Alkalimetalle: Die Elemente der 1. Hauptgruppe im Periodensystem

Was sind Alkalimetalle?

Alkalimetalle sind sechs chemische Elemente in Gruppe 1, der linken Spalte des Periodensystems. Es sind Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Cäsium (Cs) und Francium (Fr). (Ausgenommen Wasserstoff (H), der zwar ein Elektron in seiner äußersten Schale hat, aber kein Alkalimetall ist, da er bei Raumtemperatur ein Gas und kein Metall ist.)

Alkalimetalle heißen so, weil sie mit Wasser reagieren und Alkalien bilden. Alkalien sind Hydroxidverbindungen dieser Elemente, wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid. Alkalien sind sehr starke, ätzende Basen. Lauge ist beispielsweise Natriumhydroxid. Alkalien reagieren mit Säuren zu Salzen.

In reiner Form sind Alkalimetalle weiche, glänzende Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten. Sie reagieren bereitwillig mit Luft und Feuchtigkeit. Aufgrund ihrer Reaktivität müssen bei Verwendung und Lagerung besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Alkalimetalle sind bei Standardtemperatur und -druck hochreaktiv und geben ihr äußerstes Elektron leicht ab, um Kationen mit Ladung +1 zu bilden. Alle lassen sich wegen ihrer Weichheit leicht mit einem Messer schneiden und zeigen eine glänzende Oberfläche, die an der Luft durch Oxidation durch atmosphärische Feuchtigkeit und Sauerstoff (und bei Lithium auch Stickstoff) schnell anläuft.

Wegen ihrer hohen Reaktivität müssen sie unter Öl gelagert werden, um Reaktionen mit Luft zu verhindern, und kommen in der Natur nur in Salzen vor, nie als freie Elemente. Cäsium, das fünfte Alkalimetall, ist das reaktivste aller Metalle. Alle Alkalimetalle reagieren mit Wasser, wobei die schwereren Alkalimetalle heftiger reagieren als die leichteren.

Alkalimetalle im Periodensystem

Die Alkalimetalle sind Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Cäsium (Cs) und Francium (Fr). Diese Gruppe liegt im s-Block des Periodensystems, da alle Alkalimetalle ihr äußerstes Elektron in einem s-Orbital haben.

Alkalimetalle liefern das beste Beispiel für Gruppentrends im Periodensystem, mit Elementen, die ähnliche Eigenschaften aufweisen. Beim Abwärtsgehen in der Gruppe zeigen alle bekannten Alkalimetalle:

• Zunehmenden Atomradius
• Abnehmende Elektronegativität
• Zunehmende Reaktivität
• Abnehmende Schmelz- und Siedepunkte

Im Allgemeinen nehmen ihre Dichten nach unten in der Gruppe zu, mit der Ausnahme von Kalium, das weniger dicht ist als Natrium.

Eigenschaften der Alkalimetalle

Alkalimetalle sind eine Gruppe chemischer Elemente im Periodensystem mit folgenden physikalischen und chemischen Eigenschaften:

• Glänzend
• Weich
• Silbrig
• Bei Standardbedingungen hochreaktiv
• Geben ihr äußerstes Elektron leicht ab, um Kationen mit Ladung +1 zu bilden

Alkalimetalle haben niedrige Schmelzpunkte. Lithium schmilzt bei 180,5 °C (356,9 °F); Cäsium schon bei 28,4 °C (83,1 °F). Diese Elemente sind auch ausgezeichnete Wärme- und Elektroleiter. Alkalimetalle sind sehr reaktiv und daher meist in Verbindungen mit anderen Elementen zu finden, wie Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl) und Kaliumchlorid (KCl).

Alle lassen sich aufgrund ihrer Weichheit leicht mit einem Plastikmesser schneiden, und ihre glänzende Oberfläche läuft an der Luft durch Oxidation schnell an. Wegen ihrer hohen Reaktivität müssen Alkalimetalle unter Öl gelagert werden, um Reaktionen mit Luft zu verhindern.

