Metale alkaliczne (litowce)
Metale alkaliczne, nazywane też litowcami, zajmują pierwszą grupę układu okresowego, czyli skrajnie lewą kolumnę tablicy. Należą do nich lit, sód, potas, rubid, cez i frans. Wszystkie leżą w bloku s i mają dokładnie jeden elektron walencyjny, który bardzo łatwo oddają, tworząc jony o ładunku jeden plus. Dlatego w każdym swoim związku mają wartościowość I, bez wyjątków. To metale miękkie, dające się kroić nożem, lekkie i srebrzyste na świeżym przekroju, choć na powietrzu matowieją w kilka sekund. W przyrodzie nie występują w postaci czystego metalu, wyłącznie w związkach, a w pracowni przechowuje się je pod naftą, żeby odciąć je od tlenu i wilgoci. Nazwa grupy pochodzi od tego, że ich tlenki i wodorotlenki rozpuszczone w wodzie dają roztwory zasadowe, czyli alkalia.
Pierwiastki należące do grupy: Metale alkaliczne (litowce)
| Z | Pierwiastek | Symbol | Masa | Wartościowość | Opis |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 | Lit | Li | 6,94 u | I | Siedzi w akumulatorze twojego telefonu i w lekach stabilizujących nastrój. |
| 11 | Sód | Na | 22,99 u | I | Połowa soli kuchennej; czysty metal tańczy i płonie na wodzie. |
| 19 | Potas | K | 39,098 u | I | Utrzymuje rytm serca i pracę nerwów; roślinom dostarcza się go z nawozem. |
| 37 | Rubid | Rb | 85,468 u | I | Odmierza czas w zegarach atomowych i barwi płomień na ciemną czerwień. |
| 55 | Cez | Cs | 132,91 u | I | Jego drgania definiują sekundę — cały GPS chodzi w rytm cezu. |
| 87 | Frans | Fr | 223 u | I | Najbardziej nietrwały z naturalnych pierwiastków — nigdy nie zebrano widocznej próbki. |
Właściwości — Metale alkaliczne (litowce)
Litowce topią się wyjątkowo nisko jak na metale i im niżej w grupie, tym niżej. Lit topnieje w 180,5 °C, sód w 97,79, potas w 63,5, rubid w 39,3, a cez już w 28,5, czyli w gorący letni dzień byłby cieczą. Dla fransu danych brak, bo jest tak nietrwały, że nigdy nie zebrano widocznej próbki. Są też lekkie: lit ma gęstość 0,534, sód 0,968, potas 0,862, więc wszystkie trzy pływałyby po wodzie, gdyby z nią nie reagowały. Uwaga na pułapkę, bo gęstość nie rośnie tu równo w dół grupy: potas jest lżejszy od sodu, dopiero rubid z wartością 1,532 i cez z 1,873 są wyraźnie cięższe. Elektroujemność maleje od 0,98 dla litu przez 0,93 dla sodu i 0,82 dla potasu do 0,7 dla fransu, czyli osiąga najniższe wartości w całej tablicy. Reaktywność zachowuje się odwrotnie i rośnie w dół grupy: im większy atom, tym słabiej trzyma swój jedyny elektron walencyjny i tym gwałtowniej go oddaje.
Zastosowanie — gdzie spotykamy te pierwiastki
Lit pracuje w akumulatorach telefonów, laptopów i samochodów elektrycznych, wchodzi też w skład leków stabilizujących nastrój oraz niektórych szkieł. Sód jest znany przede wszystkim jako połowa soli kuchennej NaCl, a jego związki tworzą mydła, szkło i sodę; sam metal świeci żółto w latarniach sodowych. Potas jest pierwiastkiem biologicznym pierwszej potrzeby, bo bez niego nie działają nerwy ani mięsień sercowy, a rolnictwo zużywa ogromne ilości jego soli w nawozach. Codziennym źródłem potasu w diecie są między innymi banany. Rubid odmierza czas w zegarach atomowych, pracuje w fotokomórkach i w szkłach specjalnych. Cez ma zastosowanie najbardziej doniosłe z całej grupy: to jego drgania stanowią podstawę definicji sekundy, więc na cezie opiera się czas w sieciach telekomunikacyjnych i w systemie GPS. Frans nie ma żadnych zastosowań praktycznych, występuje wyłącznie w badaniach podstawowych.
