Elementos del grupo IA, los metales alcalinos (ns1)

    Todos los metales de este grupo se caracterizan por la pérdida de un electrón por átomo metálico, estos metales son agentes reductores muy fuertes. Los metales alcalinos son blandos, y muestran recién cortados un color blanco argentino que se empaña rápidamente por oxidación al exponer la superficie al aire. Es por ello que se guardan en una atmósfera inerte o sumerjidos en aceite mineral (petróleo)

    Los metales alcalinos son muy reactivos, todos ellos reaccionan con el agua, por ejemplo

2Li+ 2H-OH  ® 2 LiOH + H

2Na+ 2H-OH  20 ® 2NaOH +H

2K + 2H-OH incendio®2KOH + H

2Rb + 2H-OH explosión®RbOH +H

2Cs + 2H-OH veneno ® 2CsOH + H

    Estas reactividades se incrementan al ir hacia abajo en el grupo de elementos. Cuando un pequeño pedazo de litio se adiciona al agua, se mueve hacia la superficie, desprendiendo hidrógeno. El sodio reacciona de modo similar, aunque el hidrógeno es desprendido con mayor rapidez. La liberación de calor es también notable; el hidrógeno puede incendiarse. En el caso del potasio, la reacción es demasiado vigorosa, y el calor de la reacción hace arder el hidrógeno para producir una flama. Todos los metales alcalinos pueden formar óxidos básicos con la fórmula general R2O.Sus energías de ionización muestran que el electrón único en la capa más externa de los metales IA se remueve con gran facilidad en los compuestos de metales alcalinos se observa el estado de oxidación de +1. Prácticamente todos son iónicos a excepción del Berilio.Con frecuencia, como se observa en los elementos del segundo periodo el Litio difiere en muchos aspectos de otros elementos de este grupo, su densidad de carga iónica y su electronegatividad son cercanas al Mg; constituyendo la relación diagonal Li - Mg

LITIO

    El litio fue descubierto en 1817 por Arfwedson quién no obstante no aislo el propio metal, lo cuál fue realizado por Bunsen en 1855. La palabra litio deriva del griego litheos (pétreo) y se le asigno por creerse entonces que solo se hallaba presente en el reino mineral. El litio es el único metal del grupo IA que se combina con el Nitrógeno para formar un nitruturo, el magnesio forma con facilidad nitruro de magnesio. Ambos metales se combinan con facilidad con el carbón para formar carburos, mientras que otros metales alcalinos no reaccionan con el carbono.

    Obtención y propiedades

    Se prepara por electrólisis de su cloruro fundido, Cl – Li. Es un metal blanco argentino, más duro que el sodio, y el más ligero de todos los metales. Se combina directamente con el nitrógeno a temperaturas ordinarias en presencia de agua que cataliza la reacción. A temperaturas elevadas, el litio se une con el hidrógeno para formar el hidruro correspondiente que es excelente conductor de la electricidad cuando está fundido dejando en libertad el litio depositado en el cátodo e hidrógeno en el ánodo.

    Compuestos del litio

    A pesar de ser un metal alcalino, algunos de sus compuestos se disuelven difícilmente en el agua, a diferencia de los correspondientes del sodio y del potasio, en especial el hidróxido, carbonato y fosfato. Por el contrario el LiCl, a diferencia de los NaCl y de KCl, es insoluble en alcohol y en éter. Calentando compuestos de litio en una llama de gas, incolora, ésta toma color carmín, por contener el espectro de este metal una raya de color rojo brillante.

    Aplicaciones del litio

    El litio metálico tiene mayor capacidad calorífica que cualquier otro elemento, se emplea como medio para la transferencia de calor en reactores nucleares experimentales. El litio se emplea como agente reductor en la síntesis de muchos compuestos orgánicos. Se utiliza en aleaciones con el aluminio para incrementar su resistencia y resultando de muy bajo peso se emplea en la construcción de aeroplanos, una aleación de aluminio conteniendo menos de un 1% de litio tiene la resistencia y la elasticidad del acero medio.

    Los compuestos de litio se emplean en medicina y en la fabricación de esmaltes para cerámica y de vidrios especiales. La presencia de litio en el vidrio incrementa la resistencia eléctrica, disminuye el coeficiente de dilatación e incrementa la transmisión a través de la luz ultravioleta. El LiBr se utiliza en medicina como componente de sedantes nerviosos, el LIF se utiliza en ciertos aparatos ópticos, y el LiOH, interviene en la composición de electrolitos de acumuladores.

    SODIO Y POTASIO

    Desde los tiempos más remotos se conoce y viene usando la sal común NaCl. El Na2CO3, obtenido de la ceniza de plantas marinas, se confundió durante largo tiempo con el K2CO3 procedente de la ceniza de plantas terrestres, ambos se les llamó alqili palabra árabe que significa "cenizas de plantas barrilleras". Más tarde se le llamó potash (potasa) al álcali vegetal y natron (sosa) al álcali mineral.

    Tanto las sales de sodio como de potasio están muy difundidas en la naturaleza, abundan en las rocas constituidas por silicatos complejos, como los feldespatos, albita, y ortosa. Al desintegrarse estos minerales, el sodio y el potasio pasan a formar parte de compuestos solubles, emprendiendo de este modo su camino hacia el mar; en su recorrido las partículas de la tierra adsorben los compuestos de potasio, haciéndolos asimilables como alimento vegetal, mientras que los de el sodio se retienen en proporción mucho menor. Como resultado de esta adsorción selectiva, la materia disuelta en el agua del mar consiste en mas de un 70% de NaCl.

