyüktür ki en az kararlı süperoksitler bile oluşabilir. Süperoksit oluştuğunda en fazla enerjiyi serbest bıraktığından, süperoksit tercihen daha karmaşık anyonların polarize olmadığı daha büyük alkali metaller için oluşturulur. (Bu alkali metaller için oksitler ve peroksitler mevcuttur, ancak standart koşullarda metalin oksijenle doğrudan reaksiyona girmesiyle oluşmazlar.) Ek olarak, Li + ve O 2− iyonlarının küçük boyutu, kararlı bir oluşum oluşturmalarına katkıda bulunur. iyonik kafes yapısı. Ancak kontrollü koşullar altında, fransiyum hariç tüm alkali metallerin oksitlerini, peroksitlerini ve süperoksitlerini oluşturduğu bilinmektedir. Alkali metal peroksitler ve süperoksitler güçlü oksitleyici ajanlardır . Sodyum peroksit ve potasyum süperoksit , denizaltı hava temizleyicilerinde kullanılmalarını sağlayan alkali metal karbonat ve oksijen gazını oluşturmak için karbondioksit ile reaksiyona girer ; Nefeste doğal olarak bulunan su buharının varlığı, potasyum süperoksit tarafından karbondioksitin uzaklaştırılmasını daha da verimli hale getirir. Lityum hariç tüm stabil alkali metaller kırmızı oluşturabilen ozonitler (MO 3 ile toz haline getirilmiş susuz hidroksit düşük sıcaklıkta reaksiyon yoluyla) ozon : ozonitler sonra sıvı kullanılarak ekstre edilebilir amonyak . Standart koşullarda yavaş yavaş süperoksitlere ve oksijene ayrışırlar ve su ile temas ettiklerinde hemen hidroksitlere hidrolize olurlar. Potasyum, rubidyum ve sezyum da seskioksitler M 2 O 3 oluşturur , bunlar daha iyi peroksit disüperoksitler olarak kabul edilebilir [(M+
)
4
2−
2
)(Ö-
2
)
2
]
.

Rubidyum ve sezyum, +1'in altındaki formal oksidasyon durumlarında metallerle çok çeşitli altoksitler oluşturabilir. Rubidyum, Rb oluşturabilirler 6 O ve Rb, 9 O 2 gibi ozonidin olarak sesyum formları oksitlerin çok büyük bir çeşitlilik STK iken, hava (bakır renkli) üzerine oksidasyon 3 ve çeşitli parlak renkli oksidili örneğin Cs olarak, 7 O (bronz) , Cs 4 O (kırmızı-mor), Cs 11 O 3 (mor), Cs 3 O (koyu yeşil), CsO, Cs 3 O 2 , ayrıca Cs 7 O 2 . Bu son Cs oluşturmak için vakum altında ısıtılabilir 2 O.

Alkali metaller ayrıca daha ağır kalkojenlerle ( kükürt , selenyum , tellür ve polonyum ) benzer şekilde reaksiyona girebilir ve tüm alkali metal kalkojenitler bilinmektedir (fransiyum hariç). Kalkojen fazlalığı ile reaksiyon, benzer şekilde, söz konusu kalkojen atomlarının zincirlerini içeren kalkojen iyonları ile daha düşük kalkojenitlerle sonuçlanabilir. Örneğin, sodyum oluşturmak üzere sülfür ile reaksiyona girebilen sülfid ( Na 2 S ) ve çeşitli polisülfitlerdir Na formülüne sahip 2 S x ( X içeren, 2 ila 6) S2−
x
iyonlar. Se 2− ve Te 2− iyonlarının bazlığı nedeniyle , alkali metal selenitler ve tellürler çözeltide alkalidir; Selenyum ve tellür ile doğrudan reaksiyona girdiğinde, selenitler ve Se ile tellürler ile birlikte alkali metal poliselenitler ve politellüridler oluşur.2−
x
ve Te2−
x
iyonlar. Doğrudan sıvı amonyak içindeki elementlerden veya hava bulunmadığında elde edilebilirler ve havayı hızla selenyum veya tellüre oksitleyen renksiz, suda çözünür bileşiklerdir. Alkali metal polonidlerin tümü Po 2− iyonu içeren iyonik bileşiklerdir ; kimyasal olarak çok kararlıdırlar ve 300–400 °C civarında elementlerin doğrudan reaksiyonu ile üretilebilirler.

Halidler, hidritler ve psödohalojenürler

Alkali metaller , periyodik tablodaki en elektropozitif elementler arasındadır ve bu nedenle, periyodik tablodaki en elektronegatif elementlere, halojenlere ( flor , klor , brom , iyot ve astatin ) iyonik olarak bağlanma eğilimindedir ve alkali olarak bilinen tuzları oluşturur. metal halojenürler. Reaksiyon çok kuvvetlidir ve bazen patlamalara neden olabilir. Tüm yirmi kararlı alkali metal halojenür bilinmektedir; kararsız olanlar, astatin ve fransiyumun büyük kararsızlığı ve nadirliği nedeniyle sodyum astatid dışında bilinmemektedir. Yirmi tanesinin en bilineni kesinlikle sodyum klorürdür , aksi takdirde adi tuz olarak da bilinir. Tüm kararlı alkali metal halojenürler, M'nin bir alkali metal ve X'in bir halojen olduğu MX formülüne sahiptir. Hepsi yüksek erime noktalarına sahip beyaz iyonik kristal katılardır. Çok yüksek kafes entalpisi nedeniyle suda çözünmeyen lityum florür (LiF) hariç tüm alkali metal halojenürler suda çözünür . Lityum florürün yüksek kafes entalpisi, Li + ve F iyonlarının küçük boyutları nedeniyle aralarındaki elektrostatik etkileşimlerin güçlü olmasına neden olur : benzer bir etki, lityum ve magnezyum arasındaki diyagonal ilişki ile tutarlı olarak magnezyum florür için meydana gelir .

Alkali metaller ayrıca hidrojen ile benzer şekilde reaksiyona girerek hidrit anyonunun bir psödohalojenür gibi davrandığı iyonik alkali metal hidritleri oluşturur : bunlar genellikle indirgeyici maddeler olarak kullanılır, hidrürler, kompleks metal hidritler veya hidrojen gazı üretir. Diğer psödohalojenürler de bilinmektedir, özellikle siyanürler . Bunlar , siyanür iyonlarının serbestçe dönebileceğini gösteren lityum siyanür hariç ilgili halojenürlere göre yapısaldır . Na olarak üçlü bir alkali metal halid oksitler, 3 ClO K 3 (sarı) bro Na 4 Br 2 , O, Na 4 I 2 , O ve K 4 Br 2 , O, aynı zamanda bilinmektedir. Rubidyum ve sezyumunkiler bu aşırı büyük katyonların zayıf polarize edici gücü ile büyük ölçüde stabilize olmasına rağmen, polihalojenürler oldukça kararsızdır.

koordinasyon kompleksleri

18-taç-6 bir potasyum iyonunu koordine eder
Bir potasyum katyonunu (mor) içine alan 2.2.2-Cryptand'ın yapısı . Bir X-ışını kırınımı ile elde edilen kristal halde.

Alkali metal katyonları , sadece +1'lik düşük yükleri ve nispeten büyük boyutlarından dolayı genellikle basit Lewis bazları ile koordinasyon kompleksleri oluşturmazlar ; bu nedenle Li + iyonu çoğu kompleksi oluşturur ve daha ağır alkali metal iyonları daha az ve daha az oluşturur (zayıf kompleksler için istisnalar olsa da). Tercih edilen mod oktahedral heksakoordinasyon olmasına rağmen , özellikle lityum , 1'den 12'ye kadar koordinasyon sayıları sergilediği çok zengin bir koordinasyon kimyasına sahiptir . Olarak sulu çözelti , alkali metal iyonları oktahedral heksahidrat kompleksleri gibi ana kadar ([M (H 2 O) 6 )] + ), lityum iyonu dışında, küçük boyutları formları nedeniyle yüzlü tetrahidrat kompleksleri ([Li (lH ile 2 O) 4 ) ] + ); alkali metaller bu kompleksleri oluştururlar çünkü iyonları elektrostatik çekim kuvvetleri tarafından polar su moleküllerine çekilir. Bu nedenle alkali metal katyonları içeren susuz tuzlar genellikle kurutucu olarak kullanılır . Alkali metaller ayrıca taç eterler (örneğin Li + için 12-taç-4 , Na + için 15-taç-5 , K + için 18-taç-6 ve Rb + için 21-taç-7 ) ve kriptanlarla kolayca kompleksler oluşturur. elektrostatik çekim nedeniyle.

