Ohne Speisesalz würde dein Essen nur halb so gut schmecken. Dieses Salz ist in großer Menge auf unserer Erde vorhanden. Es ist für uns lebensnotwendig, aber wir sollten auch nicht zu viel davon essen. Hast du dich schon mal gefragt, woraus das Speisesalz aus deiner Küche besteht? Es besteht aus einer Verbindung von Natrium- und Chlorteilchen. Diese Teilchen werden auch Ionen genannt.
Natrium ist ein Alkalimetall und gehört zu der 1. Hauptgruppe des Periodensystems. Dazu gehört noch Lithium, was zum Beispiel in Batterien und Akkus vorhanden ist. Zudem gehören Kalium, Rubidium, Caesium und Francium ebenfalls zu den Alkalimetallen. Wie der Name schon andeutet, gehören die Alkalimetalle von ihren Eigenschaften her zu den Metallen. Wasserstoff ist zwar auch in der ersten Hauptgruppe, aber kein Alkalimetall, weil es andere Eigenschaften als die Alkalimetalle hat.
In diesem Artikel erfährst du mehr über die interessanten Eigenschaften der Alkalimetalle und wir zeigen die aufregenden Reaktionen, die nur von erfahrenen Erwachsenen nachgemacht werden dürfen. Sei gespannt!
Verwendung
Wie bedeutend die Alkalimetalle für uns sind, zeigt nicht nur das Beispiel vom Anfang mit dem Speisesalz (\(\ce{NaCl}\)). Du hast auch mit Lithium in deinem Alltag mehr zu tun, als dir vielleicht bewusst ist.
Ob in Smartphones, Laptops, Fernbedienungen, E-Autos, E-Fahrrädern oder E-Rollern – für all diese modernen Geräte benötigen wir Akkus, um sie mobil mit Strom zu versorgen. Die Akkus, die in diesen Geräten verbaut sind, enthalten häufig Lithium-Ionen. Der Akku funktioniert so, dass die Lithium-Ionen in einem Elektrolyt gelöst sind. Verwendest du elektrische Energie, geben die Lithium-Ionen an der positiven Elektrode, Anode, Elektronen ab. Lädst du den Akku wieder auf, nehmen die Lithium-Ionen an der negativen Elektrode, Kathode, wieder Elektronen auf.
Vorkommen
Weißt du, warum Alkalimetalle speziell gelagert werden müssen? Auf dem Foto siehst du reines Natrium. Es ist luftdicht in einem Glas mit Paraffin, was ein Öl ist, verschlossen. Kommt das Natrium mit Luft in Berührung, reagiert es direkt mit dem Sauerstoff und die noch zuvor metallisch glänzende Oberfläche wird ganz matt. Mit Wasser finden noch heftigere Reaktionen statt, die explosionsartig sein können.
Dies zeigt, wie reaktionsfreudig Alkalimetalle sind. Vielleicht kannst du dir jetzt vorstellen, dass in unserer Umwelt Alkalimetalle nicht als Reinstoffe, also elementar, vorkommen können. Wenn sie mit anderen Stoffen reagieren, entstehen neue Verbindungen, die neue Stoffe mit anderen Eigenschaften darstellen. Dabei kommen Alkalimetalle in Verbindungen meist in ionischer Form vor.
Natrium ist als Ion zum Beispiel in unserem Speisesalz (\(\ce{NaCl}\)) vorhanden. Natrium ist ein gefährlicher Stoff. Gehen die Natrium-Ionen mit den Chlor-Ionen eine Bindung ein, reagieren sie zu Natriumchlorid (\(\ce{NaCl}\)). Natriumchlorid ist als Speisesalz weniger reaktionsfreudig und für uns ungefährlich, sogar lebensnotwendig.
Eigenschaften
Das Interessante an den Eigenschaften der Alkalimetalle ist, dass sie alle die gleichen Eigenschaften haben. Das können nicht alle Elemente der anderen Hauptgruppen im Periodensystem von sich behaupten.
Verblüffend ist, dass sie aussehen wie Metalle. Sie haben eine metallisch glänzende Oberfläche, aber sie sind nicht so hart wie Metalle, die du sonst kennst. Sie sind weich und du kannst sie mit einem Messer schneiden.
Hier haben wir noch weitere typische Eigenschaften der Alkalimetalle für dich aufgelistet:
Alkalimetalle ...
- sind Feststoffe, das heißt ihr Aggregatzustand ist bei Raumtemperatur fest.
- sind sehr reaktionsfreudig mit Sauerstoff (in Luft und Wasser) und Halogenen. Die Reaktionen sind heftig und mit starker Wärmeentwicklung. Schwere Alkalimetalle (z.B. Caesium) können sich an der Luft selbst entzünden. Deswegen bewahrst du Alkalimetalle immer Luftdicht (z.B. in Ölen wie Paraffin oder Petroleum) auf.
- haben eine geringe Dichte und schwimmen deshalb in Wasser an der Oberfläche.
- haben eine geringe Ionisierungsenergie und Elektronegativität. Deshalb sind sie so reaktionsfreudig.
Schaue doch auch mal in unser Periodensystem und beforsche die Alkalimetalle dort weiter. Dir wird auffallen, dass von oben nach unten auch die Härte, Elektronegativität und Ionisierungsenergie abnehmen.
Flammenfärbung
Bestimmt hast du an Silvester oder zu einem anderen Anlass schon einmal ein buntes Feuerwerk am Himmel gesehen. Damit die vielen verschiedenen Farben am Himmel so bunt leuchten können, müssen sich die Salze – so werden die Pulver in der Rakete, die aus Verbindungen unterschiedlicher Stoffe bestehen, genannt – entzünden. Diese Salze, die in Verbindung mit Feuer bzw. einer Flamme so schön leuchten, bestehen häufig aus Alkalimetallen. Wie die Alkalimetalle in der Brennerflamme leuchten, kannst du in der folgenden Tabelle sehen.
Schaue dir bei uns gerne die Experimente zur Flammenfärbung an. Es wird bunt!
Reaktionen
Alkalimetalle reagieren mit Wasser zu Hydroxiden und Wasserstoff.
$\ce{2 Li + 2 H2O -> 2 LiOH + H2}$
$\ce{2 Na + 2 H2O -> 2 NaOH + H2}$
$\ce{2 K + 2 H2O -> 2 KOH + H2}$
$\ce{2 Rb + 2 H2O -> 2 RbOH + H2}$
$\ce{2 Cs + 2 H2O -> 2 CsOH + H2}$
Alkalimetalle reagieren mit Sauerstoff zu Oxiden, Peroxiden oder Hyperoxiden.
$\ce{4 Li + O2 -> 2 Li2O}$
$\ce{2 Na + O2 -> Na2O2}$
$\ce{K + O2 -> KO2}$
$\ce{Rb + O2 -> RbO2}$
$\ce{Cs + O2 -> CsO2}$
Alkalimetalle reagieren mit Wasserstoff zu Hydriden.
$\ce{2 Li + H2 -> 2 LiH}$
$\ce{2 Na + H2 -> 2 NaH}$
$\ce{2 K + H2 -> 2 KH}$
$\ce{2 Rb + H2 -> 2 RbH}$
$\ce{2 Cs + H2 -> 2 CsH}$
$\ce{2 Li + H2 -> 2 LiH}$