    Obtención del sodio y del potasio

    En 1807 Davy fue quien primero preparó estos metales por electrólisis de los hidróxidos húmedos. La casi totalidad del metal obtenido hoy en día procede del electrólisis del cloruro fundido según el método de Downs. El procedimiento resulta económico, porque se consume cloruro de sodio, materia prima barata, y se obtiene cloro seco como subproducto sin residuo alguno.

2Cl- + 2e- = Cl2 y Na+ + e- = Na

    Aplicaciones del sodio y el potasio

    El sodio es el metal alcalino más empleado por su extrema abundancia. Sus sales son fundamentales para la vida. El metal en sí se emplea como agente reductor en la fabricación de sustancias químicas y tintes en la metalurgia de metales como el titanio y el circonio.

    El sodio como aleación de sodio-plomo se emplea en la producción de gasolina con plomo. El sodio se disuelve en el mercurio y forma una aleación llamada amalgama de sodio. No es el sodio un metal que se encuentre únicamente en el laboratorio, actualmente se produce en gran escala y se utiliza industrialmente para elaborar plomo tertraetilo, colorantes, productos químicos orgánicos, valiosos, sulfapiridina, peróxido de sodio, cianuro de sodio y lámparas de vapor de sodio, también sirve para aumentar la duración de las válvulas de escape de motores para aviación. Las iluminaciones para autopistas con frecuencia emplean lámparas de sodio que producen una luz amarillenta y brillante.

    Otras aplicaciones del sodio son el NaOH que recibe el nombre de sosa cáustica o lejía, el NaHCO3 para hornear panes, el NaCl sal de mesa y fuente de los demás compuestos, NaNO3 salitre de Chile que es un fertilizante nitrogenado, Na2SO4, lodo salino, un subproducto de la fabricación de HCl que se utiliza en la producción de papel para envolturas color café de cajas corrugadas. y NaH que se emplea para recuperar la plata y el mercurio de las aguas de desecho.

    El sodio es el metal alcalino más empleado por su gran abundancia. "Sus sales son fundamentales para la vida". Además, en el cuerpo humano, en las células, el sodio y el potasio establecen un gradiente de concentración fundamental para la vida.

    ANALISIS DEL SODIO

   La determinación mas sencilla del sodio se basa en la coloración amarilla que proporcionan sus vapores a la llama. Cualquier sal sódica calentada en la llama de un mechero Bunsen da dicha coloración; incluso las partículas de polvo que generalmente contienen trazas de sal dan resultado positivo en este ensayo.

    ANALISIS DEL POTASIO

   El potasio colorea la llama de color violeta, pero, debido a que los compuestos de sodio se encuentran en todas partes como impureza, la llama amarilla del sodio enmascara el color del potasio. Esta última se puede detectar mirando a través de un cristal azul-cobalto que elimina por absorción la luz amarilla.  

    Las sales de potasio al igual que las de sodio y probablemente las de litio son fundamentales para la vida. El KNO3, conocido como salitre se emplea como fertilizante, para proporcionar potasio y nitrógeno.

    Existen otras aplicaciones industriales del potasio que no pueden ser satisfechas por el sodio aunque este último es más abundante y económico.

    Hay muy pocas aplicaciones prácticas para los metales raros rubidio, cesio y francio. El cesio se utiliza en celdas fotoeléctricas, el francio tiene un isótopo de más larga vida y se forma a partir del Ac por desintegración alfa. Se sabe de la existencia de otros seis isótopos del francio, sus propiedades químicas son las de un metal muy activo, cuya única valencia es de +1.

   Son los elementos más metálicos, presentan los potenciales de ionización más bajos y debido a sus elevados potenciales de oxidación, no se encuentran libres en la naturaleza, ya que en condiciones normales llegan a reaccionar con la humedad y el Oxígeno atmosférico, por lo que requieren de guardarse en alguna sustancia inerte.

    Debido a sus elevados potenciales de oxidación son excelentes agentes reductores, presentando una gran tendencia a oxidarse del estado elemental al ión +1, por que cada metal alcalino posee un electrón s fácilmente separable, en su nivel cuántico de valencia.

    Reaccionan fácilmente con la mayoría de los no metales. Con el Oxígeno forman en lugar del óxido normal, el peróxido.

2 Na  + O2  ----------  Na2O2

Con los Halógenos reaccionan violentamente y de igual manera se combinan directamente con el Azufre y el Fósforo.

2 Na + S  ------------   Na2S

3Na   +  P -----------    Na3P

Con el Hidrógeno forman hidruros, reacción análoga a la que llevan a cabo con los halógenos, donde el átomo del metal alcalino cede un electrón al hidrógeno formándose el ión hidruro ( H  )Con dos electrones en el orbital 1s, dando lugar a una sal.

Reaccionan de manera violenta con el agua, liberando hidrógeno y formándose una disolución de hidróxido del metal correspondiente (la reacción puede llegar a ser explosiva).

2 Na + 2H2O  ---------  2NaOH  +  H2 

   Compuestos del Sodio.- El Carbonato sódico es uno de los productos químicos más utilizado como álcali, debe sus propiedades alcalinas al ion carbonato.

   El Hidróxido se prepara por hidrólisis de disoluciones acuosas de la sal común y se conoce con el nombre de sosa cáustica.

    El bicarbonato sódico o sosa para levaduras, debe su gran utilidad al carácter anfótero del ion bicarbonato.