Amonyak çözümleri

Alkali metaller, sıvı yavaşça eriyen amonyak solvat metal katyon M amonyaklı çözeltiler oluşturan + ve solvatlı elektron e - , hidrojen gazı oluşturmak üzere reaksiyona giren bir alkali metal amid (MNH 2 M bir alkali metali temsil eder): Bu ilk 1809'da Humphry Davy tarafından not edildi ve 1864'te W. Weyl tarafından yeniden keşfedildi. İşlem bir katalizör tarafından hızlandırılabilir . Benzer çözeltiler, ağır iki değerlikli toprak alkali metaller kalsiyum , stronsiyum , baryum ve ayrıca iki değerlikli lantanitler , öropyum ve iterbiyum tarafından oluşturulur . Amit tuzu oldukça çözünmezdir ve çözeltiden kolayca çökelerek alkali metallerin yoğun renkli amonyak çözeltilerini bırakır. 1907'de Charles Krause, rengi , bu çözeltilerin yüksek elektrik iletkenliğine katkıda bulunan solvatlanmış elektronların varlığına bağlı olarak tanımladı . Düşük konsantrasyonlarda (3 M'nin altında), çözelti koyu mavidir ve sulu sodyum klorürün iletkenliğinin on katıdır ; daha yüksek konsantrasyonlarda (3 M'nin üzerinde), çözelti bakır rengindedir ve yaklaşık olarak cıva gibi sıvı metallerin iletkenliğine sahiptir . Alkali metal amid tuzu ve solvatlanmış elektronlara ek olarak, bu tür amonyak çözeltileri ayrıca alkali metal katyonu (M + ), nötr alkali metal atomu (M), iki atomlu alkali metal molekülleri (M 2 ) ve alkali metal anyonları (M -) içerir. ). Bunlar kararsızdır ve sonunda termodinamik olarak daha kararlı alkali metal amid ve hidrojen gazı haline gelir. Solvatlanmış elektronlar güçlü indirgeyici ajanlardır ve genellikle kimyasal sentezde kullanılırlar.

organometalik

organolityum

Oktahedral yapısı , n -butillityum heksamer, (Cı- 4 lH 9 Li) 6 . Agregalar, lityum ile bütil zincirinin terminal karbonu arasındaki delokalize kovalent bağlarla bir arada tutulur. Herhangi bir organolityum bileşiğinde doğrudan lityum-lityum bağı yoktur.
Katı fenillityum formları monoklinik kristalleri dimerik Li oluşan olarak tanımlanabilir 2 ( Cı- 6 , H 5 ) 2 alt birimleri. Fenil halkalarının lityum atomları ve ipso karbonları, düzlemsel dört üyeli bir halka oluşturur. Fenil grubu düzlemi bu Li düzlemine dikey olan 22 halka. Bu fenillityum dimerleri ile bitişik dimerlerdeki fenil gruplarının π elektronları arasında ilave güçlü moleküller arası bağ oluşur ve bu da sonsuz bir polimerik merdiven yapısı ile sonuçlanır.

En küçük alkali metal olan lityum , kovalent olarak bağlanan en geniş çeşitlilikte ve en kararlı organometalik bileşikleri oluşturur. Organolityum bileşikleri elektriksel olarak iletken olmayan uçucu katılar veya düşük sıcaklıklarda eriyen sıvılardır ve R'nin organik grup olduğu (RLi) x yapısı ile oligomerler oluşturma eğilimi gösterirler . Lityum'un elektropozitif doğası , bağın yük yoğunluğunun çoğunu karbon atomu üzerine koyarak etkin bir şekilde bir karbanyon oluşturduğundan , organolityum bileşikleri son derece güçlü bazlar ve nükleofillerdir . Baz olarak kullanım için, bütillityumlar sıklıkla kullanılır ve ticari olarak temin edilebilir. Bir organolityum bileşiği örneği, metillityum ((CH 3 Li) x tetramerik (var), X = 4, dört yüzlü) ve heksamerik ( x = 6, oktahedral) oluşturur. Organolityum bileşikleri, özellikle n -butillityum, lityumun Grignard reaksiyonunda önemli bir rol oynayan magnezyum ile diyagonal ilişkisi göz önüne alındığında beklenebileceği gibi, organik sentezde faydalı reaktiflerdir . Örneğin alkillityumlar ve arillityumlar, metal karbonillerle reaksiyon yoluyla aldehitleri ve ketonları sentezlemek için kullanılabilir . Nikel tetrakarbonil ile reaksiyon , örneğin, kararsız bir asil nikel karbonil kompleksi içinden ilerler ve bu daha sonra istenen aldehit ( elektrofil olarak H + kullanılarak ) veya keton (bir alkil halojenür kullanılarak) ürünü vermek üzere elektrofilik ikameye tabi tutulur .

LiR + [Ni(CO) 4 ]-CO Li + [RCONi(CO) 3 ] -
Li + [RCONi(CO) 3 ] - H +çözücüLi + + RCHO + [(çözücü)Ni(CO) 3 ]
Li + [RCONi(CO) 3 ] - R'BrçözücüLi + + R'COR + [(çözücü)Ni(CO) 3 ]

Alkillityumlar ve arillityumlar ayrıca aldehitler ve ketonlar ve karbon monoksit ile reaksiyona girerek simetrik ketonlar vermek üzere N , N- disübstitüe edilmiş amidler ile reaksiyona girebilir . Bir β-hidrojeni ortadan kaldırmak için termal olarak ayrışırlar, alkenler ve lityum hidrit üretirler : başka bir yol, eterlerin güçlü bazlar olarak hareket eden alkil- ve arillityumlarla reaksiyonudur . Polar olmayan çözücüler içerisinde, aryllithiums aromatik karbon dioksit dönerek onlar etkili olan karboniyonların olarak reaksiyona karboksilik asitlerin (ArCO 2 tersiyer karbinoller (Arl H) ve aril-ketonlar 2 , C (Ar) OH). Son olarak, metal-halojen değişimi yoluyla diğer organometalik bileşikleri sentezlemek için kullanılabilirler.

Daha ağır alkali metaller

Organolityum bileşiklerinin aksine, daha ağır alkali metallerin organometalik bileşikleri ağırlıklı olarak iyoniktir. Organosodyum bileşiklerinin kimyadaki uygulaması, kısmen ticari olarak temin edilebilen ve daha uygun reaktivite sergileyen organolityum bileşikleriyle rekabet nedeniyle sınırlıdır . Ticari öneme sahip başlıca organosodyum bileşiği, sodyum siklopentadieniddir . Sodyum tetrafenilborat , katı halde sodyum aril gruplarına bağlı olduğu için bir organosodyum bileşiği olarak da sınıflandırılabilir. Daha yüksek alkali metallerin organometalik bileşikleri, organosodyum bileşiklerinden bile daha reaktiftir ve sınırlı yarar sağlar. Kayda değer bir reaktif, n -bütillityum ve potasyum tert - bütoksidin bir karışımı olan Schlosser bazıdır . This reaktif reaksiyona girer propen bileşiği oluşturmak üzere allylpotassium (KCH 2 CHCH 2 ). cis -2-Buten ve trans -2-buten , alkali metallerle temas ettiğinde dengelenir. Lityum ve sodyum ile izomerizasyon hızlı iken , daha ağır alkali metaller ile yavaştır. Daha ağır alkali metaller de sterik olarak tıkanmış yapıyı destekler. Organopotasyum bileşiklerinin birkaç kristal yapısı rapor edilmiş olup, bunların sodyum bileşikleri gibi polimerik oldukları tespit edilmiştir. Organosodyum, organopotasyum, organorubidyum ve organosezyum bileşiklerinin tümü çoğunlukla iyoniktir ve polar olmayan çözücülerde çözünmezler (veya hemen hemen öyle).

