Metal alcalino
Los metales alcalinos están formados por los elementos químicos litio (Li), sodio (Na), potasio (K), [nota 1] rubidio (Rb), cesio (Cs), [nota 2] y francio (Fr). Junto con el hidrógeno constituyen el grupo 1 , [nota 3] que se encuentra en el bloque s de la tabla periódica . Todos los metales alcalinos tienen su electrón más externo en un orbital s : esta configuración electrónica compartida hace que tengan propiedades características muy similares. [nota 4]De hecho, los metales alcalinos proporcionan el mejor ejemplo de tendencias grupales en las propiedades de la tabla periódica, con elementos que exhiben un comportamiento homólogo bien caracterizado. [ editorialising ] Esta familia de elementos también se conoce como la familia del litio por su elemento principal.
Los metales alcalinos son todos metales brillantes, suaves y altamente reactivos a temperatura y presión estándar y pierden fácilmente su electrón más externo para formar cationes con carga +1. Todos se pueden cortar fácilmente con un cuchillo debido a su suavidad, dejando al descubierto una superficie brillante que se deslustra rápidamente en el aire debido a la oxidación por la humedad atmosférica y el oxígeno (y en el caso del litio, el nitrógeno ). Debido a su alta reactividad, deben almacenarse bajo aceite para evitar la reacción con el aire y se encuentran naturalmente solo en sales .y nunca como los elementos libres. El cesio, el quinto metal alcalino, es el más reactivo de todos los metales. Todos los metales alcalinos reaccionan con el agua, y los metales alcalinos más pesados reaccionan más vigorosamente que los más ligeros.
Todos los metales alcalinos descubiertos se encuentran en la naturaleza como sus compuestos: en orden de abundancia , el sodio es el más abundante, seguido del potasio, el litio, el rubidio, el cesio y finalmente el francio, que es muy raro debido a su altísima radiactividad ; el francio se presenta en la naturaleza sólo en trazas diminutas como un paso intermedio en algunas ramas laterales oscuras de las cadenas de descomposición natural . Se han realizado experimentos para intentar la síntesis de ununennium (Uue), que probablemente sea el próximo miembro del grupo; ninguno tuvo éxito. Sin embargo, el ununenio puede no ser un metal alcalino debido a los efectos relativistas , que se predice que tienen una gran influencia en las propiedades químicas deelementos superpesados ; incluso si resulta ser un metal alcalino, se prevé que tenga algunas diferencias en las propiedades físicas y químicas de sus homólogos más ligeros.
La mayoría de los metales alcalinos tienen muchas aplicaciones diferentes. Una de las aplicaciones más conocidas de los elementos puros es el uso de rubidio y cesio en relojes atómicos , de los cuales los relojes atómicos de cesio forman la base del segundo . Una aplicación común de los compuestos de sodio es la lámpara de vapor de sodio , que emite luz de manera muy eficiente. La sal de mesa , o cloruro de sodio, se ha utilizado desde la antigüedad. El litio encuentra uso como medicamento psiquiátrico y como ánodo en las baterías de litio . El sodio y el potasio también son elementos esenciales y tienen funciones biológicas importantes como electrolitos ., y aunque los otros metales alcalinos no son esenciales, también tienen varios efectos en el cuerpo, tanto beneficiosos como perjudiciales.
Los compuestos de sodio se conocen desde la antigüedad; La sal ( cloruro de sodio ) ha sido un producto básico importante en las actividades humanas, como lo atestigua la palabra inglesa wage , refiriéndose a salarium , dinero pagado a los soldados romanos por la compra de sal. [5] [ se necesita una mejor fuente ] Si bien la potasa se ha utilizado desde la antigüedad, durante la mayor parte de su historia no se entendió que fuera una sustancia fundamentalmente diferente de las sales minerales de sodio. Georg Ernst Stahl obtuvo evidencia experimental que lo llevó a sugerir la diferencia fundamental de las sales de sodio y potasio en 1702, [6] yHenri-Louis Duhamel du Monceau pudo demostrar esta diferencia en 1736. [7] La composición química exacta de los compuestos de potasio y sodio, y el estado como elemento químico del potasio y el sodio, no se conocía entonces, y por lo tanto Antoine Lavoisier no lo hizo . incluir cualquiera de los álcalis en su lista de elementos químicos en 1789. [8] [9]
Petalita , el mineral de litio del que se aisló por primera vez el litio
Johann Wolfgang Döbereiner fue uno de los primeros en notar similitudes entre lo que ahora se conoce como metales alcalinos.
Lepidolita , el mineral de rubidio del que se aisló por primera vez el rubidio
El sistema periódico de Dmitri Mendeleev propuesto en 1871 que muestra el hidrógeno y los metales alcalinos como parte de su grupo I, junto con el cobre, la plata y el oro.
