Métal alcalin

Métaux alcalins
gaz rares ←    → métaux alcalino-terreux
Numéro de groupe IUPAC 1 Nom Par élément groupe de lithium Nom trivial les métaux alcalins Numéro de groupe CAS (US) IA ancien numéro UICPA (européenne) IA
↓ Période
2	Lithium (Li) 3
3	Sodium (Na) 11
4	Le potassium (K) 19
5	Rubidium (Rb) 37
6	Césium (Cs) 55
7	Francium (Fr) 87
Légende Métal alcalin Primordial élément radioactif naturel Atomique couleur de nombre: noir = solide

Les métaux alcalins sont un groupe dans le tableau périodique constitué de l' éléments chimiques lithium (Li), le sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), le césium (Cs) et le francium (Fr). Ce groupe se situe dans la s-bloc de la classification périodique des éléments comme les métaux alcalins ont leur électron externe dans un s-orbital. Les métaux alcalins fournissent le meilleur exemple de les tendances du groupe de propriétés dans le tableau périodique, avec des éléments présentant bien caractérisés comportement homologue.

Les métaux alcalins ont des propriétés très similaires: ils sont tous brillants, doux, très des métaux réactifs à température et pression normales et perdent leur facilement électrons extérieure pour former des cations avec la charge 1. Ils peuvent tous être coupés facilement avec un couteau en raison de leur douceur, l'exposition d'une surface brillante qui ternit rapidement dans l'air en raison de l'oxydation. En raison de leur forte réactivité, ils doivent être entreposés dans l'huile pour empêcher une réaction avec de l'air, et se trouvent naturellement que dans des sels et jamais comme l'élément libre. Dans le moderne Nomenclature IUPAC, les métaux alcalins comprennent le groupe 1 éléments, en excluant un atome d'hydrogène (H), qui est nominalement un élément du groupe 1, mais ne est normalement pas considéré comme un métal alcalin car il présente rarement comportement comparable à celle des métaux alcalins. Tous les métaux alcalins réagissent avec l'eau, avec les métaux alcalins lourds réagir plus vigoureusement que les plus légers.

Tous les métaux alcalins découvertes se produisent dans la nature: dans l'ordre de abondance, le sodium est le plus abondant, suivi par le potassium, le lithium, le rubidium, le césium, le francium et enfin, ce qui est très rare en raison de sa très haute radioactivité et donc ne se produit que dans traces en raison de sa présence dans naturelle chaînes de désintégration. Des expériences ont été menées pour tenter la synthèse de Ununennium (Uue), qui est susceptible d'être le prochain membre du groupe, mais ils ont tous rencontré l'échec comme de 2012. Toutefois, Ununennium peut ne pas être un métal alcalin en raison de effets relativistes, qui sont prévus pour avoir une grande influence sur les propriétés chimiques de éléments super-lourds; même si elle ne se révéler être un métal alcalin, il est prévu d'avoir des différences dans les propriétés physiques et chimiques de ses homologues plus légers.

La plupart des métaux alcalins ont de nombreuses applications différentes. Deux des applications les plus connues des éléments purs sont rubidium et le césium horloges atomiques, dont césium horloges atomiques sont la représentation la plus précise du temps connu sous le nom de 2013. Une application courante des composés du sodium est la Lampe à vapeur de sodium, qui émet une lumière très efficace. Le sel de table ou chlorure de sodium, a été utilisée depuis l'Antiquité. Le sodium et le potassium sont également éléments essentiels, ayant des rôles majeurs que biologiques électrolytes, et bien que les autres métaux alcalins ne sont pas essentiels, ils ont aussi des effets différents sur le corps, à la fois bénéfiques et néfastes.

Caractéristiques

Chimique

Série de métaux alcalins, stockées dans une huile minérale pour éviter l'oxydation. ("Natrium" est le nom allemand de sodium.)

Comme d'autres groupes, les membres connus de ce spectacle de la famille des modèles dans son configuration électronique, en particulier les coquilles ultrapériphériques, résultant des tendances dans le comportement chimique:

La plupart de la chimie a été observée seulement pour les cinq premiers membres du groupe. La chimie de francium ne est pas bien établie en raison de son extrême la radioactivité; Ainsi, la présentation de ses propriétés ici est limité.

Césium réagit explosive avec l'eau, même à basses températures

Tous les métaux alcalins sont très réactifs et ne sont jamais trouvés dans les formes élémentaires de la nature. De ce fait, ils sont généralement stockés dans une huile minérale ou kérosène (huile de paraffine). Ils réagissent agressivement avec les halogènes pour former le des halogénures de métaux alcalins, qui sont blanches composés cristallins ioniques qui sont tous solubles dans l'eau, sauf le fluorure de lithium ( Li F ). Les métaux alcalins réagissent également avec l'eau pour former fortement alcalines hydroxydes et donc doivent être manipulés avec beaucoup de soin. Les métaux alcalins lourds réagissent plus vigoureusement que les plus légers; par exemple, en cas de chute dans l'eau, produit une explosion césium plus grand que le potassium. Les métaux alcalins ont la première plus bas les énergies d'ionisation dans leurs périodes respectives de la classification périodique des éléments en raison de leur faible charge nucléaire effective et la capacité d'atteindre un gaz noble configuration en perdre un seul électron . La seconde énergie d'ionisation de l'ensemble des métaux alcalins est très élevée car elle est dans une enveloppe complète qui est également plus près du noyau; ainsi, ils perdent presque toujours un seul électron, formant cations. Le alkalides sont une exception: ils sont composés instables qui contiennent des métaux alcalins dans un état d'oxydation de -1, ce qui est très inhabituel comme avant la découverte des alkalides, les métaux alcalins ne étaient pas censés être en mesure de former des anions et ont été pensés pour être en mesure à apparaître dans des sels seulement comme cations. Les anions ont rempli alkalide s-sous-couches, ce qui leur donne plus de stabilité et leur permet d'exister. Tous les métaux alcalins stables à l'exception de lithium sont connus pour être capables de former alkalides, et les alkalides avoir beaucoup d'intérêt en raison de leur théorique inhabituel stoechiométrie et basse potentiels d'ionisation. Alkalides sont chimiquement similaire à la electrides, qui sont des sels avec piégés électrons agissant comme anions. Un exemple particulièrement frappant d'une alkalide est "inverse l'hydrure de sodium ", H ⁺ Na ^-, par opposition à l'hydrure de sodium habituel, Na ⁺ H ^-: elle est instable dans l'isolement, en raison de sa haute énergie résultant du déplacement de deux électrons de l'hydrogène de sodium, bien que plusieurs dérivés sont prédites être métastable ou stable.

La chimie de lithium montre plusieurs différences par rapport à celle du reste du groupe que le petit cation Li ⁺ polarise anions et donne une plus ses composés caractère covalente. Le lithium et le magnésium ont un relation diagonale: à cause de cela, le lithium a quelques similitudes avec le magnésium. Par exemple, le lithium constitue une étable nitrure, une propriété commune à tous les métaux alcalino-terreux (Groupe d'magnésium), mais unique parmi les métaux alcalins. En outre, parmi leurs groupes respectifs, ne lithium et le magnésium forme covalente les composés organométalliques (par exemple Li Moi et MgMe _2). Le fluorure de lithium est le seul halogénure de métal alcalin qui ne est pas soluble dans l'eau, et l'hydroxyde de lithium est le seul hydroxyde de métal alcalin qui ne est pas déliquescente. Francium est également prédit montrent quelques différences en raison de sa haute poids atomique, provoquant ses électrons de voyager à des fractions considérables de la vitesse de la lumière et donc de rendre effets relativistes plus important. Contrairement à la tendance à la baisse électronégativités et les énergies d'ionisation de métaux alcalins, électronégativité ionisation et l'énergie de francium sont prévus pour être plus élevé que le césium est dû à la stabilisation relativiste des électrons 7s; aussi, sa rayon atomique devrait être anormalement bas.

