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