Alkalimetalle

Alkalimetalle einfach erklärt

Alkalimetalle sind die chemischen Elemente aus der 1. Hauptgruppe des Periodensystems  Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Caesium (Cs) und Francium (Fr). Wasserstoff (H) zählt nicht zu den Alkalimetallen. Die Metalle sind silbrig glänzend und stark reaktionsfreudig, da sie nur 1 Außenelektron besitzen.

direkt ins Video springen

Da sie so einfach reagieren, kommen Alkalimetalle in der Natur lediglich in gebundener Form als Mineralien vor. Zudem bilden sie mit stark elektronegativen Elementen feste Stoffe durch Ionenbindungen . Das bekannteste Beispiel dafür ist das Kochsalz Natriumchlorid (NaCl).

Alkalimetalle besitzen viele Eigenschaften, in denen sie sich alle ähneln:

• Flammenfärbung
• Atombau
• Aussehen
• Härte und Dichte
• Schmelz- und Siedetemperatur
• Wärme- und elektrische Leitfähigkeit

Eigenschaften Alkalimetalle

Alkalimetalle sind silberglänzende Metalle, die sich einfach mit einem Messer schneiden lassen. Dabei ist Caesium das einzige Alkalimetall, welches nicht silber-, sondern goldglänzend ist.

Das schwach gebundene Elektron in der äußersten Elektronenschale (Valenzelektron) macht die Alkalimetalle sehr reaktiv. Das heißt, das Elektron wird leicht an andere Atome abgegeben. Dabei entstehen einfach positiv geladene Kationen . Die Eigenschaft „Flammenfärbung“ der Alkalimetalle kennst du bereits, denn die Farben beim Feuerwerk kommen durch Alkalimetallverbindungen zustande.

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Eigenschaften dieser Klasse von Elementen zusammen:

Physikalische Eigenschaften Alkalimetalle

Die Alkalimetalle sind nach ihren physikalischen Eigenschaften im Periodensystem angeordnet. Die Härte, Schmelz- und Siedepunkte nehmen von oben nach unten innerhalb der ersten Hauptgruppe ab, während die Dichte zunimmt.

Mit zunehmender Ordnungszahl ist das Valenzelektron aufgrund von mehr Atomschalen weiter von dem Atomkern entfernt. Dadurch wirkt seine Anziehungskraft weniger stark auf das Elektron. Deswegen nimmt die Elektronegativität mit zunehmender Ordnungszahl ab. Das führt dazu, dass ihre Reaktivität steigt.

Durch ihre geringe Dichte werden die Alkalimetalle auch als Leichtmetalle bezeichnet. Alle Vertreter dieser Gruppe besitzen einen ähnlichen Aufbau, nämlich würfelförmige Kristallstrukturen. Bei besonders niedrigen Temperaturen nehmen Lithium und Natrium eine sechseckige Kristallstruktur an.

Übrigens: Francium zählt zwar auch zu den Alkalimetallen, ist jedoch sehr instabil. Es reagiert nicht nur sehr einfach mit der Luft, sondern ist sogar radioaktiv. Deswegen ist es in den üblichen Experimenten und Reaktionen der Alkalimetalle nicht mit inbegriffen. 

Flammenfärbung Alkalimetalle

Alkalimetalle sorgen für verschiedene Flammenfärbungen. Diese werden nicht nur für Feuerwerk verwendet, sondern auch in der qualitativen Analyse. Dabei versuchst du herauszufinden, welche Stoffe sich in einem Gemisch befinden. Wird die Flamme deines Bunsenbrenners zum Beispiel karminrot, dann ist in deinem Gemisch Lithium enthalten.

Jedes Alkalimetall gibt bei Erhitzung eine andere Flammenfarbe ab:

direkt ins Video springen

Merke: Die Flammenfarben der Alkalimetalle sind folgende: Lithium ist rot, Natrium ist gelb, Kalium ist violett, Rubidium ist rotviolett und Caesium ist blauviolett.

Reaktionsverhalten und Verbindungen der Alkalimetalle

Alkalimetalle können vielseitige Reaktionsverhalten aufweisen, wodurch die verschiedensten Verbindungen entstehen. Durch die immer größer werdende Entfernung des Valenzelektrons zum Kern sinkt mit steigender Ordnungszahl die Anziehungskraft. Das Elektron spaltet sich leichter ab und damit ist das Element reaktiver.

Bei der Reaktion mit Wasser kannst du dieses Phänomen gut beobachten.

Alkalimetalle mit Wasser

Mit Wasser (H₂O) reagieren Alkalimetalle (M) zu einem Alkalimetallhydroxid (MOH) und Wasserstoff (H₂). Die allgemeine Reaktionsgleichung sieht wie folgt aus:

2 M + 2 H₂O → 2 MOH + H₂

Diese Reaktion verläuft mit steigender Ordnungszahl zunehmend stärker. Lithium entzündet sich nur, wenn es fein zerkleinert vorliegt. Im Gegensatz dazu ist die Reaktion von Natrium mit Wasser bereits ziemlich heftig. Kalium entzündet sich und Rubidium und Caesium führen zu exothermen Reaktionen in Form von aggressiven Explosionen. Der Grund dafür ist der freigesetzte Wasserstoff.

