Leelised (1)

Leelised ehk I A rühma metallid
Ajalooliselt tuleneb sõna leelismetall sellest, et nende metallide hüdroksiide tunti juba ammu ja neid nimetati leelisteks. Tänapäevane selgitus võiks olla lihtsalt selline, et nende metallide veega reageerimisel tekivad leelised. Leelismetallid on kõige metalsemad elemendid.
Aatomi ehituselt kuuluvad nad s-elementide hulka, kuna nende aatomite välisel orbitaalil on üks elektron .
Sellest tulenevalt on kõikide leelismetallide aatomite väliskihi elektronvalemiks ns ja
oksüdatsiooniastmeks ühendis +I. Kuna leelismetallidel on väliskihis ainult üks elektron, siis seetõttu nad loovutavad selle erakordselt kergesti. Kusjuures mida kaugemal väliselektron aatomituumast asub, seda kergemini see loovutatakse. Just sel põhjusel on leelismetallid väga tugevad redutseerijad ja keemiliste omaduste poolest nad kuuluvad kõige aktiivsemate metallide hulka.
Elektroni loovutamise tagajärjel muutuvad leelismetallide aatomid positiivseteks ioonideks. Iooni tekkel muutub väliselektronkihiks eelviimane kiht, millel on sellele leelismetallile perioodilisustabelis eelneva väärisgaasi konfiguratsioon.
Leelismetallide leidumine looduses
Ehedalt (lihtainena) neid looduses suure keemilise aktiivsuse tõttu ei leidu. Küll aga neid esineb väga paljude ühendite koosseisus . Siiski frantsiumit looduses praktiliselt ei leidu, kuna ta on selline radioaktiivne element, millel püsivad isotoobid puuduvad.
Lito - ja hüdrosfääris on levinumad naatriumi ja kaaliumi ühendid, kuid teiste leelismetallide ühendid on haruldasemad. Tähtsamateks leelismetallide esinemiskujudeks on looduses halogeniidid (peamiselt kloriidid), sulfaadid , silikaadid või fosfaadid .
Kõige levinumaks leelismetalliks ongi naatrium , sest ta on elementide levikult maakoores kuuendal kohal, kuid metallide levikult merevees lausa esikohal. Loomulikult on viimane tingitud sellest, et meredes ja ookeanides sisaldub ohtralt naatriumi tuntumat ühendit – naatriumkloriidi.
Lihtainena saadakse leelismetalle neile vastavate soolade või leeliste elektrolüüsil sulatatud olekus.
Leelismetallide füüsikalised omadused
Leelismetallid on lihtainena kõige tüüpilisemad metallid. Leelismetallide elementide aatomitel on 1 2 6 väline (s ) ja eelviimaste elektronkihtide (s p ) konfiguratsioon ehk elektronide arv ja paigutus orbitaalidel (v.a. Li) ühesugune. Sel põhjusel on nende elementide ja ka lihtainete omadused ligikaudselt ühesugused.
Leelismetallides on kõige puhtamal kujul metalliline side, nad on metalse läikega, enamik neist on hõbevalged metallid, ainult tseesium on kuldkollase värvusega. Nendel on madalamad sulamis- ja keemistemperatuurid, nad on pehmed ja seega ka noaga suhteliselt kergesti lõigatavad.
Väikese tiheduse tõttu on nad kerged metallid ning hea soojus - ja elektrijuhtivusega.
Kui vaadelda füüsikaliste omaduste muutumist rühmas, siis rühmas allapoole liikudes alaneb metallide sulamis- ja keemistemperatuurid (enamik neist sulavad alla 100 ºC), kasvab nende tihedus (Li, Na, K on veest kergemad) ning väheneb nende aatomite ionisatsioonienergia.
Leelismetallide keemilised omadused
Leelismetallid on lihtainena keemilised väga aktiivsed, sest nad reageerivad juba tavatingimustes väga kergelt ja energiliselt paljude lihtainete ja ühenditega, kusjuures osad reaktsioonid võivad kulgeda ka plahvatusega. Leelismetallide keemiline aktiivsus suureneb rühmas ülevalt alla.
