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Alkalimetalle - Anorganische Chemie
Das Wichtigste aus dem Video
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Transkriptautomatisch erstellt · 46 Zeilen
- Hallo, schön, dass Sie hier sind! In diesem Video befassen wir uns mit den Alkalimetallen.
- Sie werden anschließend in der Lage sein, die Darstellung, Eigenschaften und Reaktivität der Elemente vergleichend zu beschreiben.
- Beginnen wir mit der Stellung der Elemente im Periodensystem. Als Alkalimetalle werden alle Elemente der ersten Hauptgruppe,
- mit Ausnahme des Elements Wasserstoff, bezeichnet. Hierzu gehören die Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium.
- Während von den Elementen Lithium bis Cäsium stabile Isotope bekannt sind, sind alle Isotope des Franciums instabil
- und zerfallen mit einer Halbwertszeit von maximal 21 Minuten, überwiegend jedoch deutlich schneller, unter Aussendung radioaktiver Strahlung.
- Das Francium ist daher für die Stoffchemie von geringem Interesse. Chemisch sind die Elemente Lithium bis Cäsium einander recht ähnlich,
- ihre Eigenschaften unterscheiden sich meist nur graduell. Daher besprechen wir die Elemente in diesem Video auch gemeinsam.
- Dabei werden wir die Ähnlichkeiten herausarbeiten und gleichzeitig auf relevante Unterschiede und Besonderheiten hinweisen.
- Allen Alkalimetallen ist gemeinsam, dass sie eine Elektronegativität von kleiner als Eins haben.
- Sie sind damit sehr leicht oxidierbar und kommen in der Natur nicht elementar vor. Innerhalb der ersten Hauptgruppe
- nimmt die Elektronegativität der Elemente übrigens, wie auch, zumindest tendenziell, in den anderen Hauptgruppen, von oben nach unten leicht ab, wie hier gezeigt.
- Das Cäsium ist damit, unter den stabilen Elementen, das Element mit der geringsten Elektronegativität.
- Entsprechend ihrer Stellung im Periodensystem, weisen alle Alkalimetalle in ihren Verbindungen
- alleinig die Oxidationsstufe +I auf. In den meisten Verbindungen liegen sie dabei als Monokationen vor.
- Um die reinen Elemente zu erhalten, ist es daher in allen Fällen notwendig, die Alkalimetallionen entsprechender Verbindungen
- zur Oxidationsstufe Null zu reduzieren. In elementarer Form sind alle Alkalimetalle gegenüber Luftsauerstoff empfindlich.
- Die Reaktion wird dabei durch Wasser, z.B. in Form von Luftfeuchtigkeit, katalysiert. Um die Oxidation an der Luft zu verhindern, werden die reinen Alkalimetalle daher
- in wasser- und sauerstoffarmem Petroleum oder in einer Inertgasatmosphäre aufbewahrt. Andernfalls laufen die metallisch reflektierenden Oberflächen
- frischer Schnittflächen schnell matt an. Technisch werden die leichteren Elemente Lithium und Natrium
- infolge ihrer stark negativen Redoxpotenziale ausschließlich durch die sogenannte Schmelzflusselektrolyse, also durch die Elektrolyse
- von Schmelzen der entsprechenden Chloride gewonnen. Wässrige Lösungen können dabei, wegen der leichteren Reduzierbarkeit
- der Wasserstoffatome des Wassers, nicht eingesetzt werden. Am bedeutendsten ist dabei die Darstellung des Natriums
- nach der hier formulierten Reaktionsgleichung im sogenannten Downs-Prozess. Eine entsprechende Elektrolysezelle zeigt diese grafische Darstellung.
- Hierbei handelt es sich um einen mit feuerfesten Steinen ausgekleideten Stahlbehälter, der die Natriumchlorid-Schmelze enthält.
- Durch die Oxidation der in der Schmelze enthaltenen Chloridionen wird an einer Graphit-Anode elementares Chlor gebildet.
- Dieses scheidet sich gasförmig ab und wird mithilfe einer über der Anode befindlichen Glocke aus Nickel gesammelt und abgeleitet.
- Das reduktiv gebildete, flüssige Natrium scheidet sich demgegenüber an der ringförmigen Stahlkathode ab.
- Hier steigt es, aufgrund seiner geringeren Dichte, in der Schmelze nach oben, sodass es über einen Auffangring
- und eine Steigrohrleitung nach oben abgeführt werden kann. Die übrigen Alkalimetalle werden heute technisch
- günstiger durch chemische Reduktion gewonnen. Das Kalium wird beispielsweise
- durch die Reduktion von Kaliumchlorid mit Natrium gewonnen. Zunächst entsteht dabei zwar eine Kalium-Natrium-Legierung.
- Aus dieser kann das gewünschte Kalium aber, aufgrund des gegenüber dem Natrium geringeren Siedepunkts von 754°C
- gegenüber 881°C, destillativ abgetrennt und so dem Reaktionsgleichgewicht entzogen werden.
- Die Reaktivität der Alkalimetalle nimmt allgemein in der Richtung Li -> Na -> K -> Rb -> Cs zu, was mit der Abnahme
- der Elektronegativitäten in gleicher Richtung korreliert. So reagiert das Natrium leichter an feuchter Luft als das Lithium.
- Die Reaktion des Kaliums mit Sauerstoff verläuft unter violettem Leuchten, bei der Reaktion mit Wasser entzündet sich der gebildete Wasserstoff
- infolge der großen Wärmeentwicklung spontan. Die Elemente Rubidium und Cäsium sind dem entsprechend noch reaktionsfreudiger,
- dann auch gegenüber trockenem Sauerstoff. Verwendung finden die Alkalimetalle u.a. bei der dezentralen Energieversorgung.
- Lithium und Natrium werden als Anodenmaterialien in Lithium- bzw. Natriumbatterien eingesetzt.
- Insbesondere das Lithium hat darüber hinaus in den letzten Jahren durch seine Rolle als Elektrolyt in Lithiumionen-Akkumulatoren
- stark an Bedeutung gewonnen. Es wird zudem als Härter in verschiedenen Legierungen verwendet.
- Elementares Kalium wird technisch für die Synthese von Kaliumhyperoxid, KO2, eingesetzt.
- Diese und weitere Verbindungen der Alkalimetalle werden wir uns dann an anderer Stelle näher ansehen.
- Zusammenfassend haben wir uns in diesem Video mit den Alkalimetallen befasst. Versuchen Sie nun selbst einmal, die Darstellung, Eigenschaften
- und Reaktivitäten der einzelnen Elemente in einigen Übungsbeispielen miteinander zu vergleichen.
Zum Nachlesen
AlkalimetalleAls Alkalimetalle werden die chemischen Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium aus der 1.
SchmelzflusselektrolyseDie Schmelzflusselektrolyse ist ein Elektrolyseverfahren, bei dem kein wässriges Medium, sondern eine heiße Salzschmelze als Elektrolyt dient.
KaliumName, Symbol, Ordnungszahl, Kalium, K, 19 ; Elementkategorie · Alkalimetalle ; Gruppe, Periode, Block · 1, 4, s ; Aussehen, silbrig weiß.
LithiumEs ist ein Element der 1. IUPAC-Gruppe, der Gruppe der Alkalimetalle, und gehört zur zweiten Periode des Periodensystems der Elemente. Lithium ist ein …