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Alkalimetalle

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Alkalimetalle

Chemische Elemente, die gleichartige Eigenschaften besitzen und ein ähnliches Verhalten aufweisen, werden in Gruppen eingeteilt. Im Periodensystem stellen die Spalten diese Gruppen dar. Die Ähnlichkeit der Elemente ist dabei bei den Hauptgruppen am stärksten ausgeprägt. „Alkalimetalle“ ist eine Bezeichnung für solch eine Hauptgruppe.

Grundlagen zu Alkalimetalle

Alle Elemente der 1. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente werden als Alkalimetalle bezeichnet. Hierzu zählen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium.

Wasserstoff befindet sich auch in der ersten Hauptgruppe. Er wird jedoch nicht zu den Alkalimetallen gezählt, denn Wasserstoff ist ein Nichtmetall und die Alkalimetalle sind reaktive Metalle, welche ein Valenzelektron aufweisen.

Valenzelektronen halten sich in der äußersten Schale eines Atoms auf und sind an die Bindungen zwischen zwei Atomen beteiligt. Eine andere Bezeichnung für Valenzelektronen ist Außenelektronen.

Eigenschaften von Alkalimetallen

Nachdem Du gelernt hast, welche Elemente zu den Alkalimetallen zählen, beschreibt dieser Abschnitt deren Eigenschaften. Die Tabelle zeigt dir zunächst einen kurzen Überblick.

LithiumNatriumKaliumRubidiumCaesiumFrancium
Aussehensilbrig, glänzendgold, glänzend (bei Verunreinigung)silbrig, gläzend
Aggregatzustandfest
Ordnungszahl31119375587
Atommasse in u6,9422,9939,1085,47132,91223,02
Dichte in (bei 20°C und 1013 hPa)0,5340,9680,8561,5321,902,48
Schmelzpunkt in °C (bei 1013 hPa)180,5497,7263,3839,3128,4425
Siedepunkt in °C (bei 1013 hPa)1330890774688690677
Elektronegativität0,980,930,820,820,790,70
Ionisierungsenergie in eV5,395,144,344,183,894,07
Elektrische Leitfähigkeit in 10,6·10621·10614,3·1067,52·1064,76·1063·106

Wie bereits erwähnt, haben die Alkalielemente ein Valenzelektron. Um genauer zu sein: Alkalielemente weisen ein Elektron im s-Orbital auf. Da es nur schwach gebunden ist, sind diese Elemente sehr reaktiv. Mit vielen Substanzen, wie Luft oder Halogenen, reagieren Alkalimetalle sehr stark, wobei sich eine große Menge Wärme entwickelt. Bei schweren Alkalimetallen ist eine Selbstentzündung an der Luft möglich. Aufgrund dessen werden diese Elemente unter Ausschluss von Luft gelagert.

Durch das schwach gebundene Außenelektron sind die Ionisierungsenergien und Elektronegativitäten recht niedrig. Somit könne sie das Elektron leicht abgeben und Kationen, die einfach positiv geladen sind, bilden.

In der Tabelle kannst Du erkennen, dass die Ionisierungsenergie, die Elektronegativität sowie der Schmelz- und Siedepunkt mit steigender Ordnungszahl abnehmen. Im Gegensatz dazu nehmen die Dichte und die Reaktivität zu. Mit höher werdender Ordnungszahl steigt der Atomradius, wodurch sich die Entfernung zwischen Elektron und Atomkern vergrößert. Das Elektron ist weniger stark gebunden und die Reaktivität steigt.

Die Alkalimetalle werden auch Leichtmetalle genannt, denn deren Dichte ist gering.

Flammenfärbung bei Alkalimetallen

Alkalimetalle haben die Eigenschaft, dass sie in einer neutralen Flamme charakteristische Flammenfärbung zeigen. Dieses Phänomen beruht auf der Umwandlung von Wärmeenergie in Strahlungsenergie. Die Wärme in Form einer Flamme wird vom jeweiligen Element genutzt, um das Valenzelektron in einen angeregten Zustand zu versetzen. Wenn dieses angeregte Elektron wieder in sein ursprüngliches Energieniveau zurückfällt, emittiert das Alkalimetall Lichtstrahlen mit einer bestimmten Wellenlänge. Das kannst Du als farbige Flamme beobachten.

Die Tabelle zeigt dir die Farbe der Flamme sowie die Wellenlänge des Lichts für das jeweilige Alkalimetall. Die Flammenfärbung tritt auch bei den Salzen der Alkalimetalle auf.

