Wie wird sich die Abrennbarkeit des Außenelektrons in der Reihe von Lithium zu Francium ändern?
Schutzbrille! Ein größeres Stück Natrium (oder Kalium) wird durchschnitten. Beobachte dabei, wie sich die Schnittfläche verändert!In der I. Hauptgruppe des Periodensystems stehen die Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium. Sie werden Alkalimetalle genannt. Entsprechend ihrer Stellung im PSE ist ihre äußerste Elektronenschale (Valenzschale) nur mit einem einzigen Elektron besetzt. Es sind weiche Metalle, deren Schnittfläche silbrig glänzt (Metallglanz).
| Element | Atom- masse (u) | Atom- radius (nm) | Dichte | Schmelz- punkt °C | Siede- punkt °C |
|---|---|---|---|---|---|
| Lithium | 6,9 | 0,122 | 0,53 | 179 | 1336 |
| Natrium | 22,9 | 0,157 | 0,97 | 97,9 | 883 |
| Kalium | 39,1 | 0,202 | 0,86 | 63,5 | 757 |
| Rubidium | 85,4 | 0,216 | 1,53 | 39,0 | 700 |
| Cäsium | 132,9 | 0,235 | 1,90 | 28,4 | 670 |
| Reaktionsfähigkeit nimmt von oben nach unten ab | |||||
Alkalimetalle: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium.Eigenschaften: Glanz, weich, sehr reaktionsfähig, Reduktionsmittel, reagieren mit Wasser unter Wasserstoffentwicklung.Reaktionsvermögen nimmt mit Atommasse zu.| Element | Flammenfarbe |
|---|---|
| Li | karminrot |
| Na | gelb |
| K | violett |
| Rb | violett |
| Cs | violett |
Fähigkeit, Elektronen abzugeben, steigt mit dem Atomradius.Flammenfärbung: Lithium - rot, Natrium - gelb, Kalium - violett.
Ein ausgeglühtes Magnesiastäbchen oder Platindraht wird in verschiedene Natriumsalze getaucht und in die nichtleuchtende Gasflamme geführt.
Der vorige Versuch wird mit Lithium, Kalium-, Rubidium- und Cäsiumsalzen wiederholt.Alkalimetalle und ihre Salze verleihen der nichtleuchtenden Flamme eine charakteristische Färbung (Flammenfärbung). Diese Erscheinung wird zum Nachweis dieser Metalle bei chemischen Untersuchungen ausgenutzt. So kann mit dieser Methode in Pflanzen (z.B. Tabak) Kalium nachgewiesen werden.
Die Alkalimetalle zeigen gegenüber Wasser ein überraschendes Verhalten. Lithium, Natrium und Kalium sind so leicht, dass sie auf dem Wasser schwimmen (vgl. Dichte in Tabelle 24). Bei Berührung mit Wasser tritt sofort eine heftige Reaktion ein.
Die dabei entstehende Wärme reicht aus, um die Metalle zu schmelzen. Bei dieser chemischen Reaktion entsteht Wasserstoff und eine Lauge.
(Indikator! VgI. Kapitel 2).
| Natrium | + | Wasser |  |
Natronlauge | + | Wasserstoff |
| Kalium | + | Wasser | |
Kalilauge | + | Wasserstoff |
Elemente sorgfältig entrinden und trocknen. Mit kleinen Mengen arbeiten! Schutzbrille!
Der Versuch wird mit einem gleichgroßen Stückchen Lithium und Kalium wiederholt.Es handelt sich dabei um exotherme Reaktionen, die bei Kalium so viel Energie liefert, dass sich der Wasserstoff sofort entzündet. Wird beim Natrium die Bewegung auf dem Wasser gebremst, so entzündet sich auch hier der Wasserstoff.
Das unterschiedliche Verhalten von Natrium und Kalium spiegelt deutlich den Atombau wider. Natrium hat einen kleineren Atomradius als Kalium. Die Protonen des Natriums üben deshalb auf das Außenelektron eine stärkere Anziehung aus als die des Kaliums. Je leichter aber die Elektronen aus der Atomhülle austreten können, desto eher können sie sich an chemischen Reaktionen beteiligen. Eine chemische Reaktion ist auch begünstigt, wenn Elektronen leicht eingefangen werden können. Dies ist z. B. bei den Halogenen der Fall. Reaktionen zwischen Halogenen und Alkalimetallen verlaufen besonders heftig.
Auf das Wasser wird Filterpapier gelegt und darauf ein Stücken Natrium gebracht.
Ein Rg wird mit Kohlendioxid gefüllt, ein halberbsengroßes Stück Natrium hineingeworfen und sofort mit Watte verschlossen. Nun wird vorsichtig erhitzt.Die Reaktionsbereitschaft des Natriums zu Sauerstoff ist so groß, dass es sogar den im Kohlendioxid gebundenen Sauerstoff an sich reißt. Dies erfolgt unter Aufglühen und Rußabscheidung (Schwarzfärbung am Grunde des Reagenzglases). Natrium entzieht einer Verbindung den Sauerstoff, es ist ein Reduktionsmittel. Grund: Es gibt leicht sein Außenelektron ab!
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Na+ | + | e– | |||
| Natriumatom | Natriumion | ||||||
Bei der Reaktion von Natrium mit Kohlendioxid entsteht Kohlenstoff und
das Salz Natriumcarbonat.
| 3CO2 | + | 4Na | |
2Na2CO3 | + | C | |||
| Kohlendioxid | Natrium | Natriumcarbonat | Kohlenstoff | ||||||