Les composés et réactions

La réaction avec de l'eau (hydroxydes de métaux alcalins)

Vidéo externe

Réactions des métaux alcalins avec de l'eau, menée par l' Open University

Une réaction de 3 livres (≈ 1,4 kg) de sodium avec de l'eau

Tous les métaux alcalins réagissent violemment ou explosivement avec de l'eau froide, la production d'un solution aqueuse de l'fortement base de métal alcalin de l'hydroxyde et de libérer de l'hydrogène gazeux. Cette réaction devient plus vigoureuse descendre le groupe: le lithium réagit de façon constante avec effervescence, mais sodium et de potassium peuvent se enflammer et rubidium et le césium couler dans l'eau et de générer de l'hydrogène gazeux si rapidement que les ondes de choc se forment dans l'eau qui peuvent briser des récipients en verre. Quand un métal alcalin tombe dans l'eau, elle produit une explosion, dont il existe deux étapes distinctes. Le métal réagit avec l'eau en premier, brisant les liaisons hydrogène dans l'eau et la production de l'hydrogène gazeux; Ceci a lieu plus rapide pour les métaux alcalins lourds plus réactifs. En second lieu, la chaleur générée par la première partie de la réaction se enflamme souvent l'hydrogène gazeux, l'amenant à brûler de manière explosive dans l'air environnant. Cette secondaire explosion de gaz d'hydrogène produit la flamme visible au-dessus du bol d'eau, un lac ou autre étendue d'eau, pas la réaction initiale du métal avec de l'eau (qui tend à se produire plus souvent sous l'eau).

La réaction chimique de métaux alcalins avec de l'eau est:

2 M (s) + 2 H ₂ O (l) → 2 MOH (aq) + H ₂ (g) (où M représente un métal alcalin)

La réaction avec de l'azote (nitrures de métaux alcalins)

cellule unitaire modèle de boule-et-bâton de le nitrure de lithium

Le lithium, le plus léger des métaux alcalins, est le seul métal alcalin qui réagit avec l'azote à des conditions standard, et son le nitrure est le nitrure seulement de métal alcalin stable. L'azote est un gaz non réactif parce briser la forte triple liaison dans le diazote molécule (N ₂₎ nécessite beaucoup d'énergie. La formation d'un nitrure de métal alcalin ne consommer de l'énergie d'ionisation du métal alcalin (formant M ⁺ ions), l'énergie nécessaire pour rompre la triple liaison en N ₂ et la formation de N ^3- ions, et toute l'énergie libérée par le formation d'un nitrure de métal alcalin est de la énergie du réseau de nitrure de métal alcalin. L'énergie de réseau est maximisée avec de petits ions, fortement chargés; les métaux alcalins ne forment pas des ions hautement chargés, seulement former des ions avec une charge de 1, de sorte que le lithium, le plus petit métal alcalin, peut libérer suffisamment d'énergie du réseau pour faire la réaction avec de l'azote exothermique, formant le nitrure de lithium. Les réactions des autres métaux alcalins avec de l'azote ne libèrent suffisamment d'énergie de treillis et seraient donc endothermique, de sorte qu'ils ne forment pas nitrures dans les conditions normales. ( le nitrure de sodium (Na ₃ N) et du nitrure de potassium (K ₃ N), tout en existant, sont extrêmement instables, étant sujettes à la décomposition en arrière en leurs éléments constitutifs, et ne peut être produit en faisant réagir les uns avec les autres éléments dans des conditions standard).

La réaction chimique du lithium avec de l'azote est la suivante:

6 Li (s) + N ₂ (g) → 2 Li ₃ N (s)

La réaction avec l'oxygène (oxydes de métaux alcalins)

Rb 9 O 2 cluster, composé de deux régulière octaèdres relié à l'autre par une face		Cs 11 O 3 cluster, composé de trois octaèdres réguliers où chaque octaèdre est relié à aux deux autres par une face chacun. Tous les trois octaèdres ont un bord en commun.

Tous les métaux alcalins réagissent vigoureusement avec l'oxygène dans des conditions normales. Ils forment divers types d'oxydes simples, tels que oxydes (contenant l'ion O ^2-), peroxydes (contenant le 2- O
Ion 2, où il ya un une simple liaison entre les deux atomes d'oxygène), superoxydes (contenant le O -
Deux ions), et bien d'autres. Lithium brûle dans l'air pour former oxyde de lithium, sodium, mais réagit avec l'oxygène pour former un mélange de oxyde de sodium et le peroxyde de sodium. Le potassium se forme un mélange de le peroxyde de potassium et superoxyde de potassium, le rubidium et le césium tandis que la superoxyde forment exclusivement. Leurs augmentations de réactivité descendant le groupe: tout le lithium, le sodium et le potassium brûlent simplement dans l'air, le rubidium et le césium sont pyrophorique (se enflammer spontanément dans l'air).

Les métaux alcalins plus petits ont tendance à polariser les anions plus complexes (le peroxyde et superoxydes) en raison de leur petite taille. Ceci attire les électrons dans les anions complexes à l'égard l'un de ses atomes constituants de l'oxygène, formant un ion d'oxyde et un atome d'oxygène. Cela provoque lithium pour former l'oxyde exclusivement par réaction avec de l'oxygène à la température ambiante. Cet effet devient considérablement plus faible pour la plus grande sodium et de potassium, ce qui leur permet de former des peroxydes moins stables. Le rubidium et le césium, en bas du groupe, sont si grandes que même les superoxydes moins stables peuvent se former. Parce que la superoxyde libère le plus d'énergie lorsqu'il est formé, le superoxyde est préférentiellement formé par les métaux alcalins plus grands où les anions plus complexes ne sont pas polarisées. (Les oxydes et peroxydes de métaux alcalins de ces existent, mais ne forment pas lors de la réaction directe du métal avec de l'oxygène dans des conditions standard).

La réaction chimique de métaux alcalins avec de l'oxygène qui forme l'oxyde est:

4 M (s) + O ₂ (g) → 2 H ₂ O (s) (dans laquelle M représente un métal alcalin)

La réaction chimique qui forme le peroxyde est:

2 M (s) + O ₂ (g) → M ₂ O ₂ (s) (dans laquelle M représente un métal alcalin)

La réaction chimique qui forme la superoxyde est la suivante:

M (s) + O ₂ (g) → MO ₂ (s) (dans laquelle M représente un métal alcalin)

Rubidium et le césium peuvent former même oxydes plus complexes que les superoxydes. Le rubidium Rb peuvent former ₆ O ₉ et Rb ₂ O lors de l'oxydation à l'air, tandis que le césium forme une immense variété d'oxydes, tel que le ozonide CsO ₃ et plusieurs couleurs vives sous-oxydes, tels que ₇ O Cs, Cs O _4, Cs _{11 3} O, Cs ₃ O (vert foncé), CSO, Cs ₂ O _3, ainsi que de Cs ₂ O _7. Ce dernier peut être chauffé sous vide pour générer Cs ₂ O.

La réaction avec les atomes d'halogène (halogénures de métal alcalin)

Un échantillon de chlorure de césium

Les métaux alcalins sont parmi les plus éléments électropositifs sur le tableau périodique et ont donc tendance à liaison ionique au plus électronégatifs éléments du tableau périodique, les halogènes , formant des sels connus comme les halogénures de métaux alcalins. Cela comprend le chlorure de sodium , autrement connu sous le nom de sel commun. La réactivité du lithium devient supérieure à césium et passe de fluor à l'iode . Toutes les halogénures de métaux alcalins ont la formule MX où M est un métal alcalin et X est un halogène. Ils sont tous des solides cristallins blancs ioniques. Tous les halogénures de métaux alcalins sont solubles dans l'eau à l'exception de le fluorure de lithium (LiF), qui est insoluble dans l'eau en raison de ses très élevé enthalpie treillis. L'enthalpie de réseau élevé de fluorure de lithium est en raison de la petite taille des Li ⁺ et F ^- ions, provoquant les interactions électrostatiques entre eux pour être forte.

La réaction chimique de métaux alcalins avec les halogènes est:

M + 2 X → ₂ MX 2 (où M représente un métal alcalin et X représente un atome d'halogène)

Physique

Les métaux alcalins sont tous de couleur argent à l'exception de césium, qui a une teinte dorée. Tous sont doux et ont de faibles densités , des points de fusion et les points d'ébullition .