ElementFlammenfärbungWellenlänge des Lichts
Lithiumrot671 nm
Natriumgelb589 nm
Kaliumviolett768 nm und 404 nm
Rubidiumrot780 nm und 421 nm
Caesiumblau-violett458 nm

Aufgrund der Flammenfärbung werden Verbindungen, die Alkalimetalle enthalten, in Feuerwerk genutzt. Zudem dient die Flammenfärbung als Nachweisreaktion für Alkalimetalle und deren Ionen. Für diesen qualitativen Nachweis hältst Du ein Magnesiastäbchen, auf dem sich die Probe befindet, in die Feuerflamme eines Bunsenbrenners. Anhand der auftretenden Farbe der Flamme kannst Du Rückschlüsse auf das Element, was in der Probe vorkommen muss, ziehen.

Reaktionen von Alkalimetalle

Alkalimetalle können mit vielen Verbindungen reagieren. Dazu zählen Wasserstoff, Wasser, Luft und Halogene. Zudem ist die sogenannte Flammenfärbung möglich.

Bei der Reaktion mit Wasserstoff bilden die Alkalimetall Alkalimetallhydride. Die allgemeine Reaktionsgleichung beschreibt deren Bildung. Dabei ist Me ein Alkalimetall und MeH das entsprechende Alkalimetallhydrid.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Bildung eines Alkalimetallhydrids StudySmarter

Die thermische Beständigkeit der Hybride verringert sich mit steigender Ordnungszahl. Lithiumhydrid zeigt die größte Beständigkeit und Caesiumhybrid die geringste.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Bildung eines Alkalimetallhydrids StudySmarter

Die thermische Beständigkeit der Hybride verringert sich mit steigender Ordnungszahl. Lithiumhydrid zeigt die größte Beständigkeit und Caesiumhybrid die geringste.

Alkalimetalloxide, wie Lithiumoxid, Alkalimetallperoxide, zum Beispiel Natriumperoxid, und Alkalimetallhyperoxide, beispielsweise Kaliumhyperoxid, entstehen bei der Reaktion von Alkalimetallen mit Sauerstoff. Die Bildung der eben genannten Beispiele zeigen die folgenden Reaktionsgleichungen.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Bildung von Lithiumoxid StudySmarter

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Bildung von Natriumperoxid StudySmarter

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Bildung von Kaliumhyperoxid StudySmarter

Bei der Reaktion mit Wasser zu Alkalimetallhydroxiden wird Wasserstoff freigesetzt. Ein Beispiel ist die Bildung von Kaliumhydroxid. Die Reaktionsgleichung zeigt die Reaktion von Kalium und Wasser zu Kaliumhydroxid und Wasserstoff.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Bildung von Kaliumhydroxid StudySmarter

Durch die Reaktion von Alkalimetallen mit Halogenen bilden sich Alkalimetallhalogenide. In der folgenden Reaktionsgleichung stellt das Me ein beliebiges Alkalimetall dar und das X ist ein Halogen.

Alkalimetalle allgemeine Reaktionsgleichung der Bildung von Alkalihalogeniden StudySmarter

Bei der Entstehung von Alkalimetallhalogeniden solltest Du beachten, dass die Reaktionskraft vom Lithium zum Caesium zunimmt und vom Fluor zum Iod abnimmt. So findet kaum eine Reaktion zwischen Natrium und Iod statt. Zwischen Natrium und Brom ist sehr langsam. Im Gegensatz dazu kommt es zwischen Kalium und Brom zu einer explosionsartigen Reaktion.

Halogenwasserstoffe können ebenso mit Alkalimetalle reagieren. Dabei bildet sich Kohlenstoff. Die Reaktion verläuft explosionsartig. Die Reaktionsgleichung zeigt dir die Reaktion von Natrium mit Tetrachlormethan zu Natriumchlorid und Kohlenstoff.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Reaktion zwischen Natrium und Tetrachlormethan StudySmarter

Alkalimetalle sind in flüssigem Ammoniak löslich. Durch das Lösen entsteht eine Lösung mit einer intensiv blauen Farbe. Während dem Lösevorgang bilden sich positive Alkalimetall-Ionen und solvatisierte Elektronen. Deswegen werden diese Lösungen als ein sehr starkes Reduktionsmittel eingesetzt. Durch Zusatz eines geeigneten Komplexbildners können Alkalide, Verbindungen mit einem negativ geladenen Alkalimetall-Ion, hergestellt werden.