Metale alkaliczne (litowce) w szkole — co trzeba wiedzieć
Kolejność litowców najłatwiej zapamiętać zdaniem: Litr Naftalinu Kupił Rubaszny Cesarz Francji, czyli lit, sód, potas, rubid, cez, frans. Na sprawdzianie prawie zawsze pojawia się reakcja z wodą i jej zapis: 2Na + 2H2O daje 2NaOH + H₂. Warto rozumieć, co się w niej dzieje, bo powstaje wodorotlenek, roztwór staje się zasadowy i fenoloftaleina barwi się na malinowo, a wydzielający się wodór potrafi się zapalić. Reaktywność rośnie w dół grupy, więc potas reaguje gwałtowniej niż sód, a sód gwałtowniej niż lit. To odwrotny kierunek niż u fluorowców i właśnie ta różnica jest najczęściej mylona. Drugi typowy błąd to zaliczanie wodoru do litowców: wodór stoi w tej samej kolumnie, ale jest niemetalem i litowcem nie jest. Trzeci to twierdzenie, że sód przechowuje się w wodzie, podczas gdy przechowuje się go pod naftą. Przydaje się też znajomość barw płomienia: sód żółty, potas fioletowy, lit czerwony. Ostatnia rzecz, o którą pytają nauczyciele, to uzasadnienie wartościowości. Litowiec ma jeden elektron walencyjny, oddaje go w całości i przechodzi w jon o ładunku jeden plus, dlatego wzory jego związków są zawsze proste: NaCl, KCl, Na₂O, NaOH.
Najczęstsze pytania — Metale alkaliczne (litowce)
Dlaczego sód wrzucony do wody wybucha?
Sód oddaje swój jedyny elektron walencyjny bardzo łatwo, więc reaguje z wodą natychmiast. Powstaje wodorotlenek sodu i wodór, a reakcja wydziela tyle ciepła, że kawałek metalu topnieje, biega po powierzchni i zapala uwolniony wodór. Sód ma gęstość 0,968, czyli mniejszą niż woda, dlatego nie tonie i reaguje na wierzchu.
Który metal alkaliczny jest najbardziej reaktywny?
Wśród pierwiastków trwałych cez, bo reaktywność litowców rośnie w dół grupy. Cez ma najniższą elektroujemność z tych, które da się badać, równą 0,79, więc swój elektron walencyjny oddaje najłatwiej. Formalnie najniższą wartość ma frans z elektroujemnością 0,7, ale jest tak nietrwały, że nigdy nie uzyskano widocznej próbki do zbadania.
Dlaczego metale alkaliczne przechowuje się pod naftą?
Bo reagują zarówno z tlenem, jak i z parą wodną z powietrza. Świeży przekrój sodu czy potasu matowieje w kilka sekund, a większy kawałek zostawiony na wilgotnym powietrzu może się zapalić. Nafta nie zawiera wody ani tlenu i jest od tych metali gęstsza, więc odcina je od atmosfery i pozwala trzymać je w stanie metalicznym.
Czy potas z banana to ten sam potas, co metal z pracowni?
Ten sam pierwiastek, ale nie ta sama postać. W bananie i w organizmie potas występuje wyłącznie jako jon o ładunku jeden plus, czyli w formie, która już oddała swój elektron walencyjny i jest chemicznie spokojna. Metaliczny potas z pracowni to postać nieutleniona, gwałtownie reagująca z wodą, i w żywności nie ma prawa się pojawić.
← Wszystkie grupy · Układ okresowy · Układ okresowy do druku