Le tableau ci-dessous est un résumé des propriétés physiques et atomiques clés de métaux alcalins. Les données marquées de points d'interrogation sont soit incertain ou sont basées sur des estimations partiellement tendances périodiques plutôt que observations.

Métal alcalin	Standard masse atomique ( u)	Point de fusion	Point d'ébullition	Densité (G / cm 3)	Électronégativité ( Pauling)	Première énergie d'ionisation ( kJ · mol -1)	Rayon atomique ( h)	Couleur test flamme
Lithium	6,94 (1)	453,69 K , 180,54 ° C , 356,97 ° F	1615 K, 1342 ° C, 2448 ° F	0,534	0,98	520,2	152	Rouge
Sodium	22.98976928 (2)	370,87 K, 97,72 ° C, 207,9 ° F	1156 K, 883 ° C, 1621 ° F	0,968	0,93	495,8	186	Forte d'orange ou jaune persistante
Potassium	39,0983 (1)	336,53 K, 63,38 ° C, 146,08 ° C	1032 K, 759 ° C, 1398 ° F	0,89	0,82	418,8	227	Lilas ou rose
Rubidium	85,4678 (3)	312,467 K, 39,31 ° C, 102,76 ° C	961 K, 688 ° C, 1270 ° F	1,532	0,82	403,0	248	Rouge ou rouge-violet
Césium	132.9054519 (2)	301,59 K, 28,44 ° C, 83.19 ° F	944 K, 671 ° C, 1240 ° F	1,93	0,79	375,7	265	Bleue ou violette
Francium	[223]	? 300 K, ? 27 ° C, ? 80 ° F	? 950 K, ? 677 ° C, ? 1250 ° F	? 1,87	? 0,7	380	?	?

Nucléaire

Tous les métaux alcalins ont un numéro atomique impair; par conséquent, leurs isotopes doivent être soit impair impair (deux protons et nombre de neutrons sont impairs) ou , même impair ( nombre de protons est étrange, mais le nombre de neutrons est encore). Odd-noyaux impairs ont même nombres de masse, tout en noyaux impairs-même ont des numéros impairs de masse. Odd-odd nucléides primordiaux sont rares car les noyaux les plus impair impairs sont très instables par rapport à désintégration bêta, parce que les produits de désintégration sont encore-même, et sont donc plus fortement liés, en raison de effets d'appariement nucléaires: sur les 254 stables nucléides ou observationnellement stables, seulement cinq ont à la fois un nombre impair de protons et de nombre impair de neutrons: hydrogène-2 ( deuterium), lithium-6, bore-10, l'azote-14, et tantale 180m. Le quatre de ces premiers ont une faible masse, pour lesquels la modification d'un proton en neutron ou vice versa conduirait à un ratio proton-neutron très déséquilibrée; la dernière, le tantale-180m, est le seul primordiale isomère nucléaire, qui n'a pas encore été observé à la pourriture en dépit des tentatives expérimentales et les prédictions théoriques qu'il ne peut pas vraiment être stable (sa décadence est fortement inhibée par sa haute spin). En outre, quatre nucléides impair impair radioactifs à vie longue ( potassium-40, vanadium-50, lanthane-138, et lutécium-176) se produisent naturellement.

En raison de la grande rareté des noyaux impair impairs, presque tous les isotopes primordiaux des métaux alcalins sont impairs-même (les exceptions étant la lumière isotope stable lithium-6 et la longue durée de vie radio-isotope de potassium-40). Pour un certain nombre de masse étrange étant donné, il peut y avoir une seule bêta-nucléide stable, car il n'y a pas une différence de l'énergie de liaison entre les pair-impair et pair-impair comparable à celle entre pair-pair et impair impair, laissant les autres nucléides du même nombre de masse ( isobares) gratuits à désintégration bêta vers le nucléide le plus faible masse. Un effet de l'instabilité d'un nombre impair de chaque type de nucléons est que les éléments impairs, tels que les métaux alcalins, ont tendance à avoir moins d'isotopes stables que les éléments paires. Sur les 26 monoisotopiques éléments qui ne ont qu'un seul isotope stable, tous sauf un ont un numéro atomique impair - la seule exception à la fois aux règles étant béryllium . Tous ces éléments ont également un nombre pair de neutrons, à la seule exception étant nouveau béryllium.

Tous les métaux alcalins à l'exception du lithium et du césium ont au moins un état naturel radio-isotope: sodium-22 et sodium-24 sont des radio-isotopes en traces produites cosmogenically, le potassium-40 et rubidium-87 ont de très longues demi-vies et ainsi se produisent naturellement, et tout isotopes de francium sont radioactifs. Le césium a également été pensé pour être radioactifs dans le début du 20e siècle, même si elle a naturellement pas de radio-isotopes se produire. (Francium ne avait pas été encore découvert à ce moment.) La radio-isotope naturel de potassium, le potassium 40, représente environ 0,012% de potassium naturel, et le potassium donc naturel est faiblement radioactifs. Le scientifique soviétique DK Dobroserdov observé ce faible radioactivité dans un échantillon de potassium en 1925 et a supposé à tort que eka-césium (actuellement connu pour être le francium) contaminait l'échantillon. Il a ensuite affirmé avoir découvert eka-césium et prédit ses propriétés, le nommant russium après son pays d'origine. Peu de temps après, Dobroserdov a commencé à se concentrer sur sa carrière d'enseignant à l'Institut Polytechnique de Odessa, et il n'a pas poursuivi l'autre élément.

Dispositif de radiothérapie du type à roues qui a une longue collimateur pour focaliser le rayonnement en un faisceau étroit. Le chlorure source radioactive de césium-137 est le carré bleu, et les rayons gamma sont représentés par le faisceau sortant de l'ouverture. Ce est la source de rayonnement dans l'accident Goiânia, contenant environ 93 g de chlorure de césium-137.

Le césium-137, avec une demi-vie de 30,17 années, est l'un des deux principaux durée moyenne des produits de fission, ainsi que strontium-90, qui sont responsables de la majeure partie de la de radioactivité combustible nucléaire usé après plusieurs années de refroidissement, jusqu'à plusieurs centaines d'années après l'utilisation. Il constitue l'essentiel de la radioactivité encore à gauche de la catastrophe de Tchernobyl . ¹³⁷ Cs beta se désintègre en baryum 137m (une courte durée isomère nucléaire), qui se désintègre alors non radioactif baryum-137. Il est fortement émetteur de rayonnement gamma. ¹³⁷ Cs a un taux de capture de neutrons très faible et ne peut pas être faisable disposé de cette manière, mais doit être autorisé à se désintégrer. ¹³⁷ Cs a été utilisé en tant que traceur dans les études hydrologiques, analogue à l'utilisation de ³ H. De petites quantités de le césium 134 et le césium 137 ont été libérés dans l'environnement pendant la quasi-totalité les essais d'armes nucléaires et certains accidents nucléaires, notamment le Accident de Goiânia et de la catastrophe de Tchernobyl . En 2005, le césium-137 est la principale source de rayonnement dans le zone d'aliénation autour de la Tchernobyl centrale nucléaire. Avec le césium-134, l'iode-131, et strontium 90, le césium 137 a été parmi les isotopes distribués par l'explosion du réacteur qui constituent le plus grand risque pour la santé. La mauvaise manipulation du césium-137 sources de rayons gamma peut provoquer le dégagement de cette radio-isotopes et rayonnement blessures. Peut-être le cas le plus connu est l'accident de Goiânia de 1987, dans lequel un mal-disposé-du système de thérapie par rayonnement à partir d'une clinique abandonnée dans la ville de Goiânia, Brésil , a été récupéré dans un dépotoir, et l'éclatante sel de césium vendu à curieux, acheteurs incultes. Cela a conduit à quatre décès et de blessures graves de l'exposition aux rayonnements.