In der modernen IUPAC-Nomenklatur umfassen die Alkalimetalle die Gruppenelemente 1, ohne Wasserstoff. Alle Alkalimetalle reagieren mit Wasser, wobei die schwereren heftiger reagieren als die leichteren.

Eigenschaften der Alkalimetalle im Überblick:

Eigenschaft	Lithium	Natrium	Kalium	Rubidium	Cäsium	Francium
Ordnungszahl	3	11	19	37	55	87
Atommasse (oder stabilstes Isotop)	6,941	22,99	38,098	86,468	132,905	223
Farbe des Elements	Silber	Silber	Silber	Silber	Silber	—
Schmelzpunkt (°C)	180,5	97,72	63,38	39,31	28,44	27
Siedepunkt (°C)	1.342	883	759	688	671	677
Dichte bei 20 °C (g/cm³)	0,534	0,971	0,862	1,532	1,873	—
Volumenzunahme beim Schmelzen (%)	1,51	2,63	2,81	2,54	2,66	—
Wertigkeit	1	1	1	1	1	1
Massenzahl häufigster Isotope (terrestrische Häufigkeit, %)	6 (7,59), 7 (92,41)	23 (100)	39 (93,26), 40 (0,01), 41 (6,73)	85 (72,17), 87 (27,83)	133 (100)	—
Flammenfärbung	Rot	Gelb	Violett	Gelb-Violett	Blau	—
Hauptspektrallinien (Wellenlänge, Å)	6.708; 6.104	5.890; 5.896	7.699; 7.665	4.216; 4.202	4.593; 4.555	—
Schmelzwärme (cal/mol / kJ/mol)	720 (3)	621 (2,6)	557 (2,33)	523 (2,19)	500 (2,09)	500 (2)
Spezifische Wärme (J/g·K)	3,582	1,228	0,757	0,363	0,242	—
Elektr. Widerstand bei 293–298 K (µΩ·cm)	9,5	4,9	7,5	13,3	21	—
Magnetische Suszeptibilität (cgs)	14,2 (10⁻⁶)	16 (10⁻⁶)	20,8 (10⁻⁶)	17 (10⁻⁶)	29 (10⁻⁶)	—
Kristallstruktur	Körperzentrisch kubisch	Körperzentrisch kubisch	Körperzentrisch kubisch	Körperzentrisch kubisch	Körperzentrisch kubisch	—
Atomradius (Å)	1,67	1,9	2,43	2,65	2,98	—
Ionenradius (+1 Ion, Å)	0,9	1,16	1,52	1,66	1,81	1,94
Metallradius (Å, 12-koordiniert)	1,57	1,91	2,35	2,5	2,72	2,8
1. Ionisationsenergie (kJ/mol)	520,2	495,8	418,8	403	375,7	380
Oxidationspotential 0→+1 bei 25 °C (V)	3,04	2,71	2,93	2,92	2,92	2,92
Elektronegativität (Pauling)	0,98	0,93	0,82	0,82	0,79	0,7

Liste der Alkalimetalle

Die Alkalimetalle sind:

• Lithium (Li)
• Natrium (Na)
• Kalium (K)
• Rubidium (Rb)
• Cäsium (Cs)
• Francium (Fr)

Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) schließt Wasserstoff (H) als Alkalimetall aus, da er unter normalen Temperaturen und Drücken als Gas vorliegt. Wasserstoff zeigt jedoch viele der mit der Gruppe verbundenen Eigenschaften und wird unter extrem hohem Druck zum Alkalimetall.

Beispiele für Alkalimetalle

Die Alkalimetalle sind sechs chemische Elemente in Gruppe 1, der linken Spalte des Periodensystems. Sie sind Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Cäsium (Cs) und Francium (Fr).

Lithium

Lithium ist das bisher leichteste entdeckte Metall. Es ist das einzige Metall, das mit Stickstoff reagiert. Lithiumoxid ist amphoter (sowohl saure als auch basische Eigenschaften). Außer Lithium sind die anderen Alkalielemente überwiegend ionisch. Die Ladungsdichte von Lithium ist stärker als bei anderen Alkalimetallen, weshalb es stark hydratisiert ist.