Du weißt nicht, was Komplexe sind? Dann ließ dir gerne die Erklärung darüber durch.

Vorkommen und Gewinnung von Alkalimetallen

Du hast bereits gelernt, dass Alkalimetalle sehr reaktive Elemente sind. Deswegen liegen Alkalimetall natürlicherweise nur in Form von Mineralien vor. So kommen Lithium, Natrium und Kalium in Silicaten vor. Zudem ist Natrium in Steinsalz, Soda, Thenardit, Chilesalpeter und Kryolith enthalten.

Weiterhin liegen die Alkalimetalle Natrium und Kalium zusammen mit anderen Elementen als Ionen im (Meer-)Wasser vor.

Rubidium und Caesium kommen nicht allein in der Natur vor, sondern liegen immer zusammen mit anderen Alkalimetallen vor. Francium ist ein radioaktives Element.

Radioaktivität beschreibt die Eigenschaft, dass instabile Atomkerne zerfallen und dabei verschiedene Arten von Strahlungen emittieren. 223Fr ist ein Isotop von Francium und besitzt beispielsweise eine Halbwertszeit von 21,8 Minuten. Das bedeutet, nach 21,8 Minuten ist die Hälfte des Atomkerns von Francium zerfallen.

Atomkerne, welche die gleiche Protonenanzahl besitzen, jedoch eine unterschiedliche Menge an Neutronen aufweisen, werden als Isotope bezeichnet.

Für die Gewinnung von Natrium und Lithium wird die Elektrolyse eingesetzt. Natriumhydroxid oder Natriumchlorid beziehungsweise Ausgangsmaterial.

Zur Herstellung von Kalium wird die sogenannte Metallothermie genutzt. Bei diesem Verfahren entsteht Kalium, indem geschmolzenes Kaliumchlorid mittels Natrium reduziert wird. Die Reaktionsgleichung zeigt dir die stattfindende Redoxreaktion.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Reduktion von Kaliumchlorid mit Natrium StudySmarter

Rubidium und Caesium werden auf eine ähnliche Weise gewonnen. Auch für diese Alkalimetalle wird die Reduktion von passenden Stoffen, wie Chromate, verwendet. Diese Reaktion veranschaulicht die Reaktionsgleichung. Als Edukt dient hier Caesiumdichromat.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Reaktion von Caesiumdichromat mit Zirconium StudySmarter

Verwendung von Alkalimetallen

Lithium wird in Legierungen eingesetzt. So werden beispielsweise Legierungen, die Magnesium, Blei und Aluminium enthalten, durch den Zusatz von Lithium härter. Desweiteren wird Lithium zur Produktion von Batterien und Akkumulatoren genutzt.

Natrium wird in Natriumdampflampen verwendet. Diese Lampen besitzen ein charakteristisches, gelbes Licht.

Auch für die Herstellung des blauen Jeansstoffs Indigo wird Natrium benötigt. Denn aus Natrium wird Natriumamid hergestellt. Natriumamid wiederum dient zur Erzeugung von Indigo. Weiterhin wird Natrium zur Herstellung von Natriumperoxid, ein Bleichmittel, und von Natriumcyanid, was zum Gewinnen von Silber genutzt wird, verwendet.

Caesium findet in Fotozellen, Glühkathoden und weiteren technischen Produkten Verwendung. Die Halogenide von Rubidium werden in einigen Medikamenten genutzt. Kalium und Francium spielen weniger eine Rolle.

Alkalimetalle - Das Wichtigste

  • Alle Elemente der 1. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente werden als Alkalimetalle bezeichnet, dazu zählen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium.
  • Alkalimetalle sind sehr reaktionsfreudig, da sie ein schwach gebundenes Valenzelektron besitzen.
  • In einer neutralen Flamme zeigen Alkalimetalle eine Flammenfärbung, wobei jedes Element eine charakteristische Farbe zeigt.
  • Alkalimetalle können mit vielen Verbindungen, wie Wasserstoff, Wasser, Luft und Halogenen, reagieren.
  • Alkalimetalle kommen in Form von Mineralien vor. Durch Elektrolyse und Metallothermie werden die Elemente gewonnen.
  • Aufgrund des schwach gebundenen s-Elektron gehen sie gerne und einfach Verbindungen ein → werden überwiegend zum Kation

Gut gemacht! Nachdem du alles fleißig durchgelesen hast, solltest du nun alles über Alkalimetalle wissen:) Weiter so!