Tendances périodiques

Les métaux alcalins sont plus similaires les uns aux autres que les éléments de tout autre groupe sont à l'autre. Par exemple, lorsque l'on descend de la table, tous les métaux alcalins connus montrent de plus en plus rayon atomique, diminuant électronégativité, augmentant la réactivité, et la diminution des points de fusion et d'ébullition. En général, les densités augmentent lors du déplacement vers le bas de la table, à l'exception que le potassium est moins dense que le sodium.

Rayons atomiques et ioniques

Charge nucléaire effective sur un électron atomique

Le rayon atomique des métaux alcalins augmenter descendant le groupe. À cause de la blindage effet, lorsqu'un atome a plus d'un coquille électrons, chaque électron sent répulsion électrique des autres électrons ainsi que l'attraction électrique du noyau. Dans les métaux alcalins, le électronique extérieure ne se sent une charge nette de 1, comme certains de la charge nucléaire (qui est égal au nombre atomique ) est annulé par les électrons interne; le nombre d'électrons interne d'un métal alcalin est toujours une de moins que la charge nucléaire. Par conséquent, le seul facteur qui affecte le rayon atomique des métaux alcalins est le nombre de couches électroniques. Depuis ce nombre augmente sur le groupe, le rayon atomique doit également augmenter sur le groupe.

Le rayons ioniques des métaux alcalins sont beaucoup plus petites que leur rayon atomique. Ce est parce que l'électron le plus extérieur des métaux alcalins est dans une autre coquille d'électrons que les électrons internes, et donc quand il est retiré de l'atome résultant présente une couche électronique est plus petit et moins. En outre, le charge nucléaire effective a augmenté, et donc les électrons sont attirés plus fortement vers le noyau et les ioniques diminue rayon.

Première énergie d'ionisation

Tendance périodique pour l'énergie d'ionisation: chaque période commence à un minimum pour les métaux alcalins, et se termine à un maximum pour les gaz nobles .

La première énergie d'ionisation d'un élément ou molécule est l'énergie nécessaire pour déplacer électronique le plus lâchement d'un en moles d'atomes de l'élément gazeux ou des molécules pour former une mole d'ions gazeux avec une charge électrique 1. Les facteurs qui influent sur la première énergie d'ionisation sont la charge nucléaire, la quantité de blindage par les électrons internes et la distance entre l'électron plus lâchement du noyau, ce qui est toujours un électron externe dans principaux éléments du groupe. Les deux premiers facteurs changent la charge nucléaire effective l'électron plus lâchement sent. Depuis l'électron le plus extérieur de métaux alcalins sens toujours la même charge nucléaire effective (1), le seul facteur qui affecte la première énergie d'ionisation est la distance entre l'électron le plus extérieur vers le noyau. Depuis cette distance augmente vers le bas du groupe, l'électron le plus extérieur se sent moins attraction du noyau et donc la première énergie d'ionisation diminue. (Cette tendance est cassé dans le francium en raison de la stabilisation relativiste et la contraction des 7s orbitales, apportant plus près du noyau que celui qui serait attendu de calculs non-relativistes la électron de valence de francium. Cela rend plus à l'extérieur de francium électrons sentir plus d'attraction du noyau, augmentant légèrement sa première énergie d'ionisation au-delà de césium.)

La seconde énergie d'ionisation des métaux alcalins est beaucoup plus élevée que la première comme la deuxième plus lâchement électronique fait partie d'un entièrement rempli shell électron et est donc difficile à enlever.

Réactivité

Les réactivités des métaux alcalins augmentent la descente du groupe. Ceci est le résultat d'une combinaison de deux facteurs: le premier énergies d'ionisation et les énergies d'atomisation de métaux alcalins. Parce que la première énergie d'ionisation des métaux alcalins diminue vers le bas du groupe, il est plus facile pour l'électron le plus extérieur d'être retiré de l'atome et de participer à des réactions chimiques , ce qui augmente la réactivité du groupe vers le bas. L'énergie d'atomisation mesure la force de la liaison d'un élément métallique, qui tombe le groupe que les atomes augmentent en rayon et donc la liaison métallique doit augmenter en longueur, ce qui rend les électrons délocalisés plus loin de l'attraction des noyaux de métaux alcalins lourds. Ajout d'atomisation et les énergies d'ionisation première donne une quantité étroitement liée à (mais pas égal à) l' énergie d'activation de la réaction d'un métal alcalin avec une autre substance. Cette quantité diminue descendre le groupe, et il en va de l'énergie d'activation; Ainsi, les réactions chimiques peuvent se produire des augmentations plus rapides et la réactivité du groupe vers le bas.

Électronégativité

La variation de l'électronégativité de Pauling (axe des y) que l'on descend le groupes principaux de la classification périodique de la à la seconde sixième période

Électronégativité est un propriété chimique qui décrit la tendance d'un atome ou un groupe fonctionnel pour attirer les électrons (ou la densité d'électrons) en direction de lui-même. Si la liaison entre le sodium et le chlore dans le chlorure de sodium étaient covalente, la paire d'électrons partagés serait attiré par le chlore parce que la charge nucléaire effective sur les électrons externes est 7 en chlore, mais est seulement une en sodium. La paire d'électrons est attiré si proche de l'atome de chlore qu'elles sont pratiquement transférés sur l'atome de chlore (e liaison ionique). Toutefois, si l'atome de sodium a été remplacé par un atome de lithium, les électrons ne seront pas attirés plus près de l'atome de chlore comme avant parce que l'atome de lithium est plus petite, ce qui rend la paire d'électrons plus fortement attirés par la charge nucléaire rapprocher efficace de lithium. Ainsi, les plus grandes des atomes de métal alcalin (en aval du groupe) seront moins électronégatif que la paire de liaison est moins fortement attiré vers eux.

En raison de l'électronégativité élevée de lithium, certains de ses composés ont un caractère plus covalent. Par exemple, l'iodure de lithium ( Li I ) se dissout dans les solvants organiques , une propriété de la plupart des composés covalents. Le fluorure de lithium (Li F ) est le seul halogénure de métal alcalin qui ne est pas soluble dans l'eau, et l'hydroxyde de lithium (Li OH ) est le seul hydroxyde de métal alcalin qui ne est pas déliquescente.

Les points de fusion et d'ébullition

Le point d'une substance de fusion est le point où il change état de solide à liquide tandis que le point d'ébullition d'une substance (à l'état liquide) est le point où le la pression de vapeur du liquide est égale à la pression de l'environnement entourant le liquide et toutes les modifications de l'état liquide à gaz . En tant que métal est chauffé à son point de fusion, le liaisons métalliques gardant les atomes en place affaiblissent de sorte que les atomes peuvent se déplacer, et les liaisons métalliques finissent par éclater complètement à point d'ébullition du métal. Par conséquent, les points de fusion et d'ébullition relevant des métaux alcalins indiquent que la résistance des liaisons métalliques des métaux alcalins diminue vers le bas du groupe. Ce est parce que les atomes métalliques sont maintenus ensemble par l'attraction électromagnétique, des ions positifs à électrons délocalisés. Comme les atomes augmentent en taille descendant du groupe (en raison de leur rayon augmente atomiques), les noyaux des ions se déplacent plus loin des électrons délocalisés et donc la liaison métallique devient plus faible de sorte que le métal peut plus facilement faire fondre et faire bouillir, abaissant ainsi les points de fusion et d'ébullition. (La charge nucléaire accrue ne est pas un facteur pertinent en raison de l'effet de blindage.)

Densité

Les métaux alcalins ont tous la même la structure cristalline ( cubique centré) et donc les seuls facteurs pertinents comprennent le nombre d'atomes qui peuvent entrer dans un certain volume et la masse de l'un des atomes, étant donné que la densité est définie comme la masse par unité de volume. Le premier facteur dépend du volume de l'atome et donc le rayon atomique, ce qui augmente en descendant le groupe; Ainsi, le volume d'un alcali augmente d'atomes de métal qui descendent du groupe. La masse d'un atome de métal alcalin augmente également la descente du groupe. Ainsi, la tendance pour les densités des métaux alcalins dépend de leurs poids atomiques et des rayons atomiques; si les chiffres pour ces deux facteurs sont connus, les rapports entre les densités des métaux alcalins peuvent alors être calculées. La tendance résultante est que les densités des métaux alcalins augmentent en bas de la table, avec une exception au potassium. En raison de la masse atomique ayant la plus basse de tous les éléments dans leur période et ayant le plus grand rayon atomique de leurs périodes, les métaux alcalins sont les métaux les moins denses dans le tableau périodique. Le lithium, le sodium et le potassium sont les trois seuls métaux de la classification périodique qui sont moins denses que l'eau.