Õhu käes oksüdeeruvad leelismetallid kiiresti, kusjuures rubiidium ja tseesium võivad isegi õhus põlema süttida. Sel põhjusel ei olegi võimalik leelismetalle vabalt hoida ja nende hoidmisel ning kasutamisel peab järgima mitmeid ohutusnõudeid. Nimelt leelismetalle peab säilitama kas klaasampullis või ka suletud anumas petrooleumi- või õlikihi all, et vältida õhuhapniku ja ühtlasi ka vee kontakti nendega.
Leelismetallide käsitlemisel tuleb olla äärmiselt ettevaatlik ning kasutada mitmeid kaitsevahendeid ( kummikindad , kaitseprillid jms.), sest nahale sattumisel nad tekitavad sügavaid söövitushaavu.
Kui leelismetall anumast õli seest pintsettidega välja võetakse, siis õlitilkade eemaldamiseks kuivatatakse teda veidi filterpaberil enne katsete sooritama asumist. Leelismetallide süttimisel ei tohi neid kustutada veega!
Kustutamiseks tuleb takistada õhuhapniku juurdepääs süttinud metallile näiteks sinna liiva peale viskamisega. Kui katsete käigus on jäänud osa leelismetalli kasutamata, siis seda ei tohi visata prügikasti, vaid tuleb see asetada tagasi õli- või petrooleumikihi alla.
Alljärgnevalt vaadeldakse lähemalt leelismetallide reageerimist hapniku ja teiste mittemetallidega, vee ning hapetega.
Reageerimine hapnikuga
Õhus ja eriti hapnikus oksüdeeduvad metallid väga kiiresti ja nagu eelpool
kirjutatud võivad rubiidium ja tseesium õhus ja hapnikus põlema süttida.
Hapnikuga reageerimisel peaks leelismetall moodustama oksiidi üldvalemiga E2O, kuid reaalselt moodustub selline oksiid ainult liitiumi reageerimisel hapnikuga.
4Li + O2 _ 2Li2O
Reageerimine teiste mittemetallidega
Reageerimisel vesinikuga moodustavad leelismetallid soola tüüpi ühendeid ja neid nimetatakse hüdriidideks. Hüdriidides esineb vesinik erandlikult negatiivse ioonina ehk hüdriinina (H ).
2Li + H2 _ 2LiH (liitiumhüdriid) 2Rb + H2 _ 2RbH (rubiidiumhüdriid)
Olenevalt tingimustest annavad leelismetallid reageerimisel lämmastikuga nitriide, fosforiga fosfiide,süsinikuga karbiide, väävliga sulfiide, halogeenidega halogeniide jne.
6Na + N2 _ 2 Na3N (naatriumnitriid) 3K + P _K3P (kaaliumfosfiid)
2Li + 2C _ Li2C2 (liitiumkarbiid) 2Rb + S _ Rb2S (rubiidiumsulfiid)
2Cs + Cl2 _ 2CsCl (tseesiumkloriid)
Reageerimine veega
Leelismetallide reageerimisel veega eraldub vesinik ja moodustub vastava metalli hüdroksiid ehk leelis .
2Na + 2H2O _ 2NaOH + H2
Leelised on kõige tugevamad alused.
Reageerimine hapetega
Leelismetallide reageerimine hapetega toimub palju energilisemalt kui veega, kusjuures sellega võivad kaasneda plahvatused ja metalli süttimine. Sõltuvalt katsetingimustest (happekontsentratsioon, reageerivate ainete vahekord , temperatuur, happe iseloom, leelismetalli asetud pingereas jt.) võivad moodustuda erinevad saadused.
Lahjendatud hapete korral (v.a. HNO3 ) moodustuvad vastava metalli sool ja vesinik.
6K + 2H3PO4 _ 2K3PO4 + 3H2
Kontsentreeritud hapete korral hakkab redutseeruma vesinikiooni asemel hapet moodustav elemet.
Näiteks leelismetalli reageerimisel kontsentreeritud väävelhappega võib moodustuda H2S, S või SO2.
Lämmastikhappe korral võivad moodustuda NH3, N2, N2O, NO või NO2.
4Na + konts. 4H2SO4 _ 2Na2SO4 + 2SO2 + 4H2O
3Na + lahj. 4HNO3 _ 3NaNO3 + NO + 2H2O
8K + konts.10HNO3 _ N2O + 8KNO3 + 5H2O