Alkalimetalle Unterabschnitte

Alkalimetalle

Vorkommen

Alkalimetalle kommen sehr häufig auf der Erde vor. Sie sind aber nicht elementar vorhanden, sondern liegen als lösliche oder ungelöste Salze vor.
  • Lithium: Silicatische Gesteine z.B. $Li(AlSi_{4}O_{10})$
  • Natrium: NaCl im Meerwasser und in Salzstöcken, $Na_{2}CO_{3}$ in Soda aus Meeres-Pflanzenasche
  • Kalium: KCl (Sylvin), $K(AlSi_{8}O_{8})$ (Kalifeldspat), $Na_{2}CO_{3}$ in Soda aus Land-Pflanzenasche
  • Rubidium und Cäsium (selten): $RbCl$ und $CsCl$ in Bad Dürkheimer Mineralwasser
  • Fracium: Zerfallsprodukt

Darstellung

Natrium:
Natrium wird mit dem Castnerverfahren (alt) oder mit dem Downsverfahren hergestellt.

Beim Castnerverfahren wird fest Natriumhydroxid $NaOH$ geschmolzen und elektrolysiert. Dabei entsteht Natrium und Sauerstoff.

Beim Downsverfahren wird $NaCl$ geschmolzen und elektrolysiert. Dabei wird $CaCl_{2}$ hinzugesetzt um den Schmelzpunkt des Natriumchlorids herabzusenken. Der schematische Aufbau der Downszelle ist wie folgt:

Kalium, Lithium:
Kalium und Lithium kann man ähnlich durch Schmelzflußelektrolyse gewinnen.

Rubidium und Cäsium:
Gewinnung im Labor unter Hochvakum aus Rubidium und Cäsiumchlorid mit Calzium:

\begin{displaymath}2RbCl+Ca\leftrightharpoons 2Rb\uparrow + CaCl_{2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2CsCl+Ca\leftrightharpoons 2Cs\uparrow + CaCl_{2}\end{displaymath}

Durch das Abdestillieren wird das Gleichgewicht auf die Prdoduktseite verschoben (Prinzip von Le Chatelier)

Verwendung

Lithium:
Schmierfett, Legierungen mit anderen Metallen als Leichtmetalle im Flugzeugbau, beim Panzerbau und in der Raumfahrt; $Li_{2}CO_{3}$ für Emaillie und Porzellan, sowie Spezialgläser; $LiOH$ zur Adsorption von $CO_{2}$.
Natrium:
$Na_{2}CO_{3}$ Waschmittel, Papierherstellung etc.; $NaHCO_{3}$ Backpulver und Feuerlöscher; $NaNO_{3}$ (Natriumnitrat) als Dünger.
Kalium:
$KNO_{3}$ Salpeter zur Herstellung von Schwarzpulver; $KCl$ Kalidünger; $KO_{2}$ adsorbiert $CO_{2}$ unter $O_{2}$-Bildung (Atemgeräte).

Chemische Eigenschaften

Alkalimetalle sind metallisch. Sie haben in der äußersten Elektronenschale ein Valenzelektron, welches sie bereitwillig abgeben. Sie sind stark elektropositiv und starke Reduktionsmittel. Wegen des Elektronengases leiten sie den Strom. Alkalimetall-Halogen-Verbindungen, sowie Alkalimetall-Oxid-Verbindungen sind Salze.

Alkalimetalle in Ammoniak

Alkalimetalle lassen sich in flüssigem Ammoniak lösen. Es werden dabei die Elektronen aufgenommen, welche eine blaue Färbung und eine hohe Volumenzunahme des Ammoniaks verursachen. Wird die Lösung gesättigt, so färbt sie sich bronzefarben, da die Metallatome dimerisieren:

\begin{displaymath}2Me\rightleftharpoons Me_{2}\end{displaymath}

Flammenfärbung

Alkalimetalle in Verbindungen lassen sich über die Flammenfärbung nachweisen. In der Flamme strahlen sie eine bestimmte Farbe ab:

Metall Farbe
Li rot
Na gelb
K rotviolett
Rb rot
Cs blau

Oxidanionen

Peroxid-Anion: farblos
\includegraphics*{o2_2.eps}

Hyperoxid-Radikalanion: gelb
\includegraphics*{o2_1.eps}

Ozonoid-Radikalanion: rot
$O_{3}^{-}$

Eineinhalboxide: schwarz - ungewöhliche Farbe
Eineinhalboxide sind eine Mischung aus Peroxid-Alkalimetallen und Hyperoxid-Alkalimetallen.

Oxide

Zu jedem Alkalimetall können das normal Oxid, das Hyperoxid, das Peroxid und das Ozonoid gebildet werden. Nur bei Lithium gibt es das Ozonoid und das Hyperoxid nicht. Die Alkalimetalle nehmen folgende Oxide vorrangig ein. Bei den $\surd$ ist es möglich dieses Oxid auch zu bilden.

Ozonid Hyperoxid Peroxid normale Wertigkeit
- - $\surd$ $Li_{2}O$
$\surd$ $\surd$ $Na_{2}O_{2}$ $\surd$
$\surd$ $KO_{2}$ $\surd$ $\surd$
$\surd$ $RbO_{2}$ $\surd$ $\surd$
$\surd$ $CsO_{2}$ $\surd$ $\surd$