Sodyum ve potasyumun alkil ve aril türevleri hava ile reaksiyona girme eğilimindedir. Alkoksitler üreten eterlerin bölünmesine neden olurlar . Alkillityum bileşiklerinin aksine, alkilsodyumlar ve alkilpotasyumlar, metalleri alkil halojenürlerle reaksiyona sokarak yapılamaz, çünkü Wurtz eşleşmesi oluşur:

RM + R'X → R–R' + MX

Bu nedenle, alkilciva bileşiklerini, inert hidrokarbon çözücüler içinde sodyum veya potasyum metali ile reaksiyona sokarak yapılmaları gerekir . Metilsodyum, metillityum gibi tetramerler oluştururken, metilpotasyum daha iyoniktir ve ayrı metil anyonları ve potasyum katyonları ile nikel arsenit yapısına sahiptir.

Alkali metaller ve bunların hidritleri , tuzları vermek üzere, örneğin siklopentadienler ve terminal alkinler gibi asidik hidrokarbonlar ile reaksiyona girer . En yaygın olanı tetrahidrofuran olan sıvı amonyak, eter veya hidrokarbon çözücüler kullanılır . Bu bileşiklerin en önemli olan sodyum siklopentadien , NaCl 5 , H 5 , bir çok geçiş metali siklopentadienil türevleri önemli bir ön-madde. Benzer şekilde, alkali metaller , alkali metal siklooktatetraenidleri vermek üzere tetrahidrofuran içinde siklooktatetraen ile reaksiyona girer ; örneğin dipotasyum cyclooctatetraenide (K 2 Cı- 8 , H 8 ) gibi bir çok metal siklooktatetraenıl türevleri, önemli bir öncüsüdür uranocene . Büyük ve çok zayıf polarize olan alkali metal katyonları, güçlü bir indirgeme maddesi olan koyu yeşil sodyum naftalenid , Na + [C 10 H 8 •] gibi büyük, aromatik, polarize olabilen radikal anyonları stabilize edebilir .

Alkali metallerin temsili reaksiyonları

Oksijen ile reaksiyon

Oksijenle reaksiyona giren alkali metaller oksitler , peroksitler , süperoksitler ve altoksitler oluşturur . Ancak, ilk üçü daha yaygındır. Aşağıdaki tablo, oksijen ile reaksiyonda oluşan bileşik türlerini göstermektedir. Parantez içindeki bileşik, küçük yanma ürününü temsil eder.

Alkali metal Oksit Peroksit Süperoksit
Li Li 2 O (Li 2 O 2 )
Na (Na 2 O) Na 2 O 2
K KO 2
Rb RBO 2
C'ler CsO 2

Alkali metal peroksitler suda kararsız olan iyonik bileşiklerdir. Peroksit anyonu katyona zayıf bir şekilde bağlanır ve hidrolize olur ve daha güçlü kovalent bağlar oluşturur.

Na 2 O 2 + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 O 2

Diğer oksijen bileşikleri de suda kararsızdır.

2KO 2 + 2H 2 O → 2KOH + H 2 O 2 + O 2
Li 2 O + H 2 O → 2LiOH

Kükürt ile reaksiyon

Sülfür ile sülfür ve polisülfit oluştururlar.

2Na + 1/8S 8 → Na 2 S + 1/8S 8 → Na 2 S 2 ...Na 2 S 7

Alkali metal sülfürler, esasen zayıf bir asit ve güçlü bir bazın tuzları olduklarından, bazik çözeltiler oluştururlar.

S 2- + H 2 O → HS + HO
HS + H 2 O → H 2 S + HO

Azot ile reaksiyon

Lityum, oda sıcaklığında doğrudan nitrojen ile birleşen tek metaldir.

3LI + 1 / 3N 2 → Li 3 K

Li 3 N, amonyağı serbest bırakmak için su ile reaksiyona girebilir.

Li 3 N + 3H 2 O → 3LiOH + NH 3

hidrojen ile reaksiyon

Hidrojen ile alkali metaller, suda hidrolize olan tuzlu hidritler oluşturur.

Na + H 2 → NaH (yüksek sıcaklıklarda)
NaH + H 2 O → NaOH + H 2

Karbon ile reaksiyon

Lityum, dilityum asetilid vermek için doğrudan karbon ile reaksiyona giren tek metaldir. Na ve K asetilen ile reaksiyona girerek asetilitler verebilir.

2Li + 2C → Li 22
Na + C 2 H 2 → NaC 2 H + 1/2H 2 (150 0 C'de)
Na + NaC 2 H → Na 2 C 2 (220 0 C'de)

Su ile reaksiyon

Su ile reaksiyona girerek hidroksit iyonları ve hidrojen gazı üretirler . Bu reaksiyon kuvvetli ve yüksek derecede ekzotermiktir ve ortaya çıkan hidrojen havada tutuşabilir ve hatta Rb ve Cs durumunda patlayabilir.

Na + H 2 O → NaOH + 1/2H 2

Diğer tuzlarla reaksiyon

Alkali metaller çok iyi indirgeyici maddelerdir. Daha az elektropozitif olan metal katyonlarını azaltabilirler. Titanyum , endüstriyel olarak titanyum tetraklorürün 400 0 C'de Na ile indirgenmesiyle üretilir ( van Arkel-de Boer işlemi ).

TiCU 4 + 4Na → 4NaCl + Ti

Organohalojenür bileşikleri ile reaksiyon

Alkali metaller, Wurtz reaksiyonu yoluyla hidrokarbon üretmek için halojen türevleri ile reaksiyona girer .

2CH 3 -Cl + 2Na → H 3 C-CH 3 + 2NaCl

Sıvı amonyak içindeki alkali metaller

Alkali metaller, sıvı amonyak veya alifatik aminler veya heksametilfosforamid gibi diğer donör solventlerde çözülerek mavi çözeltiler verir. Bu çözeltilerin serbest elektronlar içerdiğine inanılmaktadır.

Na + xNH 3 → Na + + e(NH 3 ) x

Solvatlanmış elektronların varlığı nedeniyle , bu çözeltiler organik sentezde kullanılan çok güçlü indirgeyici ajanlardır.

Sıvı amonyak içinde sodyum kullanılarak indirgeme reaksiyonları

Reaksiyon 1) Huş ağacı redüksiyonu olarak bilinir . Bu çözümler tarafından gerçekleştirilebilecek diğer indirimler şunlardır:

S 8 + 2e → S 8 2-
Fe(CO) 5 + 2e → Fe(CO) 4 2- + CO

Uzantılar

Ampirik (Na-Ca, Mg-Ra) ve tahmin edilen (Cu-UHP UBN-Ahh) alkali ve toprak alkali metallerin atomik yarıçapı üçüncü için dokuzuncu süre ölçülür, angstrom

Fransiyum keşfedilen en ağır alkali metal olmasına rağmen, varsayımsal ağır alkali metallerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini öngören bazı teorik çalışmalar yapılmıştır. İlk periyot 8 elementi olan, keşfedilmemiş element ununennium'un (element 119) fransiyumdan sonraki alkali metal olduğu ve daha hafif türdeşleri gibi davrandığı tahmin edilmektedir ; ancak bazı özelliklerde daha hafif alkali metallerden farklı olacağı da tahmin edilmektedir. Kimyasının sezyum veya fransiyum yerine potasyum veya rubidyuma daha yakın olduğu tahmin edilmektedir. Periyodik eğilimler , göreli etkilerin göz ardı edilmesi, ununenyumun sezyum ve fransiyumdan bile daha reaktif olacağını tahmin edeceğinden, bu alışılmadık bir durumdur . Bu düşük reaktivite , ununenyumun değerlik elektronunun göreli stabilizasyonundan, ununenyumun ilk iyonlaşma enerjisini arttırmasından ve metalik ve iyonik yarıçapları azaltmasından kaynaklanır ; bu etki francium için zaten görülüyor. Bu, ununenyumun kimyasal olarak bir alkali metal gibi davranacağını varsayar; bu, muhtemel olsa da, göreceli etkilerden dolayı doğru olmayabilir. 8s orbitalinin göreli stabilizasyonu aynı zamanda ununenyumun elektron afinitesini sezyum ve fransiyumun çok ötesinde artırır ; gerçekten de, ununenyumun, kendisinden daha hafif olan tüm alkali metallerden daha yüksek bir elektron afinitesine sahip olması beklenir. Göreli etkileri de çok büyük bir düşüşe neden polarisability ununennium arasında. Öte yandan, ununenyumun, 0 °C ile 30 °C arasında bir erime noktasına sahip olması beklenirken, grupta aşağı doğru azalan erime noktaları eğilimini sürdüreceği tahmin edilmektedir.