Abundancias estimadas de los elementos químicos en el sistema solar. El hidrógeno y el helio son los más comunes, desde el Big Bang . Los siguientes tres elementos (litio, berilio y boro ) son raros porque están pobremente sintetizados en el Big Bang y también en las estrellas. Las dos tendencias generales en los restantes elementos producidos estelares son: (1) una alternancia de abundancia en elementos que tienen números atómicos pares o impares, y (2) una disminución general en abundancia, a medida que los elementos se vuelven más pesados. El hierro es especialmente común porque representa el nucleido de energía mínima que se puede producir mediante la fusión de helio en supernovas.
[44] Espodumeno , un importante mineral de litio
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El potasio reacciona violentamente con el agua a temperatura ambiente.
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El cesio reacciona explosivamente con el agua incluso a bajas temperaturas.
Carga nuclear efectiva en un electrón atómico
Tendencia periódica de la energía de ionización: cada período comienza con un mínimo para los metales alcalinos y termina con un máximo para los gases nobles . Los valores pronosticados se usan para elementos más allá de 104.
La variación de la electronegatividad de Pauling (eje y) a medida que se desciende por los grupos principales de la tabla periódica del segundo al sexto período
Una reacción de 3 libras (≈ 1,4 kg) de sodio con agua
Aleación líquida de NaK a temperatura ambiente
Vistas lateral (izquierda) y superior (derecha) del compuesto de intercalación de grafito KC 8
Modelo de bola y barra de celda unitaria de nitruro de litio .
[118] Sobre la base del tamaño , se esperaría una estructura tetraédrica , pero eso sería geométricamente imposible: así, el nitruro de litio adquiere esta estructura cristalina única.
[10] : 76 Rb
9O
2grupo, compuesto por dos octaedros regulares conectados entre sí por una cara
cs
11O
3grupo, compuesto por tres octaedros regulares donde cada octaedro está conectado a los otros dos por una cara cada uno. Los tres octaedros tienen una arista en común.
18-corona-6 coordinando un ion de potasio
Estructura de 2.2.2-Cryptand encapsulando un catión de potasio (púrpura). En estado cristalino, obtenido por difracción de rayos X. [136]
Estructura del hexámero octaédrico de n -butillitio , (C
4 H
9 Li)
6 .
[138] Los agregados se mantienen unidos por enlaces covalentes deslocalizados entre el litio y el carbono terminal de la cadena de butilo.
[139] No hay enlace directo litio-litio en ningún compuesto de organolitio.
[123] : 264 El fenillitio sólido forma cristales monoclínicos que pueden describirse como subunidades diméricas Li
2 ( C 6 H 5 )
2 . Los átomos de litio y los
ipso carbonos de los anillos de fenilo forman un anillo plano de cuatro miembros. El plano de los grupos fenilo es perpendicular al plano de este anillo Li
2 C
2 . Se produce un enlace intermolecular fuerte adicional entre estos dímeros de fenillitio y los electrones π de los grupos fenilo en los dímeros adyacentes, lo que da como resultado una estructura de escalera polimérica infinita.
[140] Reacciones de reducción usando sodio en amoníaco líquido
Radio atómico empírico (Na–Cs, Mg–Ra) y pronosticado (Fr–Uhp, Ubn–Uhh) de los metales alcalinos y alcalinotérreos del tercer al noveno período , medido en angstroms
[37] : 1730 [148] Afinidad electrónica empírica (Na–Fr) y predicha (Uue) de los metales alcalinos del tercer al octavo período , medida en electronvoltios
[37] : 1730 [148] Energía de ionización empírica (Na–Fr, Mg–Ra) y predicha (Uue–Uhp, Ubn–Uhh) de los metales alcalinos y alcalinotérreos del tercer al noveno período, medida en electronvoltios
[37] : 1730 [148] De manera similar a los metales alcalinos, el amoníaco reacciona con el ácido clorhídrico para formar la sal cloruro de amonio .
Trozos de talio muy puro en una ampolla de vidrio , almacenados bajo gas argón
Las salinas son ricas en litio, como las del Salar del Hombre Muerto, Argentina (izquierda) y Uyuni , Bolivia (derecha). La salmuera rica en litio se concentra bombeándola a estanques de evaporación solar (visible en la imagen de Argentina).
Esta muestra de uraninita contiene unos 100.000 átomos (3,3
× 10
−20 g) de francio-223 en un momento dado.
[61] FOCS 1, un reloj atómico de cesio en Suiza
Un dispositivo de radioterapia tipo rueda que tiene un colimador largo para enfocar la radiación en un haz angosto. La fuente radiactiva de cloruro de cesio-137 es el cuadrado azul, y los rayos gamma están representados por el haz que emerge de la apertura. Esta fue la fuente de radiación involucrada en el accidente de Goiânia, que contenía alrededor de 93 gramos de cloruro de cesio-137.