Lithium wurde 1817 von Johan Arfvedson bei der Analyse von Petalit (LiAlSi₄O₁₀) entdeckt. Der Name Lithium leitet sich vom griechischen „lithos“ (Stein) ab. Lithium findet sich in pegmatitischen Mineralen, Tonen, Soleen, Ozeanen und in allen Lebewesen.

Verwendungen von Lithium

• Lithium in hitzeresistenter Keramik und Glas.
• Lithiumlegierungen im Flugzeugbau.
• Lithiumdeuterid als Fusionsbrennstoff in Thermonuklearwaffen.
• Lithiumbatterien speichern viel Energie im Vergleich zu anderen Metallen. Revolutionierten Geräte wie Handys und Computer nutzen Lithiumbatterien.
• Lithiumsalze als stimmungsstabilisierende Medikamente.
• Lithium-6 als Hauptquelle für Tritiumproduktion.
• Lithium zum Entoxidieren von Kupfer und Kupferlegierungen.
• Lithiumverbindungen als pyrotechnische Farbstoffe in Feuerwerk (rote Leuchtkraft).
• Schmierfette werden aus Lithium hergestellt.

Natrium

Natrium ist eine chemische Substanz, die wir täglich über Nahrung als Natriumchlorid (Kochsalz) zu uns nehmen. Natrium wird durch Elektrolyse von Natriumchlorid gewonnen. Das Element Natrium ist hochreaktiv.

1806 gewann Sir Humphry Davy Natrium durch Stromleitung durch geschmolzenes Natriumhydroxid. Natrium entstand erstmals durch Kernfusion in Sternen, durch Verschmelzung zweier Kohlenstoffatome. Es kann auch in Sternen entstehen, wenn Neonatome ein Proton gewinnen.

Verwendungen von Natrium

• Natrium als Glanzmittel in Metallen.
• Flüssiges Natrium als Kühlmittel in Kernreaktoren.
• Natriumsalze von Fettsäuren in Seife.
• NaK, Legierung aus Natrium und Kalium, wichtiger Wärmeträger.
• Natriumverbindungen in Papier-, Textil-, Erdöl- und Chemieindustrie.
• Natriumjodid zur Behandlung von ausgedehntem Ringelflechte.
• Natrium in Straßenlaternen und Natriumdampflampen für gelbes, helles Licht.
• Natriumhydroxid als Ofenreiniger.

Kalium

Kalium ist das 19. Element im Periodensystem. Es spielt eine lebenswichtige Rolle für die Körperfunktionen. Es ist ein essentielles Mineral, das in Organismen aufrechterhalten werden muss. Ungleichgewichtige Kaliumwerte können zu Hyper- oder Hypokaliämie führen.

Kalium wird an der Luft grau. Um Oxidation und Feuchtigkeit zu verhindern, wird Kalium in Petroleum gelagert.

Verwendungen von Kalium

• Kaliumchlorid essenziell für Pflanzenwachstum. Wird in Düngemitteln verwendet.
• Kaliumsalz (Kali) verbessert Wasserrückhalt, Ertrag, Nährwert, Geschmack, Farbe, Textur und Krankheitsresistenz von Nutzpflanzen.
• Kaliumchlorat und Kaliumnitrat in Sprengstoffen und Feuerwerk.
• Kaliumnitrat als Konservierungsmittel.
• Kalium reguliert Blutdruck und Säuregehalt im Körper.
• Kaliumchromat in Ledergerbung und Herstellung von Tinten, Schwarzpulver, Farbstoffen, Sicherheitszündhölzern.
• Kalium essenziell für normale Zellatmung und Elektrolytfunktion (95 % unserer Zellen bestehen aus Kalium).
• Kaliumhydroxid zur Waschmittelherstellung.
• Kalium hilft beim Pumpen von Flüssigkeiten im Herzen und den Nerven.