Alkali metallerin üçüncü periyottan sekizinci periyoda kadar ampirik (Na–Fr) ve tahmin edilen (Uue) elektron afinitesi, elektron volt olarak ölçülür

Ununennium en valans elektron stabilizasyonu ve orbital neden atom yarıçapı 240 düşürdü 8s küçülme  pm çok yakın rubidyum (247 pm) 'dekine, yani +1 oksidasyon halinde ununennium kimyası olmalıdır fransiyumdan çok rubidyum kimyasına benzer. Öte yandan, Uue + iyonunun iyon yarıçapının Rb + ' nınkinden daha büyük olduğu tahmin edilmektedir , çünkü 7p orbitalleri kararsızdır ve bu nedenle alt kabukların p-orbitallerinden daha büyüktür. Ununennium , diğer alkali metallerin özelliği olan ve aynı zamanda bilinen tüm alkali metallerin ana oksidasyon durumu olan +1 oksidasyon durumuna ek olarak, başka hiçbir alkali metalde görülmeyen +3 oksidasyon durumunu da gösterebilir : bunun nedeni 7p 3/2 spinorun kararsızlaşması ve genişlemesidir , bu da en dıştaki elektronlarının aksi takdirde beklenenden daha düşük bir iyonlaşma enerjisine sahip olmasına neden olur. Aslında, birçok ununenyum bileşiğinin , 7p 3/2 elektronlarının bağa dahil olması nedeniyle büyük bir kovalent karaktere sahip olması beklenir .

Alkali ve toprak alkali metallerin üçüncü periyottan dokuzuncu periyoda kadar ampirik (Na–Fr, Mg–Ra) ve tahmin edilen (Uue–Uhp, Ubn–Uhh) iyonlaşma enerjisi, elektron volt olarak ölçülür

Ununenyumun ötesinde alkali metallerin özelliklerini tahmin etmek için çok fazla çalışma yapılmamıştır. Periyodik tablonun basit bir ekstrapolasyonu ( aufbau ilkesine göre ) 169 elementini, unhexennium'u ununenniumun altına koysa da, Dirac-Fock hesaplamaları, ununenniumdan sonra alkali metal benzeri özelliklere sahip bir sonraki elementin, element 165, unhexentium olabileceğini öngörür. elektron konfigürasyonuna sahip olduğu tahmin edilmektedir [Og] 5g 18 6f 14 7d 10 8s 2 8p 1/2 2 9s 1 . Bu element, bir alkali metal ile bir grup 11 elementi arasındaki özelliklerde orta düzeyde olacaktır ve fiziksel ve atomik özellikleri birincisine daha yakın olurken, kimyası ikincisine daha yakın olabilir. Diğer hesaplamalar, unhexpentium'un sezyumun ötesinde iyonlaşma enerjisinin artması, sodyumunkiyle karşılaştırılabilir bir iyonlaşma enerjisine sahip olma eğilimini izleyeceğini ve aynı zamanda, potasyumunkiyle karşılaştırılabilir bir atom yarıçapına sahip olan sezyumun ötesinde atom yarıçaplarını azaltma eğilimini sürdürmesi gerektiğini göstermektedir. . Bununla birlikte, unhexpentium'un 7d elektronları, 9s elektronu ile birlikte kimyasal reaksiyonlara katılabilir, muhtemelen +1'in ötesinde oksidasyon durumlarına izin verebilir, bu nedenle unhexpentium'un olası geçiş metali davranışı. Alkali ve toprak alkali metallerin her ikisinin de s-blok elementler olması nedeniyle , ununenyum ve unhexpentium'un eğilimleri ve özelliklerine yönelik bu tahminler, karşılık gelen alkalin toprak metalleri unbinilium (Ubn) ve unhexhexium (Uhh) için de çoğunlukla benzer şekilde geçerlidir. Unsepttrium, element 173, ununenniumun daha da ağır bir homologu olabilir; [USB] tahmin edilen bir elektron konfigürasyonu 6g ile 1 , alkali-metal-benzeri kolayca elektron kadar enerji kapalı bir p-kabuk üzerinde uzaklaştırıldı birine sahip durumuna geri döner, ve sezyum daha fazla reaktif olduğu tahmin edilmektedir.

Unsepttrium'un ötesindeki diğer alkali metallerin olası özellikleri 2019 itibariyle henüz keşfedilmemiştir ve var olabilir veya olmayabilirler. Periyodik tablonun 8 ve üzeri periyotlarında, göreli ve kabuk yapısı etkileri o kadar güçlü hale gelir ki, daha hafif türdeşlerden elde edilen ekstrapolasyonlar tamamen yanlış olur. Ek olarak, göreli ve kabuk yapısı etkileri (s-yörüngelerini stabilize eden ve daha yüksek kabukların d-, f- ve g-orbitallerini istikrarsızlaştıran ve genişleten) zıt etkilere sahiptir ve göreli ve göreli olmayan arasında daha da büyük bir farka neden olur. atom numarası bu kadar yüksek olan elementlerin özelliklerinin hesaplanması. Ununennium, unhexpentium ve unsepttrium'un kimyasal özelliklerine olan ilgi, 122 ( 306 Ubb) ve 164 ( 482 Uhq) elementlerinde merkezlenmiş , beklenen stabilite adacıklarına yakın konumlanmalarından kaynaklanmaktadır .

Sahte alkali metaller

Diğer birçok madde, monopozitif katyon oluşturma eğilimlerinde alkali metallere benzer. Psödohalojenlere benzer şekilde , bazen "sözde alkali metaller" olarak adlandırılırlar. Bu maddeler arasında bazı elementler ve daha birçok çok atomlu iyon bulunur ; çok atomlu iyonlar, büyüklükleri ve zayıf polarizasyon güçleri ile özellikle alkali metallere benzer.

Hidrojen

Nötr atom başına bir elektron içeren hidrojen elementi , kolaylık sağlamak için genellikle periyodik tablonun 1. Grubunun en üstüne yerleştirilir, ancak hidrojen normalde bir alkali metal olarak kabul edilmez; bir alkali metal olduğu düşünüldüğünde, kimyasal özelliklerinden değil atomik özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Normal koşullar altında, saf hidrojen, bir şekilde mevcut atomlu molekül başına iki atomu (H, gaz 2 ); bununla birlikte, alkali metaller , gaz halindeyken yalnızca yüksek sıcaklıklarda iki atomlu moleküller ( dilithium , Li 2 gibi ) oluştururlar .

Hidrojen, alkali metaller gibi, bir değerlik elektronuna sahiptir ve halojenlerle kolayca reaksiyona girer , ancak benzerlikler çoğunlukla , alkali metal katyonlarına kıyasla çıplak proton H +' nın küçük boyutu nedeniyle burada sona erer . Lityum üzerindeki yerleşimi, öncelikle elektron konfigürasyonundan kaynaklanmaktadır . Benzer kimyasal özelliklerinden dolayı bazen florin üzerine yerleştirilir , ancak benzerlik aynı şekilde mutlak değildir.

Hidrojenin birinci iyonlaşma enerjisi (1312.0 kJ/mol ) alkali metallerinkinden çok daha yüksektir. Hidrojen atomunun en dış kabuğunu doldurmak için yalnızca bir ek elektron gerektiğinden, hidrojen genellikle bir halojen gibi davranır, negatif hidrit iyonunu oluşturur ve çok nadiren bu temelde bir halojen olarak kabul edilir. (Alkali metaller olarak da bilinen negatif iyonlar, oluşturabilen alkaliler , ancak bu kararsız olan laboratuvar merakı olarak biraz daha fazla bulunmaktadır.) Bu yerleştirme karşı bir argüman hidrit oluşumunun hidrojen endotermik halojenlerin halojenür egzotermik oluşumu farklı . H anyonunun yarıçapı da halojenlerden aşağı doğru artan boyut eğilimine uymaz: gerçekten de, H çok dağınıktır çünkü tek protonu her iki elektronu da kolayca kontrol edemez. Bir süredir sıvı hidrojenin metalik özellikler göstermesi bekleniyordu; Jüpiter ve Satürn'ün çekirdeklerinde bulunanlar gibi aşırı yüksek basınçlar altında durumun böyle olmadığı gösterilmiş olsa da , hidrojen metalik hale gelir ve bir alkali metal gibi davranır; bu aşamada metalik hidrojen olarak bilinir . Elektriksel direnç sıvı metal hidrojen 3000 K yaklaşık sıvının eşittir rubidyum ve sezyum bir metal olmayan-metal geçiş getirildiğinde, ilgili basınçlarda 2000 K'da.

