Eigenschaften der Alkalimetalle

Alle Alkalimetalle haben gemeinsame Eigenschaften. Diese Eigenschaften ändern sich aber etwas innerhalb der Hauptgruppe. Alkalimetalle ähneln sich in folgenden Eigenschaften:

• Atombau
• Farbe
• Härte
• Dichte
• Schmelz- und Siedetemperatur
• Wärme- und elektrische Leitfähigkeit
• Reaktionsfähigkeit
• Fähigkeit zur Flammenfärbung

In der folgenden Abbildung kannst du die Tendenzen der Eigenschaften innerhalb der ersten Hauptgruppe nachvollziehen:

Namensherkunft

Der Name Alkalimetalle kommt von dem arabischen Wort "al kalja". Übersetzt heißt das so viel wie "Pottasche". Pottasche ist eine alte Bezeichnung für Kaliumcarbonat, welches ein wichtiges Kaliumsalz und somit ein wichtiger Vertreter der 1. Hauptgruppe.
Außerdem sind alle Elemente dieser Hauptgruppe Metalle. Daher wurde die erste Hauptgruppe Alkalimetalle genannt.

Atombau der Alkalimetalle

Die Alkalimetalle ähneln sich in ihrem Atombau. Sie alle besitzen nur ein Außenelektron. Dieses Außenelektron liegt in einem s-Orbital.

Somit haben alle Alkalimetalle folgende Außenelektronenkonfiguration:

• n = Anzahl der Periode, in der das Alkalimetall steht
• s = das zuletzt besetzte Orbital
• 1 : nur 1 Elektron befindet sich im zuletzt besetzten Orbital

Farbe der Alkalimetalle

Alle Alkalimetalle haben einen metallischen Glanz und eine silbrige Farbe. Ursache dafür sind die frei beweglichen Elektronen, die sich zwischen den positiv geladenen Metallrümpfen bewegen.
Diese Elektronen sind dafür verantwortlich, dass die eintreffenden Lichtstrahlen wie bei einem Spiegel zurückgeworfen werden.

Härte der Alkalimetalle

Alkalimetalle sind sehr weiche Metalle. Du kannst sie sogar mit einem normalen Messer ganz einfach zerschneiden.

All diese Elemente können nur ein Elektron abgeben, sie haben nämlich nur ein Außenelektron. Deshalb gibt es relativ wenige frei bewegliche Elektronen, die mit ihren Anziehungskräften auf das Metallkation wirken können. Daher wird das gesamte Metallgitter nur schwach zusammengehalten und es ist leicht verformbar und zerschneidbar.

Innerhalb der ersten Hauptgruppe nimmt die Härte der Metalle von oben nach unten ab, du kannst sie also nach unten hin immer einfacher zerschneiden.

Dichte der Alkalimetalle

Alkalimetalle haben eine für Metalle sehr geringe Dichte. Die Dichte nimmt innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten zu.

Die Elemente Lithium, Natrium und Kalium haben sogar eine geringer Dichte als Wasser, würden also sozusagen auf Wasser schwimmen.

Schmelz- & Siedetemperaturen der Alkalimetalle

Auch die Schmelz- & Siedetemperaturen der Alkalimetalle sind für Metalle recht niedrig. Beide Temperaturen nehmen innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten ab.

Caesium und Francium sind sogar flüssig und Rubidium würde in der Hand schmelzen.

Wärme- & elektrische Leitfähigkeit

Die Alkalimetalle leiten den elektrischen Strom und die Wärme gut. Allerdings sind es die schwächsten Leiter innerhalb der Gruppe der Metalle.

Ursache für die Leitfähigkeiten ist, dass sich in dem Metallgitter Elektronen frei bewegen können. Bei diesen Elektronen handelt es sich um die Außenelektronen, die abgegeben werden. Diese Elektronen transportieren den Strom und die Wärme.

In der ersten Hauptgruppe besitzt ein Atom allerdings nur ein Außenelektron, weshalb es wenige freie Elektronen im Metallgitter gibt. Daher können Wärme und Strom nur langsam transportiert werden, weshalb die Wärme- & die elektrische Leitfähigkeit der Alkalimetalle eher gering ausfallen.

Reaktionsfähigkeit der Alkalimetalle

Alkalimetalle besitzen eine hohe Reaktionsfähigkeit, sie sind also sehr reaktiv. Das bedeutet, dass diese Elemente sehr gern mit anderen Elementen reagieren. Daraus folgt aber auch, dass die Alkalimetalle nur selten in reiner Form in der Natur vorkommen, sondern fast ausschließlich in Verbindungen.

Wenn die Elemente mit der Luft in Berührung kommen, reagieren sie sofort mit Sauerstoff.

Die Reaktionsfähigkeit nimmt innerhalb der ersten Hauptgruppe von oben nach unten zu. Caesium und Francium reagieren sogar so heftig mit Sauerstoff, dass sie sich dabei sofort entzünden. Deshalb werden diese Metalle in der Schule auch nicht verwendet.

Diese hohe Reaktionsfähigkeit macht das Lagern der Alkalimetalle aber etwas schwieriger.
Lithium, Natrium, Kalium und Rubidium werden in Petroleum eingelegt. Petroleum ist eine ölartige Flüssigkeit, die die Reaktion der Alkalimetalle verhindert.
Caesium und Francium sind so reaktiv, dass sie komplett von anderen Stoffen getrennt werden müssen. Deswegen schließt man die in Glasampullen ein.

Flammenfärbung durch die Alkalimetalle

Wenn Alkalimetalle oder die Salze der Alkalimetalle verbrennen, entsteht eine farbige Flamme.

Durch das Erhitzen der Metalle werden Elektronen des Atoms (beziehungsweise des Ions) in eine andere, weiter außen liegende Schale gebracht. Dadurch werden die Elektronen mit Energie geladen. Allerdings können die Elektronen diese Position nicht lange halten und fallen daher wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Dabei geben sie die aufgenommene Energie nach außen ab. Diese Energie ist für uns Menschen als Lichtenergie sichtbar.

Jedes Alkalimetall strahlt Lichtenergie mit einer anderen Wellenlänge und damit auch mit einer anderen Farbe aus.

In der folgenden Animation kannst du sehen was passiert, wenn die Alkalimetalle auf einem Magnesiastäbchen in eine Brennerflamme gehalten werden.

Alkalimetalle kommen häufig als Salze vor. Um herauszufinden, um welches Alkalimetallsalz es sich handelt, kann man das Salz einfach in eine Brennerflamme geben. Die Farbe weist dann auf das entsprechende Alkalimetall hin.