Extensions

Empirique (Na-Cs, Mg-Ra) et prédit (Fr-Uhp, UBN-Uhh) rayon atomique des métaux alcalins et alcalino-terreux de la troisième à la neuvième période, mesurée en angströms

Bien que le francium est le plus lourd métal alcalin qui a été découvert, il ya eu quelques travaux théoriques prédire les caractéristiques physiques et chimiques des métaux alcalins lourds hypothétiques. Être le premier période de 8 élément, l'élément à découvrir Ununennium (élément 119) est prévu pour être la prochaine métal alcalin après francium et se comporter un peu comme leur briquet congénères; Cependant, il est également prévu pour différer des métaux alcalins légers dans certaines propriétés. Sa composition chimique est prévu pour être plus proche de celle de potassium ou de rubidium ou de césium au lieu de francium. Ce est inhabituel que tendances périodiques, en ignorant les effets relativistes seraient prédire Ununennium d'être encore plus réactif que le césium et le francium. Ce réduit réactivité est due à la stabilisation relativiste de l'électron de valence de Ununennium, augmentant première énergie d'ionisation de Ununennium et en diminuant le métallique et rayon ionique; cet effet est déjà vu pour le francium. Cela suppose que Ununennium se comportera chimiquement comme un métal alcalin, qui, bien que probable, peut ne pas être vrai en raison des effets relativistes. La stabilisation relativiste de l'orbitale 8s augmente également de Ununennium l'affinité électronique bien au-delà de césium et le francium; en effet, Ununennium devrait avoir une affinité électronique supérieure à celle de tous les métaux alcalins légers que lui. Effets relativistes provoquent également une très forte baisse de la polarisabilité de Ununennium. D'autre part, Ununennium est prévu de poursuivre la tendance des points de fusion baisse descendre le groupe, étant prévu d'avoir un point de fusion entre 0 ° C et 30 ° C.

Affinité empirique (Na-Fr) et électrons prédite (Uue) de métaux alcalins à partir de la troisième à lahuitième période, mesuré enélectronvolts

La stabilisation de l'électron de valence de Ununennium et donc la contraction de la cause orbital 8s son rayon atomique d'être abaissée à 240 pm, très proche de celle de rubidium (247 pm), de sorte que la composition chimique de Ununennium à l'état d'oxydation +1 soit plus proche de la chimie de rubidium que de celle de francium. D'autre part, le rayon ionique de la Uue ⁺ ion est prévu pour être supérieur à celui de Rb ⁺ , parce que les 7p orbitales sont déstabilisées et ne sont donc plus grands que les orbitales p des coquilles inférieures. Ununennium peut également montrer la 3 l'état d'oxydation , qu'on ne voit pas en tout autre métal alcalin, en plus de l'état 1 à l'oxydation qui est caractéristique des autres métaux alcalins et est également l'état de tous les métaux alcalins connus d'oxydation principale: cela est dû à la déstabilisation et l'expansion de la 7p _3/2 spinoriel, provoquant ses électrons ultrapériphériques ont une énergie d'ionisation inférieure à ce que l'on pourrait attendre.

Empirique (Na-Fr, Mg-Ra) et prédit (Uue-Uhp, UBN-Uhh) énergie d'ionisation des métaux alcalins et alcalino-terreux de la troisième à la neuvième période, mesuré en électronvolts

Pas aussi beaucoup de travail a été fait prédire les propriétés des métaux alcalins delà Ununennium. Bien que d'une simple extrapolation de la table périodique mettrait élément 169, unhexennium, sous Ununennium, calculs Dirac-Fock prédisent que la prochaine métal alcalin après Ununennium peut effectivement être l'élément 165, unhexpentium, qui est supposé avoir la configuration électronique [Uuo] 5g ¹⁸ 6f ¹⁴ 7d ¹⁰ 8s ² 8p _1/2 ² 9s ¹ . D'autres calculs montrent que unhexpentium suivrait la tendance à l'augmentation de l'énergie d'ionisation au-delà de césium, ayant une énergie d'ionisation comparable à celui du sodium, et qu'elle devrait également poursuivre la tendance à la baisse rayons atomiques au-delà de césium, ayant un rayon atomique comparable à celle du potassium . Cependant, les électrons 7d de unhexpentium peuvent également être en mesure de participer à des réactions chimiques avec l'électron 9s, permettant éventuellement états d'oxydation au-delà de +1 et peut-être même faire unhexpentium se comporter davantage comme un élément du groupe du bore à un métal alcalin.

Les propriétés probables de métaux alcalins au-delà unhexpentium ont pas encore été exploré à partir de 2012. Dans les périodes 8 et au-dessus de la table périodique, les effets relativistes et la coque de structure deviennent si forte que des extrapolations à partir des congénères plus légers deviennent tout à fait inexact. En outre, les effets relativistes et la coque de structure (qui stabilisent les s-orbitales et déstabilisent et élargissent la d-, f-, et G-orbitales de coquillages élevés) ont des effets opposés, causant encore plus grande différence entre relativiste et non relativiste calculs des propriétés des éléments ayant les numéros atomiques tels élevées. En raison des alcalins et de métaux alcalino-terreux deux étant des éléments de blocs, ces prédictions pour les tendances et les propriétés de Ununennium et unhexpentium appliquent aussi surtout pour les métaux alcalino-terreux correspondant unbinilium (UBN) et unhexhexium (Euh).

Autres substances similaires

Hydrogène

Hydrogène incandescent de gaz dans untube à décharge

L'élément de l'hydrogène , avec un électron par atome neutre, est généralement placé à la tête du groupe 1 de la classification périodique pour plus de commodité, mais pas un atome d'hydrogène est normalement considéré comme étant un métal alcalin; quand il est considéré comme un métal alcalin, il est en raison de ses propriétés atomiques et pas ses propriétés chimiques. Dans des conditions normales, l'hydrogène pur existe sous forme d'un gaz diatomique constitué de deux atomes de carbone par molécule (H ₂ ); Cependant, les métaux alcalins ne forment qu'une molécules diatomiques (tels que dilithium, Li ₂ ) à des températures élevées, lorsqu'ils sont dans la gazeux état.

Hydrogène, comme les métaux alcalins, a un électron de valence et réagit facilement avec les halogènes , mais les similitudes finissent là. Son emplacement au-dessus de lithium est principalement en raison de sa configuration électronique et non ses propriétés chimiques. Il est parfois placé au-dessus de carbone en raison de leurs électronégativités ou similaires fluor en raison de leurs propriétés chimiques semblables.

La première énergie d'ionisation de l'hydrogène (1312,0 kJ / mol) est beaucoup plus élevé que celui des métaux alcalins. Comme un seul électron supplémentaire est nécessaire pour remplir l'enveloppe la plus externe de l'atome d'hydrogène, l'hydrogène se comporte souvent comme un halogène, formant le négatif ion hydrure, et est parfois considéré comme un halogène. (Les métaux alcalins peuvent également former des ions négatifs, appelés alkalides, mais ceux-ci ne sont guère plus que des curiosités de laboratoire, étant instable.) sous très haute pression, tels que ceux trouvés dans les noyaux de Jupiter et de Saturne , l'hydrogène ne devient métallique et se comporte comme un métal alcalin; dans cette phase, il est connu que l'hydrogène métallique.