Hidrojenin 1s 1 elektron konfigürasyonu, alkali metallerinkine (ns 1 ) benzer olsa da, 1p alt kabuğu olmadığı için benzersizdir. Dolayısıyla H + hidronunu oluşturmak için bir elektron kaybedebilir veya H - hidrit iyonunu oluşturmak için bir elektron kazanabilir . İlk durumda, yüzeysel olarak alkali metallere benzer; ikinci durumda, halojenler, ancak 1p alt kabuğunun olmamasından kaynaklanan farklılıklar, her iki grubun da hidrojenin özelliklerine uymaması için yeterince önemlidir. Grup 14, iyonlaşma enerjisi ve elektron ilgisi gibi termodinamik özellikler açısından da iyi bir uyumdur , ancak hidrojen dört değerli olamaz. Bu nedenle, grup 1 en yaygın yerleşim olmasına rağmen (eğer biri seçilirse) üç yerleşimden hiçbiri tamamen tatmin edici değildir çünkü hidron, asit-baz kimyasının temeli olan tüm monatomik hidrojen türlerinin açık ara en önemlisidir. Hidrojenin alışılmadık elektron konfigürasyonundan ve küçük boyutundan kaynaklanan alışılmışın dışında özelliklerine bir örnek olarak, hidrojen iyonu çok küçüktür ( diğer birçok atom ve iyonun 50-220 pm boyutuna kıyasla yarıçapı 150 fm civarındadır  ) ve bu nedenle yoğunlaştırılmış sistemlerde yoktur. diğer atomlar veya moleküller ile ilişki dışında. Gerçekten de, kimyasallar arasında proton transferi, asit-baz kimyasının temelidir . Ayrıca, hidrojenin , yük transferi, elektrostatik ve elektron bağıntılı katkıda bulunan fenomenlerin bir etkisi olan hidrojen bağları oluşturma yeteneği de benzersizdir . Benzer lityum bağları da bilinse de bunlar çoğunlukla elektrostatiktir. Bununla birlikte hidrojen, bazı moleküler kristallerde alkali metallerle aynı yapısal rolü üstlenebilir ve en hafif alkali metallerle (özellikle lityum) yakın bir ilişkiye sahiptir.

Amonyum ve türevleri

Alkali metallere benzer şekilde, amonyak , tuz amonyum klorürü oluşturmak için hidroklorik asit ile reaksiyona girer .

Amonyum iyonu ( NH+
4
), daha ağır alkali metallere çok benzer özelliklere sahiptir, potasyum ve rubidyum arasında bir alkali metal ara maddesi görevi görür ve genellikle yakın bir akraba olarak kabul edilir. Örneğin, çoğu alkali metal tuzları , amonyum tuzlarının paylaştığı bir özellik olan suda çözünür . Amonyumun bir metal gibi kararlı bir şekilde davranması beklenir ( NH+
4
iyonlar) çok yüksek basınçlarda ( yalnızlıktan metalik davranışa geçişlerin 100 GPa civarında gerçekleştiği tipik basınçtan daha düşük olsa da  ) ve muhtemelen önemli etkilere sahip olabilecek buz devleri Uranüs ve Neptün'ün içinde meydana gelebilir. iç manyetik alanları üzerinde. Amonyak ve dihidrojen moleküllerinin bir karışımından metalik amonyuma geçişin, 25 GPa'nın hemen altındaki basınçlarda meydana gelebileceği tahmin edilmektedir . Standart koşullar altında, amonyum cıva ile metalik bir amalgam oluşturabilir.

Diğer "sözde alkali metaller" , amonyum katyonundaki bazı hidrojen atomlarının alkil veya aril grupları ile değiştirildiği alkilamonyum katyonlarını içerir . Özellikle, kuaterner amonyum katyonları ( NR+
4
) kalıcı olarak şarj edildikleri için çok faydalıdırlar ve genellikle HI gibi çok büyük ve çok kolay polarize olabilen anyonları stabilize etmek için pahalı Cs +' a alternatif olarak kullanılırlar.-
2
. Alkali metal hidroksitler gibi tetraalkilamonyum hidroksitler, karbonatlar oluşturmak için atmosferik karbon dioksit ile reaksiyona giren çok güçlü bazlardır. Ayrıca, nitrojen atomu bir fosfor, arsenik veya antimon atomu (daha ağır metalik olmayan pniktojenler ) ile değiştirilebilir ve bir fosfonyum (
PH ) oluşturur.+
4
) veya arsonyum ( AshH+
4
) kendisi de benzer şekilde ikame edilebilen katyon; stibonyum iken ( SbH+
4
) kendisi bilinmemektedir, bazı organik türevleri karakterize edilmiştir.

Kobaltosen ve türevleri

Kobaltosen , Co (Cı- 5 , H 5 ) 2 , bir metalosen , kobalt analog ferrosen . Koyu mor bir katıdır. Kobaltosen, 18 elektron kuralına göre çok kararlı bağıl ferrosen gibi organogeçiş metal komplekslerinde genellikle bulunandan bir tane daha fazla olan 19 değerlik elektronuna sahiptir . Bu ek elektron, Co-C bağlarına göre antibonding olan bir orbitali işgal eder. Sonuç olarak, Co birçok kimyasal reaksiyonlar (Cı- 5 , H 5 ) 2 cobaltocenium olarak bilinen çok stabil 18 elektronlu bir katyon veren, bu "ekstra" elektron kaybetmeye eğilimi ile karakterize edilir. Birçok kobaltosenyum tuzu sezyum tuzları ile birlikte çökelir ve kobaltosenyum hidroksit, atmosferik karbon dioksiti emerek kobaltosenyum karbonat oluşturan güçlü bir bazdır. Alkali metaller gibi, kobaltosen de güçlü bir indirgeyici ajandır ve dekametilkobaltosen , on metil grubunun birleşik endüktif etkisinden dolayı daha da güçlüdür . Kobalt, daha da güçlü bir indirgeyici madde olan rodoseni vermek için daha ağır türdeş rodyum ile ikame edilebilir . İridosen ( iridyum içeren ) muhtemelen daha güçlü olacaktır, ancak kararsızlığı nedeniyle çok iyi çalışılmamıştır.

Talyum

Argon gazı altında saklanan bir cam ampulde çok saf talyum parçaları

Talyum , periyodik tablonun 13. grubundaki en ağır kararlı elementtir. Periyodik tablonun alt kısmında , 6s orbitalinin göreli stabilizasyonu ve atomların boyutu arttıkça azalan bağ enerjisi nedeniyle , atıl çift etkisi oldukça güçlüdür, böylece iki bağ daha oluştururken salınan enerji miktarı değişmez. 6s elektronlarının yüksek iyonlaşma enerjilerine değer. Bu + 1 gösterir oksidasyon durumunu bilinen tüm alkali metaller ekran o ve onun + 1 içerisinde talyum ile talyum bileşikleri oksidasyon durumunda yakın karşılık gelen potasyum ya da benzer gümüş stokiyometrik olarak bağlı Tl benzer iyonik yarıçaplarına bileşikleri + (164  pm ) K + (152 pm) ve Ag + (129 pm) iyonları. Bazen bir alkali metal olarak kabul edildi kıta Avrupası hemen Keşfedilmesini aşağıdaki (ancak İngiltere'de) yıl içinde ve altıncı alkali metal olarak sadece sezyum sonra yerleştirildi Dimitri Mendeleyev 'ın 1869 Periyodik tabloda ve Julius Lothar Meyer ' in 1868 periyodik tablo. (Mendeleev'in 1871 periyodik tablosu ve Meyer'in 1870 periyodik tablosu, talyumu bor grubundaki mevcut konumuna yerleştirdi ve sezyumun altındaki boşluğu boş bıraktı.) Bununla birlikte, talyum ayrıca, bilinen hiçbir alkali metalin göstermediği (ununenyum, keşfedilmemiş yedinci alkali metalin, muhtemelen +3 oksidasyon durumunu gösterdiği tahmin edilmektedir). Altıncı alkali metal şimdi fransiyum olarak kabul edilir. Tl + inert çift etkisi ile stabilize olurken , bu inert 6s elektron çifti hala kimyasal olarak katılabilir, böylece bu elektronlar sulu çözeltide stereokimyasal olarak aktiftir. Ek olarak, talyum halojenürler ( TlF hariç ) suda oldukça çözünmezler ve talyumda stereokimyasal olarak aktif inert çiftin varlığından dolayı TlI alışılmadık bir yapıya sahiptir.

