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Gli elementi del gruppo IA

Sodio, potassio, litio

Gli elementi del gruppo IA della tavola periodica sono detti metalli alcalini. Hanno infatti caratteristiche tipicamente metalliche (lucentezza, duttibilità, conduono l'elettricità). I principali tra questi sono il sodio (Na), il potassio (K) e il Litio (Li).

Le rispettive configurazioni elettroniche sono:

Li: 1s² 2s¹

Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

K: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

Si trovano quindi tutti con un solo elettrone nello strato più esterno, e hanno tendenza a cederlo facilmente trasformandosi nei rispettivi ioni positivi monovalenti. Questa tendenza è maggiore negli atomi a maggior peso, come il sodio e il potassio, in quanto il litio è più piccolo e avrà gli elettroni di valenza più vicini al nucleo, quindi attratti più fortemente.

Gli elementi del gruppo IA si ottengono mediante elettrolisi dai rispettivi cloruri fusi. Per es.

2 NaCl --->  2 Na + Cl₂

Riconoscimento:

per riconoscere la presenza di questi metalli in una sostanza si effettua il saggio di riconoscimento alla fiamma:

Sali di Litio: fiamma rossa

Sali di Sodio: fiamma gialla

Sali di Potassio: fiamma violetta

 

Reattività:

Gli elementi del I gruppo reagiscono con O₂ ricoprendosi velocemente di una patina di ossido. Sono pertanto utilizzati nei tubi a vuoto per rimuovere i residui di ossigeno. Vanno generalmente conservati sotto petrolio proprio per via della loro reattività.

Tali elementi sono anche reattivi nei confronti dell'acqua: la reazione metallo IA + acqua genera idrogeno e può farlo incendiare (nel caso del Na):

2 Na + 2 H₂O –--> 2 NaOH + H₂

Utilizzi:

1) Litio

Si utilizza l'ossido di Litio (generato dalla reazione tra litio e ossigeno) in astronavi e sottomarini, per via della sua capacità di assorbire anidride carbonica:

2 Li₂O₂ + 2 CO₂ ---> 2 Li₂CO₃ + O₂

2) Sodio

Si utilizza la soda caustica (NaOH) ottenuta industrialmente dall'elettrolisi del NaCl in soluzione acquosa: si utilizza il metodo ad amalgama, con anodo in grafite e catodo di mercurio. In questo modo viene invertito l'ordine di scarica degli ioni H⁺ e Na⁺, cioè il sodio si deposita al catodo al posto dell'idrogeno, perchè il catodo è dotato di alta sovratensione rispetto all'idrogeno. Si ottiene così un'amalgama di Hg e Na che, trattata con acqua, dà:

2 Na/Hg + 2 H₂O ---> 2 NaOH + H₂ + 2 Hg

Si utilizza inoltre la soda solvay (carbonato di sodio, Na₂CO₃ ) ottenuta da:

CaCO₃ –--> CO₂ + CaO  (richiede alta T)

CO₂ + H₂O ---> H₂CO₃

H₂CO₃ + NH₃ ---> NH₄HCO₃ (bicarbonato di ammonio)

NH₄HCO₃ + NaCl ---> NaHCO₃ + NH₄Cl

2 NaHCO₃ ----> Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O  (richiede alta T)

Il carbonato di sodio è usato dall'industria dei detersivi, della vetreria e nell'addolcimento delle acque dure (lo ione carbonato reagisce con lo ione Ca²⁺ e con lo ione Mg²⁺ in soluzione, portando alla formazione dei rispettivi carbonati, che precipitano. La durezza delle acque infatti è dovuta alla presenza di ioni calcio e ioni magnesio).
Il carbonato di sodio si usa inoltre per produrre nitrato di sodio, usato come fertilizzante:

Na₂CO₃ + 2 HNO₃ ---> 2 NaNO₃ + H₂O + CO₂

3) Potassio

Si utilizza il superossido di potassio KO₂ (generato dalla reazione tra potassio e ossigeno) in astronavi e sottomarini, per via della sua capacità di assorbire anidride carbonica:

4 KO₂ + 2 CO₂ ---> 2 K₂CO₃ + 3O₂

Dal nitrato di sodio si ricava il nitrato di potassio o salnitro, usato come fertilizzante e per preparare la polvere da sparo:

NaNO₃ + KCl ---> NaCl + KNO₃

 

I metalli alcalini si possono sciogliere in:

I) Ammoniaca NH₃ :     M (s)  +  ---> M⁺ (NH₃)+ e^- (NH₃)

II) Con acidi deboli come gli alcoli:

2 Na (s) + C₂H₅OH (l) ---> 2 C₂H₅ONa + H₂

[l'etanolo si utilizza in laboratorio per distruggere i residui di Na infatti (non si usa acqua in quanto provoca reazioni esplosive)]

III) Metilammina:     M (s)  +  CH₃NH₂ ---> M⁺ (CH₃NH₂ )+ e^- (CH₃NH₂ )