1869 Tableau Périodique de Mendeleev montrethallium(Tl) en tant que métal alcalin.

Ammonium

Le ion ammonium ( NH +
4 ) a des propriétés très similaires à celles des métaux alcalins lourds, agissant comme un métal alcalin intermédiaire entre le potassium et le rubidium, et est souvent considéré comme un proche parent. Par exemple, métaux alcalins plupart des sels sont solubles dans l'eau, une propriété qui sels d'ammonium action. Ammonium devrait se comporter comme un métal (NH +
4 ions dans une mer d'électrons) à des pressions très élevées, comme à l'intérieur des géants de glace Uranus et Neptune .

Thallium

Pièces thallium très pur dans un verreampoule, stockés sousargongaz

Thallium affiche l'une état ​​d'oxydation que tout l'affichage connu de métaux alcalins, et les composés du thallium avec thallium dans son 1 'état d'oxydation ressemblent étroitement aux potassium ou correspondantes d'argent composés en raison de la rayons ioniques similaire du Tl ⁺ (164 pm), K ⁺ ( 152 h) et Ag ⁺ (129 h) ions. Il a parfois été considéré comme un métal alcalin en Europe continentale (mais pas en Angleterre) dans les années immédiatement après sa découverte, et a été placé juste après le césium comme le sixième métal alcalin dans Dmitri Mendeleev de 1869 tableau périodique et 1868 tableau périodique de Julius Lothar Meyer . (1871 tableau périodique de Mendeleïev et 1870 tableau périodique de Meyer mis thallium dans sa position actuelle dans le groupe de bore et laissent l'espace ci-dessous césium vierge.) Toutefois, le thallium affiche également l'état d'oxydation +3, qui ne sait affiche de métaux alcalins (bien Ununennium, le septième métal alcalin inconnue, est prévu pour afficher éventuellement de l'état d'oxydation +3). Le sixième métal alcalin est maintenant considéré comme le francium.

Histoire

Étymologie

Les métaux alcalins sont appelés ainsi parce que leurs hydroxydes sont tous fortsalcalis dissous dans l'eau.

Découverte

Lithium

Petalite, le minéral de lithium à partir de laquelle le lithium était d'abord isolées

Petalite ( Li Al Si ₄ O ₁₀ ) a été découvert en 1800 par le brésilien chimiste José Bonifácio Andrada dans une mine sur l'île de Utö, Suède. Cependant, il n'a pas jusqu'en 1817 que Johan Août Arfwedson, qui travaillait alors dans le laboratoire du chimiste Jöns Jacob Berzelius, a détecté la présence d'un nouvel élément, tout en analysant minerai de pétalite. Ce nouvel élément formé des composés semblables à ceux de sodium et de potassium, bien que son carbonate et hydroxyde étaient moins solubles dans l'eau et plus alcaline que les autres métaux alcalins. Berzelius a donné le matériau inconnu le nom " lithion / Lithina ", du grec mot λιθoς (translittéré comme lithos , ce qui signifie «pierre»), afin de refléter sa découverte dans un solide minéral, par opposition au potassium, qui avait été découvert dans les cendres végétales , et le sodium, qui était connu pour sa partie haute abondance dans le sang des animaux. Il a nommé le métal à l'intérieur du «matériel de lithium ".

Sodium

La soude caustique (hydroxyde de sodium), le composé du sodium à partir de sodium qui a été d'abord isolé

Composés de sodium ont été connus depuis l'Antiquité; sel ( chlorure de sodium ) a été un produit important dans les activités humaines, comme en témoigne le mot anglais salaire , se référant à salarium , les plaquettes de sel parfois donnés aux soldats romains avec leurs autres salaires. En médiévale en Europe un composé du sodium avec l' latine nom de sodanum a été utilisé comme un remède des maux de tête. Sodium pur n'a pas été isolé jusqu'à 1807 par Humphry Davy à travers le électrolyse de soude caustique (maintenant appelé d'hydroxyde de sodium), un procédé très similaire à celui utilisé pour isoler potassium plus tôt que année.

Potassium

Potasse caustique (hydroxyde de potassium), le composé du potassium à partir de laquelle a d'abord été isolé potassium

Alors que la potasse a été utilisé depuis les temps anciens, il n'a pas été entendu pour la plupart de son histoire pour être une substance fondamentalement différente de sels minéraux de sodium. Georg Ernst Stahl a obtenu des preuves expérimentales qui l'a amené à suggérer la différence fondamentale de sels de sodium et de potassium en 1702 et Henri Louis Duhamel du Monceau a été en mesure de prouver cette différence en 1736. La composition chimique exacte de composés de potassium et de sodium, et le statut comme un élément chimique de potassium et de sodium, on ne savait pas alors, et donc Antoine Lavoisier a inclus l'alcali dans sa liste des éléments chimiques en 1789. Pur potassium a été isolé pour la première en 1807 en Angleterre par Sir Humphry Davy , qui provient de la potasse caustique (KOH, l'hydroxyde de potassium) par l'utilisation de l'électrolyse du sel fondu avec le nouvellement inventé pile voltaïque . Le potassium est le premier métal qui a été isolé par électrolyse. Plus tard cette même année, Davy a rapporté extraction de sodium de la substance similaire soude caustique (NaOH, lessive) par une technique similaire, ce qui démontre les éléments, et donc les sels, d'être différent.

Rubidium

Lepidolite, le minéral de rubidium à partir de laquelle le rubidium a été isolé pour la première

Rubidium a été découvert en 1861 à Heidelberg, en Allemagne par Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff, les premiers à suggérer de trouver de nouveaux éléments par analyse du spectre , dans le minéral lepidolite grâce à l'utilisation d'un spectroscope. Parce que des lignes rouges lumineuses dans son spectre d'émission, ils ont choisi un nom dérivé du latin mot rubidus , signifiant rouge foncé. La découverte de rubidium a succédé à celui du césium, a découvert aussi par Bunsen et Kirchhoff par spectroscopie.

Césium

En 1860, Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff découvert césium dans l' eau minérale de Dürkheim, Allemagne. En raison des lignes bleu vif dans son spectre d'émission, ils ont choisi un nom dérivé du mot latin caesius , signifiant bleu ciel. Le césium est le premier élément à être découvert par spectroscopie , un an seulement après l'invention du spectroscope par Bunsen et Kirchhoff.

Francium

Il y avait au moins quatre découvertes erronées et incomplètes avant Marguerite Perey de l' Institut Curie à Paris, la France découvre francium en 1939 par purification d'un échantillon de l'actinium-227, qui avait été signalé à avoir une énergie de désintégration de 220 ​​keV. Cependant, Perey remarqué particules de désintégration avec un niveau d'énergie inférieure à 80 keV. Perey pensait cette activité de décroissance pourrait avoir été causé par un produit de désintégration non identifiés auparavant, celui qui a été séparé pendant la purification, mais a émergé à nouveau sur le pur actinium -227. Différents essais ont éliminé la possibilité de l'élément inconnu étant thorium , radium , le plomb , le bismuth , ou le thallium . Le nouveau produit a montré des propriétés chimiques d'un métal alcalin (comme coprécipitant avec des sels de césium), qui ont conduit Perey à croire qu'il était l'élément 87, causée par la désintégration alpha de l'actinium-227. Perey a ensuite tenté de déterminer la proportion de la désintégration bêta à la désintégration alpha dans l'actinium-227. Son premier test mis l'alpha ramification à 0,6%, un chiffre qui plus tard, elle a révisé à 1%. Il a été découvert le dernier élément dans la nature , plutôt que par synthèse.

Eka-francium

Le prochain élément ci-dessous francium ( eka-francium) est très susceptible d'être Ununennium (Uue), l'élément 119, bien que ce soit pas complètement certaine en raison de effets relativistes. la synthèse de Ununennium a été tentée en 1985 en bombardant une cible de einsteinium -254 avec calcium -48 ions à l'accélérateur superHILAC à Berkeley, en Californie. Aucun atomes ont été identifiés, ce qui conduit à un rendement de limitation de 300 nb.