Bakır, gümüş ve altın

Beyaz bir yüzey üzerinde duran bakır renkli bir metal mineral kristali
Bakır
Gri bir yüzey üzerinde yatan gümüşi bir metal kristalin kristali
Gümüş
Beyaz bir yüzeyde yatan sarı bir metal kristali
Altın

Grup 11 metal (veya madeni para metaller), bakır , gümüş , ve altın , tipik olarak, bunlar tam olmayan D-kabuklarla iyonları oluşturabilen verilen geçiş metali olarak kategorize edilir. Fiziksel olarak, geçiş sonrası metallerle ilişkili nispeten düşük erime noktalarına ve yüksek elektronegatiflik değerlerine sahiptirler . " Cu, Ag ve Au'nun dolu d alt kabuğu ve serbest s elektronu, yüksek elektriksel ve termal iletkenliklerine katkıda bulunur. Grup 11'in solundaki geçiş metalleri, s elektronları ile elektron hareketliliğini azaltan kısmen doldurulmuş d alt kabuğu arasında etkileşimler yaşar ." Kimyasal olarak, grup 11 metalleri +1 değerlik durumlarında ana grup metalleri gibi davranır ve bu nedenle alkali metallerle bir şekilde ilişkilidir: bu, daha önce alkali metallere paralel olarak "grup IB" olarak etiketlenmelerinin bir nedenidir. grup IA". Bazen geçiş sonrası metaller olarak sınıflandırılırlar. Spektrumları alkali metallerinkine benzer. Monopozitif iyonları paramanyetiktir ve alkali metallerinki gibi tuzlarına renk katmazlar .

Mendeleev'in 1871 periyodik tablosunda bakır, gümüş ve altın, biri VIII. grupta ( demir üçlüsü ve platin grubu metaller ile ) ve bir kez de IB grubu altında olmak üzere iki kez listelenmiştir . Grup IB yine de geçici olduğunu belirtmek için parantez içine alındı. Mendeleev'in grup ataması için ana kriteri, bir elementin maksimum oksidasyon durumuydu: bu temelde, grup 11 elementleri, o sırada bilinen bakır(II) ve altın(III) bileşiklerinin varlığından dolayı grup IB'de sınıflandırılamadı. zaman. Bununla birlikte, grup IB'nin ortadan kaldırılması, grup I'i A-B çatallanması olmayan tek ana grup (grup VIII, bir geçiş grubu olarak etiketlendi) yapacaktır. Kısa bir süre sonra, kimyagerlerin çoğu bu elementleri IB grubunda sınıflandırmayı ve elde edilen simetri için onları grup VIII'den çıkarmayı seçti: bu, alkaliyi ayıran modern orta-uzun 18 sütunlu periyodik tablonun yükselişine kadar baskın sınıflandırmaydı. metaller ve grup 11 metaller.

Madeni para metalleri, alkali metallerin karakteristik s 1 elektron konfigürasyonunu paylaşmalarından dolayı geleneksel olarak alkali metal grubunun bir alt bölümü olarak kabul edildi (grup 1: p 6 s 1 ; grup 11: d 10 s 1 ). Bununla birlikte, benzerlikler büyük ölçüde her iki grubun +1 bileşiklerinin kimyasal özellikleriyle değil , stokiyometrileriyle sınırlıdır . Bu, doldurulmuş d alt kabuğundan kaynaklanır, en dıştaki s elektronu üzerinde doldurulmuş p alt kabuğundan çok daha zayıf bir koruma etkisi sağlar, böylece madeni para metalleri, karşılık gelen alkali metallerden çok daha yüksek ilk iyonlaşma enerjilerine ve daha küçük iyonik yarıçaplara sahiptir. Ayrıca, sıvı amonyakta daha yüksek erime noktalarına, sertliklere ve yoğunluklara ve daha düşük reaktivitelere ve çözünürlüklere sahiptirler ve ayrıca bileşiklerinde daha fazla kovalent karaktere sahiptirler. Son olarak, alkali metaller elektrokimyasal serinin en üstünde yer alırken, madeni para metalleri neredeyse en alttadır. Madeni para metallerinin doldurulmuş d kabuğu, alkali metallerin doldurulmuş p kabuğundan çok daha kolay bozulur, böylece ikinci ve üçüncü iyonizasyon enerjileri daha düşüktür, +1'den daha yüksek oksidasyon durumları ve daha zengin bir koordinasyon kimyası sağlar, böylece grup 11'i verir. metaller geçiş metali karakterini temizler . Özellikle dikkate değer olan, içinde sıvı amonyak çözeltisinde solvat halinde de bulunan aurid iyonunu (Au - ) oluşturduğu rubidyum ve sezyum ile altın oluşturan iyonik bileşiklerdir : burada altın bir psödohalojen gibi davranır çünkü 5d 10 6s 1 konfigürasyonu bir elektrona sahiptir. yarı kapalı kabuktan daha az 5d 10 6s 2 cıva konfigürasyonu .

Üretim ve izolasyon

alt1
alt2
Salar del Hombre Muerto, Arjantin (solda) ve Uyuni , Bolivya (sağda) gibi tuz yatakları lityum açısından zengindir . Lityum açısından zengin tuzlu su, güneş buharlaşma havuzlarına pompalanarak konsantre edilir (Arjantin görüntüsünde görülebilir).

Saf alkali metallerin üretimi, su gibi yaygın olarak kullanılan maddelerle aşırı reaktivitelerinden dolayı biraz karmaşıktır. Bunların kaynaktan silikat cevherleri, tüm stabil alkali metaller aynı şekilde elde edilebilir: sülfürik asit , ilk arzu edilen alkali metal iyonu ve eritmek için kullanılan alüminyum gelen, bunun bazik çökeltme kaldırır alüminyum iyonları (sızdırma) cevherden (III) iyonları hidroksit olarak çökelterek karıştırın . Geri kalan çözünmeyen alkali metal karbonat daha sonra seçici olarak çökeltilir; tuz daha sonra klorid üretmek için hidroklorik asit içinde çözülür . Sonuç daha sonra buharlaşmaya bırakılır ve ardından alkali metal izole edilebilir. Lityum ve sodyum tipik olarak sıvı klorürlerinden elektroliz yoluyla izole edilir ve karışımın erime noktasını düşürmek için tipik olarak kalsiyum klorür eklenir. Bununla birlikte, daha ağır alkali metaller, daha tipik olarak , alkali metal klorürü azaltmak için bir indirgeyici maddenin (tipik olarak potasyum için sodyum ve magnezyum veya en ağır alkali metaller için kalsiyum ) kullanıldığı farklı bir şekilde izole edilir. Sıvı veya gaz halindeki ürün (alkali metal) daha sonra saflaştırma için fraksiyonel damıtmaya tabi tutulur . Saf alkali metallere giden yolların çoğu, yüksek reaktiviteleri nedeniyle elektroliz kullanımını gerektirir; olmayan birkaç tanesinden biri, sodyum, potasyum, rubidyum ve sezyum için metal ve lityum için nitrür veren ilgili alkali metal azidin pirolizidir .

Lityum tuzları, maden kaynaklarının , tuzlu su havuzlarının ve tuzlu su birikintilerinin suyundan çıkarılmalıdır . Metal, erimiş lityum klorür ve potasyum klorür karışımından elektrolitik olarak üretilir .