Rubidium

Rubidium ist ein radioaktives Element. Der Name leitet sich vom lateinischen „rubius“ (tiefrot) ab.

Verwendungen von Rubidium

• Rubidium-82 in der Myokardperfusionsszintigraphie.
• Rubidium in Atomuhr-, Elektronenröhren- und Photozellenherstellung.
• Rubidium als Arbeitsfluid in Dampfturbinen.
• Komponenten in Raumfahrtantrieben.
• Rubidiumdampf in Laserkühlung.
• Rubidiumchlorid zur Induktion der DNA-Aufnahme in Zellen.
• Thermoelektrische Generatoren.
• Rubidiumkarbonat für optische Gläser.
• Wegen der Hyperfeinstruktur der Energieniveaus in Atomuhr.
• Verbindung aus Rubidium, Silber und Jod mit bestimmten elektrischen Eigenschaften für Dünnschichtbatterien.

Cäsium

Cäsium ist ein aktives Metall. Chemisch ist Cäsium das elektropositivste Element und verbindet sich mit Anionen zu Verbindungen. Es ist hochgiftig. Cäsiumhydroxid ist die stärkste bekannte Base.

Es hat viele Isotope, von denen Cäsium-133 stabil ist und der wichtigste Zeitstandard (Cäsiumuhren/Atomuhr). Cäsium ist bei oder nahe Raumtemperatur flüssig.

Verwendungen von Cäsium

• Cäsium-134 in der Kernkraftindustrie.
• In Photoelektrischen Zellen wegen schneller Elektronenemission.
• Cäsium als Katalysator für Hydrierung bestimmter organischer Verbindungen.
• In Antriebssystemen.
• Entfernung von Luftspuren aus Vakuumröhren.
• In Photovoltaikzellen, Fernsehbildgeräten, Nachtsichtgeräten.
• Cäsiumdampf in Magnetometern.
• Cäsium-137 in Brachytherapie zur Krebstherapie (radioaktive Elemente).
• Cäsiumchloridlösung in Molekularbiologie für Dichtegradienten-Ultrazentrifugation (Isolierung von Viren, Organellen, Nukleinsäuren).
• Cäsium als Standard in Spektrophotometrie.
• In Militärflugzeugen.

Francium

Francium hat die niedrigste Elektronegativität aller bekannten Elemente. Es ist ein hochradioaktives Metall und das schwerste dieser Metalle. Francium wird durch Beschuss von Thorium mit Protonen oder Radium mit Neutronen erzeugt.

Dieses Element ist selten und wird kaum verwendet. Hauptsächlich für wissenschaftliche Forschung im Labor. Es zerfällt schnell wegen kurzer Halbwertszeit.

Alkalimetalle sind von großem Nutzen, sollten aber nicht ohne Expertenrat verwendet werden, da sie bei Reaktionen gewalttätig werden und als giftig vorsichtig gehandhabt werden müssen.

FAQs

Wie heißen Alkalimetalle?

Gruppe 1A (oder IA) des Periodensystems sind die Alkalimetalle: Wasserstoff (H), Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Cäsium (Cs), Francium (Fr). Dies sind (außer Wasserstoff) weiche, glänzende, niedrigschmelzende, hochreaktive Metalle, die an der Luft anlaufen.

Was sind 5 Eigenschaften von Alkalimetallen?

Merkmale von Alkalimetallen:

• In Spalte 1A des Periodensystems.
• Ein Elektron in der äußersten Elektronenschale.
• Leicht ionisierbar.
• Silbrig, weich, gering dicht.
• Niedrige Schmelzpunkte.
• Unglaublich reaktiv.

Was sind 3 Fakten über Alkalimetalle?

• Alkalimetalle sind sehr reaktiv.
• Sie reagieren mit Wasser. Manchmal Explosion bei Kontakt mit Luft und Wasser.
• Sie sind formbar und gute Wärme- und Elektroleiter.

