Alkali-und
Erdalkalimetalle Experimentalvortrag (AC)
Marietta Fischer/verändert
Gliederung
1. Einstieg
2. Gruppeneigenschaften
2.1 Metalle bringen Farbe ins Spiel
-Flammenfärbung-
2.2 Die Reaktion mit Wasser
2.3 Da kommt etwas in Bewegung
-Ionenwanderung u. Elektrolyten-
3. Erdalkalimetalle
Alkalimetalle
1807 1807 K aus Pflanzenasche
1807 1807 Na (ägypt.: neter = Soda)
1817 1817 Li in Gesteinsmaterialien
(gr.:lithos = der Stein)
1860/611860/61 Cs u. Rb durch Spektralanalyse
(lat.: rubidus = dunkelrot;
caesius = himmelblau)
1939 1939 Fr entdeckt durch die Französin
M. Perey und benannt nach ihrem Vaterland
1. Einstieg
„al kalja“ (arabisch)=Asche
Liegen in der Natur gebunden vor (Bsp.: Minerale)
Gewicht in der Erdkruste :
Fr nur 1,5 g der gesamten Erdkruste
1. Einstieg
Vorkommen
0,002
2,72,4
0,009 0,0003
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
(%)
Li Na K Rb Cs
Abb.: Sylvin (KCl)
Abb.: Steinsalz (NaCl)
Physikalische Eigenschaften
Weiche Metalle
Li, Na, K geringere Dichte als Wasser
Li geringste Dichte aller fester Elemente
Li, Na, K, Rb silberweiß; Cs goldton
Bildung von Hydroxidschicht
(Aufbewahrung: Petroleum)
1. Einstieg
Erdalkalimetalle
1808 1808 Mg, benannt nach Stadt Magnesia
18081808 Ca, gr. calx = Kalk
18081808 Sr nach Strontian in Schottland
18081808 Ba, gr.: barys = schwer.
18281828 Be nach Beryll (gr.: beryllos)
18981898 Ra, lat. radius = Lichtstrahl
1. Einstieg
BeBe
MgMg
CaCa
Vorkommen
In Natur nicht elementar
Ca-Verbindungen als gesteinsbildende Minerale
1. Einstieg
1,94
3,39
0,014 0,026
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
(%)
Mg Ca Sr Ba
Abb.: Strontianit
Abb.: Calcit
Physikalische Eigenschaften
Leichtmetalle
Be weicht in physik. Daten ab: stahlgrau, spröde und
hart
Mg silberglänzend, läuft mattweiß an
Ca, Sr, Ba sehr ähnlich: silberweiß, laufen schnell an,
weich wie Pb
Elektropositive Metalle mit stark negativen
Reduktionspotentialen
1. Einstieg
PhysiologischeEigenschaften
Be: extrem giftig, stark krebserzeugend
Mg: Salze vor allem bei Pflanzen im Stoffwechsel ein
bedeutende Rolle
Ca: Verbindungen in Knochen, Zähnen, Gehäusen,
sowie verschiedenen Pflanzen
Sr: Strontiumbromid in der Medizin verwendetes
Beruhigungsmittel
Ba: giftig
1. Einstieg
1. Einstieg: Klassifizierung
Li Na K
Smp.
°C179 97,5 63,7
Sdp.
°C1336 880 760
1. Ionisie-rungs-energie
520kJ/mol
496kJ/mol
419kJ/mol
Reduk-tions-
potent.
-3,05
V
-2,71
V
-2,93
VReakti-
vität
Mg Ca
649 839
1107 1494
738kJ/mol
590kJ/mol
-2,36
V
-2,87
V
Nimmt zu Nimmt zu
EN 1,0 1,0 0,9 1,2 1,0
Flammenfärbung
Die Salze ergeben intensive Färbung
Durch hohe Temperaturen können Außenelektronen
(„Leuchtelektronen“) ein höheres Energieniveau
besetzen.
Durch Rückfallen in den Grundzustand wird
Energie in Form von Licht frei
2.1 Metalle bringen Farbe ins Spiel
Demo 1Demo 1
FlammenfärbungFlammenfärbung
EmissionsspektroskopieEmissionsspektroskopieEin Molekül durchläuft den Zustand hoher Energie zu einem Zustand niedriger Energie
Dabei wird überschüssige Energie in Form eines Photons emittiert:
2.1 Metalle bringen Farbe ins Spiel
Alkalimetalle
Li Na K Rb Cs
karminkarmin
rotrot
gelbgelb violettviolett violettviolett blaublau
Erdalkalimetalle
Be Mg Ca Sr Ba
- - ziegelziegel
rotrot
kaminkamin
rotrot
grüngrün
Verwendung
Analytische Chemie
Pyrotechnik: Feuerwerksraketen und bengalische Feuer
Auswertung
• Reduktion:
Sr(NO3)2 Sr(NO2)2 + O2
• Oxidation:
C6H12O6 + 6 O2 6 H2O + 6 CO2
2.1 Metalle bringen Farbe ins Spiel
Alkalimetalle
Salze meist leicht löslich
Li, Na reagieren unter H2 –Entwicklung zum
Hydroxid, ohne Entzündung des H2
K, Rb reagieren unter spontaner Entzündung des H2
Cs reagiert explosionsartig
Hydroxide sind starke Basen
2.2 Die Reaktion mit Wasser
Erdalkalimetalle
Spiegelt sich die Reaktivität wider:
zunehmend von Be Ba
Lösen sich unter H2 –Entwicklung zu Hydroxiden
Löslichkeit der Salze abhängig von Gitterenergie und
Hydrationsenthalpie
2.2 Die Reaktion mit Wasser
Die Reaktion mit Wasser
Alkalimetalle:
2 MA + 2 H2O 2 MA+
(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)
Erdalkalimetalle:
ME + 2 H2O ME2+
(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)
(MA = Alkalimetall; ME = Erdalkalimetall)
2.2 Die Reaktion mit Wasser
0 +1 +1 0
0 +1 +2 0
Die Reaktion mit Wasser
Lithium und Natrium
Reagieren unter
H2-Entwicklung zum
Hydroxid
Reaktionsfähigkeit nimmt
von Li Cs zu
Magnesium
Reagiert nicht mit
kaltem Wasser
Reaktionsfähigkeit
nimmt von Be Ba
zu
2.2 Die Reaktion mit Wasser
Auswertung:
Die Reaktion mit Wasser:
2 Na(s) + 2 H2O 2 Na+(aq) + 2 OH-
(aq) + H2(g)
farblos violett
2 Ag(s) + H2S(g) + 0,5 O2(g) Ag2S(s) + H2O
Reinigen von angelaufenem Silber:
3 Ag2S(s) + 2 Al(s) 6 Ag(s) + 2 Al3+(aq) + 3 S2-
(aq)
Aluminium dient als LokalelementElektrolyt:
NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)
2.2 Die Reaktion mit Wasser
+10 +1 0
Alkalimetalle Eigenschaften und Verwendungen der Metalle und
ihre Verbindungen
Chemische Reaktionen
Alkalilaugen, Systeme Alkalimetall / Wasser bzw.
Alkalimetalloxid / Wasser
4. Schulrelevanz
Erdalkalimetalle
Schwerpunkte liegen auf Calcium und Magnesium
Flammenfärbung
Alkalimetallverbindungen und Erdalkaliverbindungen