Sodyum çoğunlukla deniz suyu ve kurutuldu meydana deniz dibi , ama şimdi ile üretilmektedir elektroliz ve sodyum klorür bir kullanımı yoluyla 700 ° C'nin altında olan maddenin erime noktasının düşürülmesi ile Downs hücre . Sodyum azidin termal bozunması yoluyla son derece saf sodyum üretilebilir . Potasyum, silvit ( potasyum klorür ) gibi birçok mineralde bulunur . Daha önce, potasyum genellikle , Kanada, Rusya, Beyaz Rusya, Almanya, İsrail, Amerika Birleşik Devletleri ve Ürdün gibi yerlerde yaygın olarak bulunan potasyum klorür veya potasyum hidroksitin elektrolizinden, sodyumun nasıl üretildiğine benzer bir yöntemle yapıldı. 1800'ler ve 1900'lerin başı. Deniz suyundan da üretilebilir . Bununla birlikte, potasyum metali erimiş klorüründe çözünme eğiliminde olduğundan ve çalışma sıcaklıklarında önemli ölçüde buharlaşarak potansiyel olarak patlayıcı süperoksit oluşturduğundan, bu yöntemler sorunludur. Sonuç olarak, artık erimiş potasyum klorürün sodyum metali ile 850 °C'de indirgenmesiyle saf potasyum metali üretilir.

Na (g) + KCl (l) ⇌ NaCl (l) + K (g)

Sodyum potasyumdan daha az reaktif olmasına rağmen, bu işlem işe yarar çünkü bu kadar yüksek sıcaklıklarda potasyum sodyumdan daha uçucudur ve kolayca damıtılabilir, böylece denge daha fazla potasyum gazı üretmek için sağa kayar ve neredeyse tamamlanmaya doğru ilerler.

Pürüzlü bir yüzeye sahip parlak gri 5 santimetrelik bir madde parçası.
Bu uraninit numunesi herhangi bir zamanda yaklaşık 100.000 atom (3.3 × 10 20  g) fransiyum-223 içerir.

1950'lerde ve 1960'larda birkaç yıl boyunca, potasyum üretiminin bir yan ürünü olan Alkarb, rubidyum için ana kaynaktı. Alkarb %21 rubidyum içerirken geri kalanı potasyum ve küçük bir sezyum fraksiyonuydu. Bugün en büyük sezyum üreticileri, örneğin Kanada, Manitoba'daki Tanco Madeni , kirleticiden yan ürün olarak rubidyum üretiyor . Günümüzde, rubidyumu potasyum ve sezyumdan ayırmanın yaygın bir yöntemi , bir rubidyum ve sezyum şapın ( Cs , Rb ) Al ( SO 4 ) 2 ·12 H 2 O'nun fraksiyonel kristalizasyonudur ve bu, yaklaşık 30 yeniden kristalizasyondan sonra saf rubidyum şapı verir. Sınırlı uygulamalar ve rubidyum açısından zengin bir mineral eksikliği, rubidyum bileşiklerinin üretimini yılda 2 ila 4 tonla sınırlar . Ancak sezyum yukarıdaki reaksiyondan üretilmez. Bunun yerine, madencilik polüsit asit sindirim, alkali ayrışma ve doğrudan indirgenmiş: cevher esas olarak üç yöntem ile cevherden elde edilen saf sezyum, elde ana yöntemdir. Her iki metal de lityum üretiminin yan ürünleri olarak üretilir: 1958'den sonra, lityumun termonükleer özelliklerine olan ilgi hızla arttığında, rubidyum ve sezyum üretimi de buna paralel olarak arttı. Saf rubidyum ve sezyum metalleri, klorürlerinin 750 °C'de ve düşük basınçta kalsiyum metali ile indirgenmesiyle üretilir .

Doğada çok nadir bulunmasının bir sonucu olarak, çoğu fransiyum 197 Au + 18 O210 Fr + 5 n nükleer reaksiyonunda sentezlenir ve fransiyum-209 , fransiyum-210 ve fransiyum-211 verir . Bugüne kadar bir araya getirilmiş en büyük fransiyum miktarı, yukarıda verilen nükleer reaksiyon kullanılarak sentezlenen yaklaşık 300.000 nötr atomdur. Tek doğal izotop fransiyum-223 özel olarak gerekli olduğunda, kendisi doğal uranyum-238'in kızlarından biri olan doğal radyum-226'nın nötron ışımasından sentetik olarak üretilen aktinyum-227'nin alfa kızı olarak üretilir.

Uygulamalar

FOCS 1, İsviçre'de bir sezyum atom saati
FOCS 1, İsviçre'de bir sezyum atom saati

Lityum, sodyum ve potasyum birçok uygulamaya sahipken, rubidyum ve sezyum akademik bağlamlarda çok faydalıdır ancak henüz çok fazla uygulaması yoktur. Lityum genellikle lityum iyon pillerde kullanılır ve lityum oksit silisin işlenmesine yardımcı olabilir. Lityum stearat bir koyulaştırıcıdır ve yağlama gresleri yapmak için kullanılabilir; uzay kapsülleri ve denizaltılarda karbondioksiti emmek için de kullanılan lityum hidroksitten üretilir . Alüminyum parçalar için sert lehim alaşımı olarak lityum klorür kullanılır. Metalik lityum, magnezyum ve alüminyum içeren alaşımlarda çok sert ve hafif alaşımlar vermek için kullanılır.

Sodyum bileşiklerinin birçok uygulaması vardır, en iyi bilineni sofra tuzu olarak sodyum klorürdür . Yağ asitlerinin sodyum tuzları sabun olarak kullanılır. Saf sodyum metal ayrıca, diğer aydınlatma türlerine kıyasla çok verimli ışık üreten ve diğer metallerin yüzeyini pürüzsüzleştirmeye yardımcı olabilen sodyum buharlı lambalarda kullanım da dahil olmak üzere birçok uygulamaya sahiptir . Güçlü bir indirgeyici ajan olarak, genellikle titanyum ve zirkonyum gibi diğer birçok metali klorürlerinden azaltmak için kullanılır . Ayrıca, düşük erime noktası, viskozitesi ve nötron absorpsiyonuna yönelik enine kesiti nedeniyle hızlı üretici nükleer reaktörlerde ısı değişim sıvısı olarak çok faydalıdır .

Potasyum bileşikleri, potasyum bitki beslenmesi için önemli bir element olduğu için genellikle gübre olarak kullanılır . Potasyum hidroksit çok güçlü bir bazdır ve çeşitli maddelerin pH'ını kontrol etmek için kullanılır . Potasyum nitrat ve potasyum permanganat genellikle güçlü oksitleyici ajanlar olarak kullanılır. Potasyum süperoksit , potasyum karbonat ve oksijen gazı vermek üzere karbondioksit ile reaksiyona girdiği için solunum maskelerinde kullanılır. Saf potasyum metali sıklıkla kullanılmaz, ancak sodyumlu alaşımları, hızlı çoğalan nükleer reaktörlerde saf sodyumun yerini alabilir.

Rubidyum ve sezyum genellikle atomik saatlerde kullanılır . Sezyum atom saatleri olağanüstü derecede hassastır; dinozorlar zamanında bir saat yapılmış olsaydı, dört saniyeden daha kısa sürede (80 milyon yıl sonra) devre dışı kalırdı. Bu nedenle sezyum atomları ikincinin tanımı olarak kullanılır. Rubidyum iyonları genellikle mor havai fişeklerde kullanılır ve sezyum genellikle petrol endüstrisinde sondaj sıvılarında kullanılır.

Fransiyumun ticari uygulamaları yoktur, ancak diğer şeylerin yanı sıra fransiyumun nispeten basit atomik yapısı nedeniyle, spektroskopi deneylerinde kullanılmış ve enerji seviyeleri ve atom altı parçacıklar arasındaki eşleşme sabitleri hakkında daha fazla bilgiye yol açmıştır . Lazerle tutulan fransiyum-210 iyonları tarafından yayılan ışık üzerine yapılan çalışmalar, kuantum teorisi tarafından tahmin edilenlere benzer şekilde, atomik enerji seviyeleri arasındaki geçişler hakkında doğru veriler sağlamıştır .

Biyolojik rol ve önlemler

metaller

Saf alkali metaller hava ve su ile tehlikeli bir şekilde reaktiftir ve ısıdan, ateşten, oksitleyici maddelerden, asitlerden, çoğu organik bileşikten, halokarbonlardan , plastiklerden ve nemden uzak tutulmalıdır . Ayrıca karbon dioksit ve karbon tetraklorür ile reaksiyona girerler, böylece normal yangın söndürücüler alkali metal yangınlarında kullanıldığında ters etki yapar. Metal yangınları için tasarlanmış bazı D Sınıfı kuru toz söndürücüler etkilidir, yangını oksijenden yoksun bırakır ve alkali metali soğutur.