Die einzelnen Reaktionen der Alkalimetalle mit Wasser sehen folgendermaßen aus:

1. Lithium:                                   2 Li + 2 H₂O → 2 LiOH + H₂
   
   
2. Natrium:                                  2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂
   
   
3. Kalium:                                     2 K + 2 H₂O → 2 KOH + H₂
   
   
4. Rubidium:                               2 Rb + 2 H₂O → 2 RbOH + H₂
   
   
5. Caesium:                                 2 Cs + 2 H₂O → 2 CsOH + H₂

Die Alkalimetallhydroxide sind Feststoffe und wirken wie ihre Lösungen stark ätzend. Die Hydroxide lösen sich im Wasser bei stärkerer Erwärmung leicht und reagieren stark basisch.

Alkalimetallhydride

Bei der Reaktion mit Wasserstoff bilden Alkalimetalle (M) salzartige Alkalimetallhydride (MH):

2 M + H₂ → 2 MH

Die Alkalihydride finden als Reduktions- und Trocknungsmittel Anwendung.

Alkalimetalloxide, Alkalimetallperoxide, Alkalimetallhyperoxide

Bei der Verbrennung an der Luft entstehen Oxide (M₂O), Peroxide (M₂O₂) und Hyperoxide (MO₂) durch die Reaktion mit Sauerstoff (O₂). Die Alkalimetalle reagieren hier sehr unterschiedlich. Lithium bildet nur Oxid. Dahingegen reagiert Natrium zu Oxid und Peroxid.

4 Li + O₂ → 2 Li₂O

4 Na + O₂ → 2 Na₂O

2 Na + O₂ → Na₂O₂

Es kann jedoch kein Hyperoxid bilden.

Kalium bildet alle Oxide (K₂O), Peroxide (K₂O₂) und Hyperoxide (KO₂). 

4 K + O₂ → 2 K₂O

2 K + O₂ → K₂O₂

K + O₂ → KO₂

Bei Caesium und Rubidium entzünden sich allerdings direkt die gebildeten Hyperoxide. Sie existieren also nicht lange und reagieren direkt weiter. So entstehen nur Oxide und Peroxide. Das liegt unter anderem am Siedepunkt, welcher mit steigender Ordnungszahl immer kleiner wird.

4 Rb + O₂ → 2 Rb₂O 

2 Rb + O₂ →  Rb₂O₂ 

4 Cs + O₂ → 2 Cs₂O 

2 Cs + O₂ → Cs₂O₂ 

Alkalimetallhalogenide

Bei der Reaktion mit Halogenen (X = F, Cl, Br, I) entstehen salzartige Alkalimetallhalogenide (MX). Während die Reaktivität der Alkalimetalle mit steigender Ordnungszahl zunimmt, sinkt sie bei den Halogenen. Die Reaktion von Brom und Kalium ist also sehr stark und explosionsartig, aber Natrium und Iod reagieren nur sehr träge miteinander.

2 M + X₂ → 2 MX

2 K + Br₂ → 2 KBr

2 Na + I₂ → 2 NaI

Das bekannteste Alkalimetallhalogenid ist besser bekannt als Alkalisalz. Du nennst es auch Natriumchlorid, oder Kochsalz.

2 Na + Cl₂ → 2 NaCl

Alkalisalze sind gut wasserlöslich und stark polare Verbindungen. Häufig werden sie auch in der Medikamentenherstellung verwendet, um Arzneistoffe stabiler oder besser wasserlöslich zu machen.

Alkalimetalle — häufigste Fragen

• Wo sind die Alkalimetalle im Periodensystem?
  Alkalimetalle ist die Bezeichnung für die Elemente der 1. Hauptgruppe des Periodensystems. Folgende Elemente zählen zu den Alkalimetallen: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium. Wasserstoff ist ebenfalls Teil der 1. Hauptgruppe, ist aber kein Metall.
  
  
• Welche Elemente gehören zu den Alkalimetallen?
  Zu den Alkalimetallen (Alkalielementen) zählen: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium.
  
  
• Wie sieht die Reaktion mit Sauerstoff bei Alkalimetallen aus?
  Alkalimetalle reagieren gerne mit Sauerstoff, weil sie sehr reaktionsfreudig sind. Schon bei der kleinsten Berührung mit der Luft findet eine Reaktion mit den Metallen statt. Dabei bildet sich ein Alkalimetalloxid.
  

Erdalkalimetalle

Jetzt weißt du alles über Alkalimetalle. Ihre Nachbarn sind die Elemente der zweiten Hauptgruppe. Sie nennst du auch Erdalkalimetalle. Schaue dir jetzt unser Video zu dem Thema an, um alles Wichtige zu erfahren. Bis gleich!