Alkalimetalle - Anorganische Chemie
Anorganische Chemie
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Transkript (automatisch erstellt)

0:13 Hallo, schön, dass Sie hier sind! In diesem Video befassen wir uns mit den Alkalimetallen.
0:19 Sie werden anschließend in der Lage sein, die Darstellung, Eigenschaften und Reaktivität der Elemente vergleichend zu beschreiben.
0:28 Beginnen wir mit der Stellung der Elemente im Periodensystem. Als Alkalimetalle werden alle Elemente der ersten Hauptgruppe,
0:37 mit Ausnahme des Elements Wasserstoff, bezeichnet. Hierzu gehören die Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium.
0:48 Während von den Elementen Lithium bis Cäsium stabile Isotope bekannt sind, sind alle Isotope des Franciums instabil
0:56 und zerfallen mit einer Halbwertszeit von maximal 21 Minuten, überwiegend jedoch deutlich schneller, unter Aussendung radioaktiver Strahlung.
1:06 Das Francium ist daher für die Stoffchemie von geringem Interesse. Chemisch sind die Elemente Lithium bis Cäsium einander recht ähnlich,
1:16 ihre Eigenschaften unterscheiden sich meist nur graduell. Daher besprechen wir die Elemente in diesem Video auch gemeinsam.
1:25 Dabei werden wir die Ähnlichkeiten herausarbeiten und gleichzeitig auf relevante Unterschiede und Besonderheiten hinweisen.
1:34 Allen Alkalimetallen ist gemeinsam, dass sie eine Elektronegativität von kleiner als Eins haben.
1:41 Sie sind damit sehr leicht oxidierbar und kommen in der Natur nicht elementar vor. Innerhalb der ersten Hauptgruppe
1:50 nimmt die Elektronegativität der Elemente übrigens, wie auch, zumindest tendenziell, in den anderen Hauptgruppen, von oben nach unten leicht ab, wie hier gezeigt.
2:01 Das Cäsium ist damit, unter den stabilen Elementen, das Element mit der geringsten Elektronegativität.
2:10 Entsprechend ihrer Stellung im Periodensystem, weisen alle Alkalimetalle in ihren Verbindungen
2:15 alleinig die Oxidationsstufe +I auf. In den meisten Verbindungen liegen sie dabei als Monokationen vor.
2:25 Um die reinen Elemente zu erhalten, ist es daher in allen Fällen notwendig, die Alkalimetallionen entsprechender Verbindungen
2:33 zur Oxidationsstufe Null zu reduzieren. In elementarer Form sind alle Alkalimetalle gegenüber Luftsauerstoff empfindlich.
2:43 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
2:55 in wasser- und sauerstoffarmem Petroleum oder in einer Inertgasatmosphäre aufbewahrt. Andernfalls laufen die metallisch reflektierenden Oberflächen
3:06 frischer Schnittflächen schnell matt an. Technisch werden die leichteren Elemente Lithium und Natrium
3:14 infolge ihrer stark negativen Redoxpotenziale ausschließlich durch die sogenannte Schmelzflusselektrolyse, also durch die Elektrolyse
3:23 von Schmelzen der entsprechenden Chloride gewonnen. Wässrige Lösungen können dabei, wegen der leichteren Reduzierbarkeit
3:31 der Wasserstoffatome des Wassers, nicht eingesetzt werden. Am bedeutendsten ist dabei die Darstellung des Natriums
3:39 nach der hier formulierten Reaktionsgleichung im sogenannten Downs-Prozess. Eine entsprechende Elektrolysezelle zeigt diese grafische Darstellung.
3:49 Hierbei handelt es sich um einen mit feuerfesten Steinen ausgekleideten Stahlbehälter, der die Natriumchlorid-Schmelze enthält.
3:59 Durch die Oxidation der in der Schmelze enthaltenen Chloridionen wird an einer Graphit-Anode elementares Chlor gebildet.
4:08 Dieses scheidet sich gasförmig ab und wird mithilfe einer über der Anode befindlichen Glocke aus Nickel gesammelt und abgeleitet.
4:18 Das reduktiv gebildete, flüssige Natrium scheidet sich demgegenüber an der ringförmigen Stahlkathode ab.
4:26 Hier steigt es, aufgrund seiner geringeren Dichte, in der Schmelze nach oben, sodass es über einen Auffangring
4:33 und eine Steigrohrleitung nach oben abgeführt werden kann. Die übrigen Alkalimetalle werden heute technisch
4:42 günstiger durch chemische Reduktion gewonnen. Das Kalium wird beispielsweise
4:48 durch die Reduktion von Kaliumchlorid mit Natrium gewonnen. Zunächst entsteht dabei zwar eine Kalium-Natrium-Legierung.
4:56 Aus dieser kann das gewünschte Kalium aber, aufgrund des gegenüber dem Natrium geringeren Siedepunkts von 754°C
5:05 gegenüber 881°C, destillativ abgetrennt und so dem Reaktionsgleichgewicht entzogen werden.
5:15 Die Reaktivität der Alkalimetalle nimmt allgemein in der Richtung Li -> Na -> K -> Rb -> Cs zu, was mit der Abnahme
5:24 der Elektronegativitäten in gleicher Richtung korreliert. So reagiert das Natrium leichter an feuchter Luft als das Lithium.
5:34 Die Reaktion des Kaliums mit Sauerstoff verläuft unter violettem Leuchten, bei der Reaktion mit Wasser entzündet sich der gebildete Wasserstoff
5:43 infolge der großen Wärmeentwicklung spontan. Die Elemente Rubidium und Cäsium sind dem entsprechend noch reaktionsfreudiger,
5:52 dann auch gegenüber trockenem Sauerstoff. Verwendung finden die Alkalimetalle u.a. bei der dezentralen Energieversorgung.
6:02 Lithium und Natrium werden als Anodenmaterialien in Lithium- bzw. Natriumbatterien eingesetzt.
6:10 Insbesondere das Lithium hat darüber hinaus in den letzten Jahren durch seine Rolle als Elektrolyt in Lithiumionen-Akkumulatoren
6:18 stark an Bedeutung gewonnen. Es wird zudem als Härter in verschiedenen Legierungen verwendet.
6:25 Elementares Kalium wird technisch für die Synthese von Kaliumhyperoxid, KO2, eingesetzt.
6:33 Diese und weitere Verbindungen der Alkalimetalle werden wir uns dann an anderer Stelle näher ansehen.
6:39 Zusammenfassend haben wir uns in diesem Video mit den Alkalimetallen befasst. Versuchen Sie nun selbst einmal, die Darstellung, Eigenschaften
6:47 und Reaktivitäten der einzelnen Elemente in einigen Übungsbeispielen miteinander zu vergleichen.