Deneyler genellikle bir davlumbazda sadece birkaç gramlık küçük miktarlar kullanılarak yapılır . Küçük miktarlarda lityum soğuk su ile reaksiyona sokularak atılabilir, ancak daha ağır alkali metaller daha az reaktif izopropanol içinde çözülmelidir . Alkali metaller mineral yağ veya inert atmosfer altında saklanmalıdır . Kullanılan atıl atmosfer , nitrojen ile reaksiyona giren lityum hariç, argon veya nitrojen gazı olabilir . Rubidyum ve sezyum, petrolün altında bile havadan uzak tutulmalıdır, çünkü yağa yayılan az miktarda hava bile tehlikeli derecede patlayıcı peroksit oluşumunu tetikleyebilir; aynı nedenle potasyum, oksijenli bir atmosferde yağ altında 6 aydan fazla saklanmamalıdır.

iyonlar

Alkali metal iyonlarının biyoinorganik kimyası kapsamlı bir şekilde gözden geçirilmiştir. Küçük peptitler, nükleik asit bileşenleri, karbonhidratlar ve iyonofor komplekslerindeki birçok alkali metal iyon kompleksi için katı hal kristal yapıları belirlenmiştir.

Lityum doğal olarak biyolojik sistemlerde sadece eser miktarda bulunur ve bilinen bir biyolojik rolü yoktur, ancak yutulduğunda vücut üzerinde etkileri vardır. Lityum karbonat , yan etkileri olmasına rağmen , psikiyatride bipolar bozukluğu ( manik-depresyon ) tedavi etmek için günlük yaklaşık 0,5 ila 2 gram dozlarda duygudurum düzenleyici olarak kullanılır . Aşırı lityum yutulması, diğer semptomların yanı sıra uyuşukluğa, konuşma bozukluğuna ve kusmaya neden olur ve merkezi sinir sistemini zehirler , çünkü bipolar bozukluğu tedavi etmek için gerekli lityum dozu toksik dozdan sadece biraz daha düşük olduğundan tehlikelidir. Biyokimyası, insan vücudu tarafından işlenme şekli ve sıçanlar ve keçiler üzerinde yapılan çalışmalar , lityumun insanlarda doğal biyolojik işlevi henüz tanımlanmamış olmasına rağmen, bunun önemli bir eser element olduğunu düşündürmektedir .

Sodyum ve potasyum bilinen tüm biyolojik sistemlerde bulunur ve genellikle hücrelerin içinde ve dışında elektrolitler olarak işlev görür . Sodyum, kan hacmini, kan basıncını, ozmotik dengeyi ve pH'ı düzenleyen temel bir besindir ; sodyum için minimum fizyolojik gereksinim günde 500 miligramdır. Sodyum klorür (aynı zamanda yaygın tuz olarak da bilinir) diyetteki başlıca sodyum kaynağıdır ve dekapaj ve sarsıntılı gibi baharat ve koruyucu olarak kullanılır ; çoğu işlenmiş gıdalardan gelir. Diyet Referans alımı sodyum için günde 1.5 gram, ama ABD'de çoğu insan günde, hipertansiyonu teşvik minimum miktardan başına en fazla 2.3 gram tüketmek; bu da dünya çapında 7,6 milyon erken ölüme neden oluyor.

Potasyum, hayvan hücrelerinin içindeki ana katyondur (pozitif iyon) , sodyum ise hayvan hücrelerinin dışındaki ana katyondur. Konsantrasyon , bu yüklü parçacıkların farklar bir değişikliğe neden olmaktadır elektrik potansiyeli olarak bilinen hücrelerin, iç ve dış arasındaki membran potansiyeli . Potasyum ve sodyum arasındaki denge , hücre zarındaki iyon taşıyıcı proteinler tarafından sağlanır . Potasyum ve sodyum iyonları tarafından oluşturulan hücre zarı potansiyeli, hücrenin bir aksiyon potansiyeli , yani bir elektrik deşarjı "spike" oluşturmasını sağlar. Hücrelerin elektrik deşarjı üretme yeteneği, nörotransmisyon , kas kasılması ve kalp fonksiyonu gibi vücut fonksiyonları için kritik öneme sahiptir . Bu dengenin bozulması bu nedenle ölümcül olabilir: örneğin, büyük miktarlarda potasyum bileşiklerinin yutulması , kardiyovasküler sistemi güçlü bir şekilde etkileyen hiperkalemiye yol açabilir . Potasyum klorür kullanılır ABD'de için öldürücü enjeksiyon infaz.

Radyasyonu dar bir ışına odaklamak için uzun bir kolimatöre sahip tekerlek tipi bir radyoterapi cihazı . Sezyum-137 klorür radyoaktif kaynağı mavi karedir ve gama ışınları açıklıktan çıkan ışınla temsil edilir. Bu, Goiânia kazasında yer alan ve yaklaşık 93 gram sezyum-137 klorür içeren radyasyon kaynağıydı.

Benzer atom yarıçapları nedeniyle vücuttaki rubidyum ve sezyum potasyumu taklit eder ve benzer şekilde alınır. Rubidyumun bilinen bir biyolojik rolü yoktur, ancak metabolizmayı uyarmaya yardımcı olabilir ve sezyuma benzer şekilde potasyum eksikliğine neden olarak vücuttaki potasyumun yerini alabilir . Kısmi ikame oldukça mümkündür ve oldukça toksik değildir: 70 kg'lık bir kişi ortalama 0,36 g rubidyum içerir ve bu değerde 50 ila 100 kat artış, test edilen kişilerde olumsuz etkiler göstermedi. Sıçanlar, potasyumun rubidyum ile ikame edilmesiyle %50'ye kadar hayatta kalabilir. Rubidyum (ve çok daha az ölçüde sezyum) hipokalemi için geçici tedaviler olarak işlev görebilir; rubidyum bazı sistemlerde potasyumun yerini fizyolojik olarak yeterince alabilirken, sezyum bunu asla yapamaz. Keçilerde rubidyumun muhtemelen gerekli olduğuna dair eksiklik belirtileri şeklinde yalnızca çok sınırlı kanıt vardır; Bu doğru olsa bile, genellikle yiyeceklerde bulunan eser miktarlar fazlasıyla yeterlidir.

Sezyum bileşikleri çoğu insan tarafından nadiren karşılaşılır, ancak çoğu sezyum bileşiği hafif derecede toksiktir. Rubidyum gibi sezyum da vücutta potasyumun yerini alma eğilimindedir, ancak önemli ölçüde daha büyüktür ve bu nedenle daha zayıf bir ikamedir. Fazla sezyum hipokalemi , aritmi ve akut kalp durmasına neden olabilir , ancak bu miktarlara doğal kaynaklarda normalde rastlanmaz. Bu nedenle sezyum, önemli bir kimyasal çevre kirleticisi değildir. Ortalama letal dozun (LD 50 için) değeri sezyum klorür farelerde LD karşılaştırılabilir kilogram başına 2.3 g olup, 50 değerleri , potasyum klorür ve sodyum klorür . Sezyum klorür alternatif bir kanser tedavisi olarak tanıtılmıştır, ancak bilimsel olarak doğrulanmamış bir kanser tedavisinin parçası olarak kullanıldığı 50'den fazla hastanın ölümüyle ilişkilendirilmiştir.

Sezyum radyoizotopları özel önlemler gerektirir: sezyum-137 gama ışını kaynaklarının yanlış kullanımı bu radyoizotopun salınmasına ve radyasyon yaralanmalarına yol açabilir. Belki de en iyi bilinen vaka , Brezilya'nın Goiânia kentindeki terk edilmiş bir klinikten uygunsuz şekilde atılan bir radyasyon terapi sisteminin bir hurdalıktan alındığı ve parlayan sezyum tuzunun meraklılara satıldığı 1987 Goiânia kazasıdır. , eğitimsiz alıcılar. Bu, radyasyona maruz kalma nedeniyle dört ölüme ve ciddi yaralanmalara yol açtı. Birlikte ile sezyum-134 , iyot-131 ve stronsiyum-90 , sezyum-137 tarafından dağıtılan izotoplar arasında yer aldı Çernobil felaketinin sağlığına büyük riski oluşturmaktadır. Fransiyumun radyoizotopları, yüksek bozunma enerjileri ve kısa yarı ömürleri nedeniyle muhtemelen tehlikeli olabilir, ancak hiçbiri ciddi bir risk oluşturacak kadar büyük miktarlarda üretilmemiştir.

Notlar

Referanslar