Finales Alkalimetalle Quiz

Frage

Wie werden die Alkalimetalle gewonnen?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch Elektrolyse und Metallothermie werden die Alkalimetalle gewonnen.

Frage anzeigen

Frage

Wo werden Alkalimetalle verwendet? Nenne drei Punkte.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Natriumdampflampen
  • Herstellung des blauen Jeansstoffs Indigo
  • Legierungen
Frage anzeigen

Frage

Alkalimetalle...

Antwort anzeigen

Antwort

sind silbrig und glänzend.

Frage anzeigen

Frage

Warum wird Wasserstoff nicht als Alkalimetall gezählt?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserstoff wird nicht zu den Alkalimetallen gezählt, da es ein Nichtmetall ist und Alkalimetalle reaktionsfreudige Metalle sind.

Frage anzeigen

Frage

Warum kommen Alkalimetalle natürlicherweise nur als Mineralien vor?

Antwort anzeigen

Antwort

Alkalimetalle sind sehr reaktive Elemente. Deswegen liegen Alkalimetall natürlicherweise nur in Form von Mineralien vor.

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für die Bildung eines Alkalimetallhydroxids inklusive Reaktionsgleichung.

Antwort anzeigen

Antwort

Kaliumhydroxid ist ein Beispiel.

Alkalimetalle Reaktionsgleichung der Bildung von Kaliumhydroxid StudySmarter

Frage anzeigen

Frage

Gib die allgemeine Reaktionsgleichung für die Reaktion von Alkalimetallen mit Wasserstoff an.

Antwort anzeigen

Antwort

Alkalimetalle allgemeine Reaktionsgleichung von Alkalimetallen mit Wasserstoff zu Alkalimetallhydride StudySmarter

Frage anzeigen

Frage

Welche Farben zeigen die Flammen der jeweiligen Alkalimetalle?

Antwort anzeigen

Antwort

Element
Flammenfärbung
Lithium
rot
Natrium
gelb
Kalium
violett
Rubidium
rot
Caesium
blau-violett
Frage anzeigen

Frage

Schwere Alkalimetalle können sich an der Luft sogar selbst entzünden. Stimmt diese Aussage?

Antwort anzeigen

Antwort

Richtig, deswegen müssen unter Abschluss von Luft gelagert werden. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Elemente gehören zu den Alkalimetallen?

Antwort anzeigen

Antwort

Zu den Alkalimetallen gehören alle Elemente der 1. Hauptgruppe im Periodensystem. Hierzu zählen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium.

Frage anzeigen

Frage

Bei der Reaktion von Alkalimetallen mit anderen Stoffen bildet sich nur wenig Wärme. Richtig oder falsch?

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch

Frage anzeigen

Frage

Welche Aussage lässt sich über die Ionisierungsenergie und Elektronegativität treffen?

Antwort anzeigen

Antwort

Alkalimetalle haben ein schwach gebundene Außenelektron. Dadurch sind die Ionisierungsenergien und Elektronegativitäten recht niedrig.

Frage anzeigen

Frage

Alkalimetalle haben die Eigenschaft, dass sie in einer ... charakteristische Flammenfärbung zeigen. Dieses Phänomen beruht auf der Umwandlung von ... . Die Wärme in Form einer Flamme wird vom jeweiligen Element genutzt, um das Valenzelektron ... zu versetzen. Wenn dieses angeregte Elektron wieder in sein ursprüngliches Energieniveau zurückfällt, emittiert das Alkalimetall ... .

Antwort anzeigen

Antwort

1) neutralen Flamme

2) Wärmeenergie in Strahlungsenergie

3) in einen angeregten Zustand

4) Lichtstrahlen mit einer bestimmten Wellenlänge

Frage anzeigen

Frage

Warum werden Alkalimetalle für Feuerwerkskörper benutzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Aufgrund der Flammenfärbung werden Verbindungen, die Alkalimetalle enthalten, als Feuerwerkskörper genutzt.

Frage anzeigen

Frage

Welche Verbindungen können bei der Reaktion von Alkalimetallen mit Sauerstoff entstehen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Alkalimetalloxide
  • Alkalimetallperoxide
  • Alkalimetallhyperoxide
Frage anzeigen

Frage

Mit Halogenen reagieren die Alkalimetalle zu den Alkalimetallhalogeniden. Dabei nimmt die Reaktionskraft vom Lithium zum Caesium zu und vom Fluor zum Iod ab. Richtig oder falsch?

Antwort anzeigen

Antwort

Richtig

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