پرسش

لطفا در مورد فلزات قلیایی و قلیایی خاكی به طور كامل توضیح دهید.با تشكر فراوان از جناب آقای ایلی
- 16 ساله - دبیرستان

پاسخ

فلزات گروه اول را به دلیل حضور آنها در خاكستر و خاصیت قلیایی دادن به خاكستر و درنتیجه پاك كنندگی آن،فلزات قلیایی نامیده اند. این عناصر همگی در لایه ظرفیت خود، تنها یك الكترون در تراز S دارند كه به آسانی می توانند آن را از دست بدهند و به كاتیون M+ با آرایش گاز بی اثر دوره ی ماقبل درآیند. از این رو، تنها با عدد اكسایش +1 در تركیبات شركت می كنند.
این عناصر به قدری فعالند كه در طبیعت به حالت آزاد یافت نمی شوند. بلكه به صورت تركیبات یونی در طبیعت وجود دارند. سدیم و پتاسیم فراوانترین اعضای این گروه هستند. این عناصر مجموعا" در حدود 5% جرم كل زمین را تشكیل می دهند. تركیبات عنصر سبك تر این گروه یعنی لیتیم و دو عنصر سنگین تر این گروه، یعنی روبیدیم و سزیم، نسبتا" كمیابند. همه ی ایزوتوپهای فرانسیم(عدد اتمی 87) رادیواكتیو هستند. این عنصر در طبیعت یافت نمی شود و به طور مصنوعی ساخته شده است.
تركیبات فلزات قلیایی، در شعله ی چراغ بونزن رنگهای درخشنده ای دارند. همگی فلزاتی نرم و براق بوده و با چاقو به راحتی بریده می شود. نقطه ی ذوب این فلزات از بقیه فلزات كمتر است. نمونه های سزیم معمولا" در دمای اتاق به صورت مایع هستند.
فلزات قلیایی، با اكسیژن سه نوع تركیب مختلف تشكیل می دهند:
1- اكسیدهای "معمولی" : كه فرمول عمومی آنهاM2O است. مانند Li2O Na2O. این تركیبات شامل یون اكسید( O دو بار منفی )هستند. هر یون اكسید با دو یون فلز قلیایی، M+ موازنه می شود.
2- پراكسیدها: فرمول عمومی این تركیباتM2O2 می باشد. مانند Na2O2 . یون منفی در این تركیبات، یون پراكسید، O2دو بار منفی، است. هر یون پراكسید با دو یون 1+، M+، موازنه می شود.
3- سوپراكسیدها: فرمول عمومی این تركیبات MO2 است، مانند KO2. در اینجا، یون منفی، یون سوپراكسید، O2 با یك بار منفی، می باشد. هر یون سوپراكسید با بار 1- به وسیله یك یون 1+، M+، موازنه می شود.
نوع تركیب حاصل از یك فلز معین، به شرایط تركیب آن فلز با اكسیژن بستگی دارد. مقدار اضافی اكسیژن، باعث تشكیل پراكسید یا سوپراكسید می شود. پراكسید سدیم از گرم كردن سدیم در جریانی از هوا در دمای 300 درجه سانتیگراد به دست می آید:
2Na (s) + O2 (g) ? Na2O2 (s)
منبع مناسب برای تهیه پراكسید هیدروژن، H2O2، در آزمایشگاه، سدیم سوپراكسید است. این تركیب با افزودن Na2O2 به آب حاصل می شود:
Na2O2 (s) + 2H2O (l) ? 2Na+ (aq) + 2OH- (aq) + H2O2 (aq)
پتاسیم سوپر اكسید، KO2 ، از مهمترین سوپراكسیدهاست. این تركیب با بخار آب موجود در هوا به راحتی تركیب می شود:
4 KO2 (s) + 2H2O (g) ? 3O2 (g) + 4KOH (s)
روش فوق یكی از معدود راههای تشكیل اكسیژن به طور خودبخود در دمای اتاق است. به این دلیل، KO2 در دستگاههای تنفس خودكار توسط مامورین آتش نشانی و معدنچیان به كار می رود. KOH حاصل از واكنش فوق، CO2 بازدم را جذب می كند:
KOH (s) + CO2 (g) ? KHCO3 (s)
بنابراین شخصی كه از ماسك پر شده با KO2 استفاده می كند، می تواند همان هوا را بارها و بارها تنفس كند. بنابراین، كار كردن در جایی كه بخارهای سمی وجود دارد با استفاده از این ماسك امكانپذیر است و نیازی به مخزنهای سنگین هوا یا اكسیژن متراكم نیست.

فلزات قلیایی خاكی را به این دلیل به این نام می‌خوانند كه تركیبات این فلزات به صورت نمك در كانیهای پوسته زمین به وفور یافت می‌شود. در ضمن این تركیبات در واكنش با آب، تولید باز یا قلیا می‌كنند. به عنوان مثال برلیم به صورت Be3Al(SiO3)6 به نام بریل، منیزیم به صورتهای CaCO3.MgCO3 به نام دولومیت و KMgCl3.6H2O به نام كارنالیت و نیز در سیلیكاتهای طبیعی در پوسته جامد زمین و نیز به صورت نمكهای محلول در آب دریا وجود دارد. كلسیم به صورت CaCO3 در سنگهای آهكی، CaSO4.2H2O به نام ژیپس (سنگ گچ)، دولومیت و سیلیكاتها یافت می‌شود. استرنسیم به طور عمده به صورت SrCO3 به نام استرنسیت و باریم به صورت BaSO4 به نام باریت وجود دارد. رادیم نسبتا" كمیاب است و در سنگ معدن اورانیم به صورت ناخالصی یافت می‌شود. مطالب بیشتری را می‌توانید در كتب شیمی معدنی بیابید.

همه فلزات قلیایی خاكی جلای سفید نقره ای دارند و نسبتا" نرم اند. مقایسه خواص فیزیكی آنها با فلزهای قلیایی نشان می دهد كه دماهای ذوب، جوش، چگالی، آنتالپی ذوب و تبخیر آنها از فلزهای قلیایی، به طور بارزی بالاتر است. این به علت بیشتر بودن تعداد الكترونهای لایه ظرفیت، كوچكتر بودن شعاع فلزی و متبلور شدن در سیستمهای انباشته تر است.

فلزات قلیایی خاكی تنها به صورت MO با اكسیژن تركیب می شوند و تنها بریلیم می تواند پراكسید BaO2 تشكیل دهد.

انرژی شبكه اكسیدهای فلزات عناصر گروه قلیایی خاكی ازBeO ب