254
99Es+ 48
20Ca→302
119UUE* →pas d'atomes

Il est hautement improbable que cette réaction sera en mesure de créer des atomes de Ununennium dans un proche avenir, compte tenu de la tâche extrêmement difficile de faire des quantités suffisantes de ²⁵⁴ Es, qui est favorisée pour la production d' éléments ultraheavy en raison de sa grande masse, relativement longue demi- -La vie de 270 jours, et la disponibilité en quantités significatives de plusieurs microgrammes, de faire une large cible assez pour augmenter la sensibilité de l'expérience au niveau requis; einsteinium n'a pas été trouvée dans la nature et n'a été produite dans les laboratoires. Cependant, étant donné que Ununennium est que la première période de 8 élément sur ​​la table périodique prolongée, il pourrait bien être découvert dans un proche avenir par d'autres réactions; en effet, une autre tentative de synthétiser Ununennium en bombardant une berkelium cible avec titane ions est en cours au Centre Helmholtz GSI pour Heavy Ion Research in Darmstadt, Allemagne . Actuellement, aucun de la période 8 éléments ont été encore découvert, et il est également possible, en raison de goutter instabilités, que seule la période inférieure 8 éléments, jusqu'à autour de l'élément 128, sont physiquement possible. Aucune tentative de synthèse ont été pris pour des métaux alcalins lourds, tels que unhexpentium, en raison de leur nombre atomique extrêmement élevé.

Occurrence

Dans le système solaire

Abondances estimées des éléments chimiques dans le système solaire. Hydrogène et l'hélium sont les plus communs, de la Big Bang . Les trois éléments suivants (de lithium, béryllium , et bore ) sont rares car ils sont mal synthétisés dans le Big Bang et aussi dans les étoiles. Les deux tendances générales dans les éléments stellaires-produit restants sont: (1) une alternance de l'abondance des éléments comme ils ont des numéros pairs ou impairs atomiques, et (2) une diminution générale en abondance, comme éléments deviennent plus lourds. Le fer est particulièrement fréquente parce qu'elle représente le nucléide d'énergie minimale qui peut être faite par la fusion de l'hélium dans les supernovae.

Le Règle Oddo-Harkins détient même que les éléments avec des numéros atomiques sont plus fréquents que ceux qui ont des numéros atomiques impairs, à l'exception de l'hydrogène. Cette règle fait valoir que les éléments ayant les numéros atomiques impairs ont un proton non apparié et sont plus susceptibles de capturer un autre, augmentant ainsi leur numéro atomique. Dans les éléments ayant un numéro atomique de même, les protons sont appariés, avec chaque élément de la paire compenser la rotation de l'autre, l'amélioration de la stabilité. Tous les métaux alcalins ont des numéros atomiques impairs et ils ne sont pas aussi communs que les éléments ayant les numéros atomiques adjacentes, même à eux (les gaz nobles et les métaux alcalino-terreux ) dans le système solaire. Les métaux alcalins lourds sont moins abondantes que les plus légers comme les métaux alcalins du rubidium en avant ne peuvent être synthétisés en supernovae et non dans nucléosynthèse stellaire. Lithium est également beaucoup moins abondant que le sodium et le potassium car il est mal synthétisé à la fois dans Big Bang nucléosynthèse et dans les étoiles: le Big Bang ne pouvait produire que des traces de lithium, le béryllium et le bore en raison de l'absence d'un noyau stable avec 5 ou 8 nucléons, et la nucléosynthèse stellaire ne pouvaient passer ce goulot d'étranglement par la réaction triple alpha, fusionnant trois noyaux d'hélium pour former carbone , et en sautant sur ​​ces trois éléments.

Sur Terre

Spodumène, un minéral important de lithium

La Terre formé à partir du même nuage de matière qui a formé le Soleil, mais les planètes différentes compositions acquis pendant la formation et l'évolution du système solaire. À son tour, l' histoire naturelle de la Terre causé parties de cette planète à avoir des concentrations différentes des éléments. La masse de la Terre est d'environ 5,98 × 10 ²⁴ kg. Il est composé principalement de fer (32,1%), d'oxygène (30,1%), silicium (15,1%), magnésium (13,9%), du soufre (2,9%), nickel (1,8%), de calcium (1,5%), et l'aluminium ( 1,4%); avec le 1,2% restant consistant en des traces d'autres éléments. En raison de ségrégation de masse, la région de base est censé être principalement composé de fer (88,8%), avec de petites quantités de nickel (5,8%), le soufre (4,5%), et moins de 1% d'oligo-éléments.

Les métaux alcalins, en raison de leur forte réactivité, ne se produisent pas naturellement à l'état pur dans la nature. Ils sont lithophiles et restent donc à proximité de la surface de la Terre, car ils combinent facilement avec l'oxygène et ainsi associent fortement avec la silice , formant relativement minéraux à faible densité qui font pas enfoncer dans le noyau de la Terre. Potassium, le rubidium et le césium sont également des éléments incompatibles en raison de leur faible rayons ioniques.

Le sodium et le potassium sont très abondants dans la terre, les deux étant parmi les dix éléments les plus communs dans la croûte terrestre; sodium représente environ 2,6% de la Terre croûte mesurée en poids, ce qui en fait le sixième élément le plus abondant globale et le métal alcalin le plus abondant. Potassium représente environ 1,5% de la croûte terrestre et est le septième élément le plus abondant. Le sodium se trouve dans de nombreux minéraux différents, dont le plus commun est le sel ordinaire (chlorure de sodium), qui se produit dans de grandes quantités dissous dans l'eau de mer. Autres dépôts solides comprennent halite, amphibole, cryolithe, nitratine et zéolite.

Lithium, en raison de sa réactivité relativement faible, peut être trouvée dans l'eau de mer en grandes quantités; il est estimé que l'eau de mer est d'environ 0,14 à 0,25 parties par million (ppm) ou 25 micromolaire.

Rubidium est environ aussi abondant que le zinc et le plus abondant que le cuivre. Il se produit naturellement dans les minerais leucite, pollucite, carnallite, zinnwaldite et lépidolite. Le césium est plus abondante que certains éléments couramment connus, tels que l'antimoine , le cadmium , l'étain et de tungstène , mais est beaucoup moins abondant que le rubidium.

Francium-223, l'isotope naturellement que de francium, est le produit de la désintégration alpha de l'actinium-227 et peut être trouvé dans l'état de traces dans l'uranium et de thorium minéraux. Dans un échantillon donné de l'uranium, il est estimé à un seul atome d'francium pour 10 ¹⁸ atomes d'uranium. Il a été calculé qu'il ya au plus 30 g de francium dans la croûte terrestre , à tout moment, en raison de sa très courte demi-vie de 22 minutes.

Production

Appartements sont riches en sel de lithium, comme ceux-ci à Salar del Hombre Muerto, Argentine (à gauche) et Uyuni, Bolivie (à droite). La saumure riche en lithium est concentrée par pompage dans des bassins d'évaporation solaires (visibles dans l'image Argentine).

La production de métaux alcalins purs est difficile en raison de leur extrême réactivité avec des substances couramment utilisés, tels que l'eau. Les métaux alcalins sont très réactifs qui ne peuvent pas être déplacés par d'autres éléments et doivent être isolées par électrolyse.

Les sels de lithium doivent être extrait de l'eau de sources minérales, les lacs de saumure, et les dépôts de saumure. Le métal est produit par électrolyse à partir d'un mélange fondu de chlorure de lithium et le chlorure de potassium.

Potassium se produit dans de nombreux minéraux, tels que sylvinite ( chlorure de potassium). Il est parfois produite par la séparation du potassium du chlore dans le chlorure de potassium, mais est le plus souvent produit par électrolyse de l'hydroxyde de potassium, a trouvé largement dans des endroits tels que le Canada , la Russie , la Biélorussie , l'Allemagne , Israël , États-Unis , et la Jordanie , dans un méthode similaire à la façon dont le sodium a été produit à la fin des années 1800 et au début des années 1900. Il peut également être produit à partir d' eau de mer . Le sodium se produit la plupart du temps dans l'eau de mer et on sèche les fonds marins, mais est maintenant produit par l'électrolyse de chlorure de sodium par l'abaissement du point de fusion de la substance au-dessous de 700 ° C par l'utilisation d'une cellule Downs. Extrêmement sodium pur peut être produit par la décomposition thermique de l'azoture de sodium.

