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

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

Los metales alcalinos se encuentran en la columna izquierda de la tabla periódica resaltada en rosa brillante. bamlou / Getty Images

Hay metales alcalinos a tu alrededor ahora. 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 son seis elementos diferentes que se encuentran en la primera columna de la tabla periódica. Esos son:

  • litio (Li),
  • sodio (Na),
  • potasio (K),
  • rubidio (Rb),
  • cesio (Cs)
  • francio (Fr)

Forman parte del bloque S de los 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 altamente 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.

Se dice que los metales alcalinos se deben a que, cuando reaccionan con el agua, crean sustancias altamente 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 que pueden neutralizar los ácidos y mantener un nivel de pH estable.

Cada elemento tiene un núcleo, hecho de protones y neutrones, y los metales alcalinos no son diferentes. Alrededor del núcleo de los átomos hay electrones, que son partículas cargadas negativamente. Estos electrones existen en capas de energía alrededor del núcleo de 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 las que las hacen tan reactivas.

Todos los átomos quieren tener una capa de electrones completamente completa. Sin embargo, todos los elementos de esta 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 en ella se llaman electrones de valencia.

Tener solo un electrón en la capa más externa permite que los átomos de metales alcalinos alcancen puntos de estabilidad muy fácilmente: ¡solo necesitan perder un electrón! Esta disposición y facilidad de perder un electrón para alcanzar un estado estable 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 no reactivos porque sus capas de electrones más externas están llenas.

“Dado que los metales alcalinos tienen solo un electrón de valencia, generalmente alcanzan ese estado al soltar ese electrón. En el proceso, el metal alcalino se oxida y todo lo que quita el electrón del metal alcalino. A los metales alcalinos les encanta. Un solo electrón de valencia” dice el Dr. Chip Nataro, profesor de química en Lafayette College en Easton, Pensilvania. “Dado que los electrones tienen una carga de -1, la pérdida de un electrón hace que un átomo tenga una carga de +1. Cuando eso sucede, el átomo se llama ion y, como se dice que tiene una carga positiva, se llama catión. Por lo tanto, a todos los metales alcalinos les gusta crear cationes cargados +1

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

Si un objeto es muy reactivo, es más difícil encontrarlo de forma natural.

“Todos estos se descubrieron por primera vez en compuestos [and] algunos de los resultados son difíciles de atribuir debido a la abundancia y uso de los compuestos “, dice Nataro”. Al descender de la tabla periódica, es más probable que los metales alcalinos pierdan su electrón de valencia “y por lo tanto” la cantidad del elemento presente en la naturaleza también disminuye, [resulting in] fechas de descubrimiento posteriores. “

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¿Cuándo se descubrieron los metales alcalinos?

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

Pilas AA

Las pilas alcalinas AA están alineadas en filas. Están hechos de litio, uno de los metales alcalinos de las tablas periódicas.

Anastasiia Krivenok / Getty Images

El sodio y el potasio, dos metales alcalinos muy comunes, tienen fechas de descubrimiento desconocidas, se han utilizado durante mucho tiempo. Pero fueron aislados en su estado puro solo en 1807 (por el famoso químico Humphrey Davy). El rubidio no se aisló hasta 1928, incluso de Bunsen y Kirchhoff.

Una de las características más comunes de los metales alcalinos es su reactividad al agua y al aire. Estos elementos bailan chisporroteando con la producción de gas hidrógeno y, a menudo, explotan. Se vuelven más reactivos a medida que avanza a lo largo de la tabla periódica, siendo el cesio y el frucio tan reactivos que solo pueden encenderse cuando se exponen al aire. Los elementos también aumentan en el radio atómico, disminuyen la electronegatividad y disminuyen 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 fuerte deseo de reaccionar y perder ese electrón de valencia. En su forma iónica, los metales son mucho menos reactivos.

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Metales alcalinos en la vida cotidiana

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

Reloj de cesio atómico

Esta ilustración de un reloj atómico de cesio muestra el tubo de haz de cesio. Los relojes atómicos de cesio son extremadamente precisos. Solo perderían un segundo de tiempo en millones de años.

Dorling Kindersley / Getty Images

Por ejemplo, el sodio no se encuentra en la naturaleza y debe prepararse a partir de compuestos. El sodio y el potasio son partes esenciales de la vida diaria, y el sodio ayuda a regular la presión arterial y a mover los electrolitos a través de 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 fabricación de baterías y también es un estabilizador del estado de ánimo.

Los elementos más reactivos, cesio, rubidio y francio, tienen usos menos naturales. El cesio se utiliza en relojes atómicos, perforación y fabricación de vidrios ópticos, 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 utiliza en la investigación y en el diagnóstico de algunas formas de cáncer.

Finalmente, todos los metales alcalinos también son herramientas educativas increíblemente útiles en el campo de la química. A los maestros les encanta demostrar el principio de reactividad arrojando un metal alcalino al agua para que la clase pueda observar con asombro cómo escupe fuego y explota.

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