Los elementos dentro del mismo grupo de la tabla periódica tienden a exhibir propiedades físicas y químicas similares. Cuatro factores principales afectan la reactividad de los metales: carga nuclear, radio atómico, efecto de blindaje y disposición de subniveles (de electrones). La reactividad del metal se relaciona con la capacidad de perder electrones (oxidarse), formar hidróxidos básicos, formar compuestos iónicos con no metales. En general, cuanto más grande es el átomo, mayor es la capacidad de perder electrones. Cuanto mayor es el blindaje, mayor es la capacidad de perder electrones. Por lo tanto, el carácter metálico aumenta al bajar la mesa y disminuye al cruzar, por lo que el metal más activo está hacia la izquierda y hacia abajo.
Grupo 1: Los metales alcalinos
La palabra “álcali” se deriva de una palabra árabe que significa “cenizas”. Muchos compuestos de sodio y potasio se aislaron de las cenizas de madera ( ( ce {Na2CO3} ) y ( ce {K2CO3} ) todavía se conocen ocasionalmente como “carbonato de sodio” y “potasa”). En el grupo alcalino, a medida que avanzamos, tenemos elementos de litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr). Se comparan varias propiedades físicas de estos elementos en la Tabla ( PageIndex {1} ). Estos elementos tienen todos un solo electrón en sus capas más externas. Todos los elementos muestran propiedades metálicas y tienen valencia +1, por lo tanto, abandonan fácilmente los electrones.
| Elemento | Configuración electrónica | Punto de fusión (° C) | Densidad (g / cm 3 ) | Radio atómico | Energía de ionización (kJ / mol) |
|---|---|---|---|---|---|
| Litio | ([Él] 2s ^ 1 ) | 181 | 0,53 | 1,52 | 520 |
| Sodio | ([Ne] 3s ^ 1 ) | 98 | 0,97 | 1,86 | 496 |
| Potasio | ([Ar] 4s ^ 1 ) | 63 | 0,86 | 2,27 | 419 |
| Rubidio | ([Kr] 5s ^ 1 ) | 39 | 1,53 | 2,47 | 403 |
| Cesio | ([Xe] 6s ^ 1 ) | 28 | 1,88 | 2,65 | 376 |
A medida que avanzamos por el grupo (de Li a Fr), se observan las siguientes tendencias (Tabla ( PageIndex {1} )):
- Todos tienen un solo electrón en un orbital de valencia ‘s’
- El punto de fusión disminuye
- La densidad aumenta
- El radio atómico aumenta
- La energía de ionización disminuye (primera energía de ionización)
Los metales alcalinos tienen los valores más bajos (I_1 ) de los elementos
Esto representa la relativa facilidad con la que se puede eliminar el electrón solitario en el orbital externo ‘s’.
Los metales alcalinos son muy reactivos, pierden fácilmente 1 electrón para formar un ion con una carga 1+ :
[M rightarrow M ^ + + e- ]
Debido a esta reactividad, los metales alcalinos se encuentran en la naturaleza solo como compuestos. Los metales alcalinos se combinan directamente con la mayoría de los no metales:
- Reacciona con hidrógeno para formar hidruros sólidos
[2M _ {(s)} + H_ {2 (g)} rightarrow 2MH (s) ]
(Nota: el hidrógeno está presente en el hidruro metálico como el hidruro H – ion)
- Reaccione con azufre para formar sulfuros sólidos
[2M _ {(s)} + S _ {(s)} rightarrow M_2S _ {(s)} ]
Reaccionar con cloro para formar cloruros sólidos
[2M _ {(s)} + Cl_ {2 (g)} rightarrow 2MCl _ {(s)} ]
Los metales alcalinos reaccionan con el agua para producir hidrógeno gaseoso e hidróxidos de metales alcalinos; Esta es una reacción muy exotérmica (Figura ( PageIndex {1} )).
[2M _ {(s)} + 2H_2O _ {(l)} rightarrow 2MOH _ {(aq)} + H_ {2 (g)} ]
La reacción entre los metales alcalinos y el oxígeno es más compleja:
- Una reacción común es formar óxidos metálicos que contienen el O 2- ion
[4Li _ {(s)} + O_ {2 (g)} rightarrow underbrace {2Li_2O _ {(s)}} _ { text {óxido de litio}} ]
Otros metales alcalinos puede formar peróxidos metálicos (contiene O 2 2- ion)
[2Na (s) + O_ {2 (g)} rightarrow underbrace {Na_2O_ {2 (s)}} _ { text {peroxido de sodio}} ]
K, Rb y Cs pueden también formar superóxidos (O 2 – ion)
[K (s) + O_ {2 (g)} rightarrow underbrace {KO_ {2 (s)}} _ { text {superóxido de potasio}} ]
Colores de la llama:
- Litio: rojo carmesí
- Sodio: amarillo
- Potasio: lila
Grupo 2: Los metales alcalinotérreos
En comparación con los metales alcalinos, los metales alcalinotérreos son típicamente más duros, más densos, se funden a una temperatura más alta. Las primeras energías de ionización ( (I_1 )) de los metales alcalinotérreos no son tan bajas como los metales alcalinos. Por lo tanto, los metales alcalinotérreos son menos reactivos que los metales alcalinos (Be y Mg son los menos reactivos de los metales alcalinotérreos). Se comparan varias propiedades físicas de estos elementos en la Tabla ( PageIndex {2} ).
| Elemento | Configuración electrónica | Punto de fusión (° C) | Densidad (g / cm 3 ) | Radio atómico | Energía de ionización (kJ / mol) |
|---|---|---|---|---|---|
| Berilio | ([Él] 2s ^ 2 ) | 1278 | 1,85 | 1,52 | 899 |
| Magnesio | ([Ne] 3s ^ 2 ) | 649 | 1.74 | 1,60 | 738 |
| Calcio | ([Ar] 4s ^ 2 ) | 839 | 1,54 | 1,97 | 590 |
| Estroncio | ([Kr] 5s ^ 2 ) | 769 | 2,54 | 2.15 | 549 |
| Bario | ([Xe] 6s ^ 2 ) | 725 | 3,51 | 2.17 | 503 |
El calcio, y los elementos debajo de él, reaccionan fácilmente con agua a temperatura ambiente:
[Ca _ {(s)} + 2H_2O _ {(l)} rightarrow Ca (OH) _ {2 (aq)} + H_ {2 (g)} ]
La tendencia de las tierras alcalinas a perder sus dos electrones de valencia se demuestra en la reactividad del Mg hacia el cloro gaseoso y el oxígeno:
[Mg _ {(s)} + Cl_ {2 (g)} rightarrow MgCl_ {2 (s)} ]
[2Mg _ {(s)} + O_ {2 (g)} rightarrow 2MgO _ {(s)} ]
Los iones 2+ de los metales alcalinotérreos tienen una configuración de electrones como gases nobles y, por lo tanto, forman compuestos incoloros o blancos (a menos que el anión esté coloreado). Colores de llama:
- Calcio: rojo ladrillo
- Estroncio: rojo carmesí
- Bario: verde
Colaboradores
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Mike Blaber ( Florida State University )