Cet échantillon deuraninite contient environ 100.000 atomes (3,3×10^-20g) de francium-223 à un moment donné.

Depuis plusieurs années, dans les années 1950 et 1960, un sous-produit de la production de potassium appelé Alkarb était une source principale pour le rubidium. Alkarb contenait 21% rubidium tandis que le reste était potassium et une petite fraction de césium. Aujourd'hui, les plus grands producteurs de césium, par exemple, la mine Tanco, Manitoba, Canada, produisent rubidium comme sous-produit de pollucite. Aujourd'hui, une méthode commune pour séparer le rubidium et le césium de potassium est la cristallisation fractionnée d'un rubidium et le césium alun ( Cs , Rb ) Al ( SO ₄ ) ₂ · 12 H ₂ O , ce qui donne l'alun de rubidium pur après environ 30 réactions différentes. Les applications limitées et le manque d'un minéral riche en rubidium limite la production de composés de rubidium à 2 à 4 tonnes par an. Césium, cependant, n'a pas été produit à partir de la réaction ci-dessus. Au lieu de cela, l'extraction de minerai de pollucite est la principale méthode d'obtention de césium pur, extrait du minerai principalement par trois méthodes: digestion acide, décomposition alcaline, et de réduction directe.

Francium-223, l'isotope naturellement que de francium, est produit naturellement comme le produit de la désintégration alpha de l'actinium-227. Francium peut être trouvé dans l'état de traces dans l'uranium et de thorium minéraux; il a été calculé que tout au plus il ya 30 g de francium dans la croûte terrestre à un moment donné. En raison de son extrême rareté dans la nature, la plupart francium est synthétisé dans la réaction nucléaire ¹⁹⁷ Au + ¹⁸ O → ²¹⁰ Fr + 5 n , cédant francium-209, le francium-210, et le francium-211. La plus grande quantité de francium jamais réuni à ce jour est d'environ 300 000 atomes neutres, qui ont été synthétisés en utilisant la réaction nucléaire donnée ci-dessus.

Applications

Tous les métaux alcalins découverts à l'exclusion du francium ont de nombreuses applications. Le lithium est souvent utilisé dans les batteries, et de l'oxyde de lithium peut aider silice de procédé. Le lithium peut également être utilisé pour fabriquer des graisses lubrifiantes, traitement de l'air et de production d'aluminium.

Sodium pur a de nombreuses applications, y compris l'utilisation de lampes à vapeur de sodium, qui produisent une lumière très efficace par rapport à d'autres types d'éclairage, et peut aider à lisser la surface des autres métaux. Composés de sodium ont de nombreuses applications ainsi, le plus connu étant le composé sel de table. Le sodium est également utilisé dans le savon sous forme de sels d' acides gras .

composés de potassium sont souvent utilisés comme engrais que le potassium est un élément important pour la nutrition des plantes. D'autres ions de potassium sont souvent utilisés pour contenir des anions . l'hydroxyde de potassium est une base très forte, et est utilisé pour contrôler le pH de diverses substances.

FOCS 1, une horloge atomique au césium en Suisse

Le rubidium et le césium sont souvent utilisés dans les horloges atomiques. Césium horloges atomiques sont extraordinairement précise; si une horloge avait été faite à l'époque des dinosaures, il serait hors de moins de quatre secondes (après 80 millions d'années). Pour cette raison, des atomes de césium sont utilisés comme la définition de la seconde. les ions rubidium sont souvent utilisés dans pourpre feu d'artifice, et césium est souvent utilisé dans des fluides de forage dans l'industrie pétrolière.

Francium n'a pas les applications commerciales, mais à cause de relativement simple de francium structure atomique , entre autres choses, il a été utilisé dans la spectroscopie expériences, conduisant à plus d'informations concernant les niveaux d'énergie et les constantes de couplage entre les particules subatomiques. Les études sur la lumière émise par le francium-210 ions laser piégés ont fourni des données précises sur les transitions entre les niveaux de l'énergie atomique, similaires à celles prédites par la théorie quantique .

Rôle et précautions biologique

Le carbonate de lithium

Lithium ne se produit pas naturellement dans les systèmes biologiques et n'a aucun rôle biologique, mais ne avoir des effets sur le corps lorsqu'il est ingéré. Le carbonate de lithium est utilisé comme stabilisateur de l'humeur dans la psychiatrie pour traiter le trouble bipolaire ( maniaco-dépression) à des doses journalières d'environ 0,5 à 2 grammes, mais il ya des effets secondaires. L'ingestion excessive de lithium provoque la somnolence, troubles de l'élocution et de vomissements, entre autres symptômes, et poisons du système nerveux central, ce qui est dangereux, car la dose nécessaire de lithium pour traiter les troubles bipolaires est seulement légèrement inférieure à la dose toxique. Son biochimie, la façon dont il est traité par le corps humain et des études sur des rats et des chèvres suggèrent qu'il est un essentiel oligo-élément, bien que la fonction biologique naturelle du lithium chez les humains n'a pas encore été identifié.

Le sodium et le potassium se produisent dans tous les systèmes biologiques connues, fonctionne généralement comme des électrolytes à l'intérieur et à l'extérieur des cellules . Le sodium est un nutriment essentiel qui régule le volume sanguin, la pression sanguine, l'équilibre osmotique et le pH; l'exigence minimum de sodium physiologique est de 500 milligrammes par jour. Le chlorure de sodium (également connu sous le nom de sel commun) est la principale source de sodium dans l'alimentation, et est utilisé comme assaisonnement et agent de conservation, comme par décapage et séchée; la plus grande partie provient des aliments transformés. Le DRI pour le sodium est de 1,5 grammes par jour, mais la plupart des gens aux États-Unis consomment plus de 2,3 grammes par jour, le montant minimum qui favorise l'hypertension; à son tour, provoque 7,6 millions de décès prématurés dans le monde.

Le potassium est le principal cation (ion positif) à l'intérieur des cellules animales , tandis que le sodium est le principal cation à l'extérieur des cellules animales. Le différences de concentration de ces particules chargées provoque une différence de potentiel électrique entre l'intérieur et l'extérieur des cellules, connu sous le nom potentiel de membrane. L'équilibre entre le potassium et sodium est maintenue par des pompes ioniques dans la membrane cellulaire. Le potentiel de la membrane cellulaire est crée par des ions de potassium et de sodium permet à la cellule pour générer un potentiel d'action -a "pointe" de la décharge électrique. La capacité des cellules à produire une décharge électrique est essentiel pour les fonctions de l'organisme telles que la neurotransmission, la contraction musculaire et la fonction cardiaque.

Rubidium a pas connu rôle biologique, mais peut aider à stimulerle métabolisme, et, de façon similaire à césium, remplacer le potassium dans le corps causantune carence en potassium.

composés de césium sont rarement rencontrés par la plupart des gens, mais la plupart des composés de césium sont légèrement toxique à cause de la similarité chimique de césium au potassium, permettant au césium pour remplacer le potassium dans le corps, provoquant une carence en potassium. L'exposition à de grandes quantités de composés de césium peut provoquer hyperirritabilité et spasmes, mais que ces montants ne seraient pas normalement être rencontrés dans les sources naturelles, le césium est pas un grand polluant de l'environnement chimique. Le dose létale (DL médian ₅₀ ) valeur pour le chlorure de césium chez la souris est de 2,3 g par kg, ce qui est comparable aux LD ₅₀ valeurs de chlorure de potassium et chlorure de sodium . chlorure de césium a été promue comme une thérapie du cancer alternative, mais a été liée à la mort de plus de 50 patients, sur lesquels il a été utilisé dans le cadre d'un traitement du cancer scientifiquement non validés.

Francium n'a aucun rôle biologique et est plus susceptible d'être toxique à cause de son extrême radioactivité, provoquantl'empoisonnement de rayonnement, mais depuis la plus grande quantité de francium jamais réunie à ce jour est d'environ 300 000 atomes neutres, il est peu probable que la plupart des gens ne sera jamais rencontrer le francium.