Wozu werden Alkalimetalle verwendet?

Industrielle Anwendungen: hitzebeständiges Glas und Keramik, Lithiumschmierfette, Flusszusätze für Eisen-, Stahl- und Aluminiumproduktion. Mobile Geräte und E-Fahrzeuge hängen von Lithium-Ionen-Batterien ab.

Ist Aluminium ein Alkalimetall?

Cäsium, das fünfte Alkalimetall, ist das reaktivste aller Metalle. Alle Alkalimetalle reagieren mit Wasser, wobei die schwereren heftiger reagieren als die leichteren.

Wo findet man Alkalimetalle?

Alkalimetalle: Fakten zu den Elementen der ersten Spalte des Periodensystems. Alkalimetalle sind überall um Sie herum. Natrium in Speisesalz, Lithium in Ihrem Handy-Akku, Kalium in Bananen. Alkalimetalle umfassen sechs verschiedene Elemente in der ersten Spalte des Periodensystems.

Wo kommen Alkalimetalle natürlich vor?

Alkalimetalle sind die erste Gruppe im Periodensystem. Sie kommen in der Natur nie ungebunden vor, da sie instabil sind und schnell mit anderen Elementen reagieren. Sie verbinden sich gut mit allen Elementen außer Edelgasen. An der Luft werden sie schnell schwarz.

Was sind die 2 reaktivsten Alkalimetalle?

Die Reaktivität nimmt von oben nach unten in der Gruppe zu, daher ist Lithium (Li) das am wenigsten reaktive und Francium (Fr) das reaktivste Alkalimetall. Wegen ihrer hohen Reaktivität kommen sie in der Natur nur in Verbindung mit anderen Elementen vor.

Woraus besteht Alkali?

Die industrielle Alkaliherstellung bezieht sich meist auf Soda (Na₂CO₃; Natriumcarbonat) und Ätznatron (NaOH; Natriumhydroxid). Andere industrielle Alkalien: Kaliumhydroxid, Pottasche, Lauge. Die Herstellung unzähliger Konsumgüter hängt in irgendeiner Stufe von Alkali ab.

Warum sind Alkalimetalle so aktiv?

Alkalimetalle sind extrem reaktiv, weil sie ein einzelnes Elektron in der äußersten Schale haben. Das einzelne Valenzelektron macht sie sehr reaktiv. Sie geben das Elektron ab, um Edelgaskonfiguration zu erreichen.

In welchem Block sind Alkalimetalle?

Der s-Block im Periodensystem umfasst Alkalimetalle und Erdalkalimetalle (Gruppen 1 und 2). Helium gehört auch zum s-Block. Die Hauptquantenzahl „n“ füllt das s-Orbital. Maximal zwei Elektronen können das s-Orbital besetzen.

Warum kommen Alkalimetalle in der Natur vor?

Alkalimetalle haben niedrige Ionisationsenthalpien. Daher geben sie ihre Valenzelektronen leicht ab und sind hochreaktiv. Daher in der Natur nicht in elementarer Form. In gebundener Form als Halide, Oxide, Silicate, Borate und Nitrate.

Warum explodieren Alkalimetalle im Wasser?

Alkalimetalle reagieren mit Wasser zu Wärme, Wasserstoffgas und dem entsprechenden Metallhydroxid. Die entstehende Wärme kann den Wasserstoff oder das Metall selbst entzünden, was zu Feuer oder Explosion führt.

Warum sind Alkalimetalle nicht in der Erde?

Alkalimetalle haben niedrige Ionisationsenthalpien. Daher geben sie Valenzelektronen leicht ab und sind hochreaktiv. Daher in der Natur nicht in elementarem Zustand.

Warum werden Alkalimetalle in Öl gelagert?

Die Gruppenelemente 1 heißen Alkalimetalle. Sie stehen in der vertikalen Spalte links im Periodensystem. Alle Gruppenelemente 1 sind sehr reaktiv. Sie müssen unter Öl gelagert werden, um Luft und Wasser fernzuhalten.