Was sind Alkalimetalle und ihre Eigenschaften? Das erfährst du in diesem Beitrag oder in unserem Video dazu.
Inhaltsübersicht
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.
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
Zu den Alkalimetallen zählen die Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium aus der 1. Hauptgruppe des Periodensystems. Wasserstoff gehört nicht dazu, da er bei Standardbedingungen weder fest ist noch metallische Eigenschaften aufweist.
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:
| Lithium | Natrium | Kalium | Rubidium | Caesium | Francium | |
| Ordnungszahl | 3 | 11 | 19 | 37 | 55 | 87 |
| Atommasse [u] | 6,49 | 22,99 | 39,10 | 85,47 | 132,91 | 223,02 |
| Dichte [g/cm3] | 0,53 | 0,97 | 0,86 | 1,53 | 1,90 | – |
| Schmelzpunkt [°C] | 180,54 | 97,72 | 63,38 | 39,31 | 28,44 | 25 |
| Siedepunkt [°C] | 1330 | 890 | 774 | 688 | 690 | 677 |
| Elektronegativität | 0,98 | 0,93 | 0,82 | 0,82 | 0,79 | 0,70 |
| Ionisierungsenergie [eV] | 5,39 | 5,14 | 4,34 | 4,18 | 3,89 | 4,07 |
| Flammenfärbung | karminrot | gelb |
hell-violett |
rot-violett | blau-violett | – |
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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:
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:
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Lithium: 2 Li + 2 H2O → 2 LiOH + H2
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Natrium: 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
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Kalium: 2 K + 2 H2O → 2 KOH + H2
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Rubidium: 2 Rb + 2 H2O → 2 RbOH + H2
- 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.
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!
Alkalimetalle — häufigste Fragen
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Alkalimetalle — häufigste Fragen
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Wie heißt die erste Hauptgruppe im Periodensystem?Die erste Hauptgruppe im Periodensystem heißt Alkalimetalle. Zu dieser Hauptgruppe zählen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium, während Wasserstoff trotz seiner Position darüber nicht zu den Alkalimetallen gerechnet wird.
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Welche Eigenschaften haben Alkalimetalle?Alkalimetalle sind silbrig glänzende, weiche Metalle mit geringer Dichte, die Wärme und Strom gut leiten. Alkalimetalle reagieren sehr leicht, weil sie nur ein Außenelektron besitzen und deshalb schnell einfach positiv geladene Ionen bilden. Außerdem zeigen ihre Verbindungen typische Flammenfärbungen.
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Welches Alkalimetall reagiert am heftigsten mit Wasser?Caesium reagiert von den üblichen Alkalimetallen am heftigsten mit Wasser. Innerhalb der Alkalimetalle wird die Reaktion mit Wasser von oben nach unten immer stärker, sodass Natrium schon deutlich heftiger als Lithium reagiert und Rubidium sowie Caesium explosionsartig reagieren können.
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Wo findet man Alkalimetalle im Alltag?Alkalimetalle findet man im Alltag vor allem in Verbindungen, nicht als reine Metalle. Ein typisches Beispiel ist Kochsalz, das aus Natriumchlorid (
) besteht. Außerdem stecken Alkalimetallverbindungen in Feuerwerk, weil sie die Flammenfarben erzeugen, und in manchen Medikamenten als gut wasserlösliche Salze.
Elementgruppen verstehen
Alkalimetalle gehören zu den Elementgruppen im Periodensystem und sind ein wichtiges Thema in der Chemie. Wer sich mit Elementgruppen beschäftigt, vergleicht ihre Stellung im Periodensystem, ihre Eigenschaften und typische Reaktionen. Dabei wird klar, wie der Aufbau der Atome das Verhalten der Elemente bestimmt. Im Chemiebereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.
