Metales alcalinos: datos sobre los elementos de la primera columna de la tabla periódica

Hay metales alcalinos a tu alrededor en este momento. El sodio se encuentra en la sal de mesa, el litio en la batería del teléfono y el potasio en los plátanos. Los metales alcalinos componen seis elementos diferentes que se encuentran en la primera columna de la tabla periódica . Estos son:

Son parte del bloque S de elementos de la tabla periódica que, junto con el hidrógeno, el helio, el calcio y otros, tienen su electrón más externo en un orbital S. Los metales alcalinos son metales blandos que son muy reactivos con el agua y el oxígeno. Son tan suaves que puedes cortarlos con un cuchillo de plástico. También tienen un brillo plateado y son excelentes conductores de calor y luz.

Los metales alcalinos se denominan así porque cuando reaccionan con el agua, crean sustancias muy alcalinas. La alcalinidad se refiere al pH de la sustancia o la capacidad de neutralizar el ácido. Las sustancias altamente alcalinas pueden formar bases fuertes capaces de neutralizar los ácidos y mantener un nivel de ph estable.

Cada elemento tiene un núcleo, formado por protones y neutrones, y los metales alcalinos no son diferentes. Rodeando el núcleo de los átomos hay electrones, que son partículas con carga negativa. Estos electrones existen en capas de energía alrededor del núcleo de los átomos, cada uno de los cuales puede contener un número variable de electrones. La primera capa puede contener hasta dos electrones, la segunda hasta ocho, la tercera 18 y la cuarta 32. Son estas capas de electrones y la estructura de los metales alcalinos lo que los hace tan reactivos.

Todos los átomos, naturalmente, quieren tener una capa exterior de electrones completamente llena. Sin embargo, todos los elementos de esa primera columna de la tabla periódica tienen un electrón en su capa más externa. Esta capa más externa también se llama capa de valencia, y los electrones que residen allí se llaman electrones de valencia.

Tener solo un electrón en la capa más externa hace que sea muy fácil para los átomos de metales alcalinos alcanzar puntos de estabilidad: ¡solo necesitan perder un electrón! Esta disposición y facilidad de perder un electrón para alcanzar un estado de equilibrio se conoce como alta reactividad. De hecho, la reactividad en química se define por el número de electrones en la capa más externa. Los gases nobles (elementos como el neón y el helio) son muy poco reactivos porque sus capas de electrones más externas están llenas.

"Dado que los metales alcalinos solo tienen un electrón de valencia, típicamente alcanzan este estado al ceder ese electrón. En este proceso, se dice que el metal alcalino se oxida, y lo que sea que tome el electrón del metal alcalino se reduce. a los metales alcalinos les gusta renunciar a su único electrón de valencia ", dice el Dr. Chip Nataro , profesor de química en Lafayette College en Easton, Pensilvania. "Como los electrones tienen una carga de -1, perder un electrón hace que el átomo tenga una carga de +1. Cuando esto sucede, el átomo se denomina ión y, dado que tendría una carga positiva, se llama catión . Entonces, a todos los metales alcalinos les gusta producir cationes que tienen una carga de +1 ".

Dado que los metales alcalinos son tan reactivos, generalmente se encuentran junto con otros metales en la naturaleza.

Si un elemento es muy reactivo, es más difícil de encontrar de forma natural.

"Todos estos elementos se descubrieron por primera vez en compuestos [y] algunos de los descubrimientos son difíciles de atribuir debido a la abundancia y el uso de los compuestos", dice Nataro. "A medida que avanza en la tabla periódica, los metales alcalinos se vuelven más propensos a perder su electrón de valencia" y, por lo tanto, "la cantidad del elemento que se encuentra en la naturaleza también disminuye, [lo que resulta en] fechas de descubrimiento posteriores".

¿Cuándo se descubrieron los metales alcalinos?

El litio se descubrió por primera vez en 1817 cuando Johan August Arfwedson , un químico sueco, estaba analizando minerales. El cesio y el rubidio fueron descubiertos en 1860 y 1861, respectivamente, por los químicos alemanes Robert Bunsen (quien prestó su nombre al mechero Bunsen) y Gustav Kirchhoff (quien ideó las leyes de Kirchhoff para la corriente eléctrica). El francio, el más reactivo de los metales alcalinos que conocemos actualmente, fue descubierto en 1939 por la científica francesa Marguerite Perey en el Instituto Curie de París.

El sodio y el potasio, dos metales alcalinos muy comunes, tienen fechas de descubrimiento desconocidas y se han utilizado durante tanto tiempo. Pero no fueron aislados en forma pura hasta 1807 (por el famoso químico Humphrey Davy). El rubidio no fue aislado hasta 1928, también por Bunsen y Kirchhoff.

Uno de los rasgos más comunes de los metales alcalinos es su reactividad al agua y al aire . Estos elementos danzarán alrededor, chisporroteando debido a la producción de gas hidrógeno y, a menudo, explotarán. También se vuelven más reactivos a medida que avanza en la tabla periódica, y el cesio y el francio son tan reactivos que pueden estallar en llamas simplemente al exponerse al aire. Los elementos también aumentan en radio atómico, disminuyen en electronegatividad y disminuyen en los puntos de fusión y ebullición a medida que avanza en la tabla periódica.

Quizás se pregunte cómo se descubrieron los metales alcalinos en la naturaleza si reaccionan tan violentamente al aire y al agua. Bueno, resulta que la mayoría de los metales alcalinos se encuentran en la naturaleza como iones debido a su gran deseo de reaccionar y perder ese electrón de valencia. En su forma iónica, los metales son mucho menos reactivos.

Metales alcalinos en la vida cotidiana

Los metales alcalinos tienen una dualidad química interesante, porque son muy comunes en la vida cotidiana, pero también muy poco comunes en sus formas elementales crudas.

Por ejemplo, el sodio no se encuentra en la naturaleza y debe prepararse a partir de compuestos. El sodio y el potasio son elementos esenciales para la vida cotidiana, y el sodio ayuda a regular la presión arterial y a mover los electrolitos por las células. El sodio también se combina con otros compuestos para producir sal de mesa y bicarbonato de sodio. El potasio ayuda a regular la presión arterial y la glucosa y se encuentra en los fertilizantes. El litio, como se mencionó anteriormente, se usa en la producción de baterías y también es un fármaco estabilizador del estado de ánimo.

Los elementos más reactivos, cesio, rubidio y francio, tienen menos usos naturales. El cesio se utiliza en relojes atómicos , perforaciones y en la creación de vidrio óptico, entre otras aplicaciones altamente especializadas. El rubidio se utiliza en imágenes médicas y tubos de vacío. El francio, que es muy raro, no tiene muchas aplicaciones comerciales, pero se usa en la investigación y para diagnosticar algunas formas de cáncer.

Finalmente, todos los metales alcalinos también son herramientas de enseñanza increíblemente útiles en el campo de la química. A los maestros les encanta demostrar el principio de reactividad al dejar caer un metal alcalino en agua solo para que la clase lo vea con asombro mientras arroja fuego y explota.

¡Eso es radiactivo!

El francio es el más raro de los metales alcalinos y el segundo elemento más raro en la corteza terrestre (solo se estima que hay 340-550 gramos o alrededor de 1 libra en la corteza terrestre). También resulta ser altamente radiactivo y tiene una vida máxima de solo 22 minutos. El francio nunca se ha vertido en agua, porque es muy raro y muy caro, pero los científicos esperan que tenga la reacción más alta de cualquier metal alcalino.