Hay metales alcalinos a tu alrededor en este momento. El sodio se encuentra en la sal de mesa, el litio en la batería de tu teléfono y el potasio en los plátanos.
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Los metales alcalinos son los seis elementos químicos diferentes que se encuentran en la primera columna de la tabla periódica:litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr).
El grupo de los metales alcalinos forma 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 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 grandes conductores del calor y la luz.
Los metales alcalinos se llaman así porque 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 capaces de neutralizar los ácidos y mantener un nivel de pH estable.
Los metales alcalinos no deben confundirse con los metales alcalinotérreos.
Cada elemento tiene un núcleo, formado por protones y neutrones, y los metales alcalinos no son diferentes. Alrededor del núcleo de los átomos se encuentran los electrones, que son partículas con carga negativa. Estos electrones existen en capas de energía alrededor del núcleo de los átomos, cada una de las cuales puede contener un número variable de electrones. La primera capa puede contener hasta dos electrones; el segundo hasta ocho; el tercero, 18; y el cuarto, 32. Son estas capas de electrones y la forma en que se estructuran los metales alcalinos lo que los hace tan reactivos.
Naturalmente, todos los átomos quieren tener un conjunto completo de electrones externos. Sin embargo, todos los elementos de esa primera columna de la tabla periódica tienen un electrón en su capa más externa. Esta capa exterior también se llama capa de valencia y los electrones que residen allí se llaman electrones de valencia.
Tener solo un electrón de valencia 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 voluntad 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) no son muy reactivos porque sus capas electrónicas más externas están llenas. Por eso los químicos hablan de átomos que quieren alcanzar una "configuración de gas noble".
"Dado que los metales alcalinos sólo tienen un electrón de valencia, normalmente alcanzan este estado cediendo ese electrón. En este proceso, se dice que el metal alcalino se oxida, y todo lo que toma el electrón del metal alcalino se reduce. Todos los A los metales alcalinos les gusta ceder 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 ion y como tendría carga positiva, se llama catión . Entonces, a todos los metales alcalinos les gusta formar cationes que tienen una carga de +1."
Dado que los metales alcalinos reaccionan fácilmente, generalmente se encuentran junto con otros metales en la naturaleza. Por ejemplo, el cloruro de sodio (sal de mesa) y el carbonato de sodio (ceniza de sosa) son compuestos de sodio ampliamente disponibles.
Si un elemento es altamente reactivo, es más difícil encontrar su forma pura en la naturaleza.
"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 se 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".
El litio se descubrió por primera vez en 1817, cuando Johan August Arfwedson, un químico sueco, analizaba un mineral. 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 porque se han utilizado durante mucho tiempo. Pero los científicos no pudieron aislar los elementos puros hasta el famoso químico Humphrey Davy en 1807. El rubidio no fue aislado hasta 1928, también por Bunsen y Kirchhoff.
Los metales alcalinos reaccionan vigorosamente con el agua y el aire. Estos elementos danzarán, chisporrotearán debido a la producción de gas hidrógeno y, a menudo, explotarán. Se vuelven más reactivos cuanto más abajo se avanza en la tabla periódica, siendo el cesio y el francio 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 puntos de fusión y ebullición a medida que avanzas 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.
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 en bruto.
Por ejemplo, los iones de potasio y sodio son nutrientes esenciales; Como electrolitos, regulan la presión arterial y el equilibrio de líquidos en el cuerpo. No puedes comprar átomos de sodio puro en la tienda, pero puedes encontrarlos en muchos alimentos, así como en la sal de mesa (cloruro de sodio), el bicarbonato de sodio (bicorbonato de sodio) y la lejía (hidróxido de sodio, también conocido como soda cáustica).
Las sales de potasio (cloruro de potasio) se pueden utilizar para tratar los niveles bajos de potasio en sangre y son un ingrediente importante en los fertilizantes comerciales. El hidróxido de potasio se utiliza en soluciones jabonosas. El nitrato de potasio (salitre) se utilizaba para fabricar pólvora y, dicho sea de paso, es un excelente conservante de alimentos, responsable de dar su tono rosado a los hot dogs y otras carnes procesadas.
El litio se utiliza en la producción de baterías y las sales de litio se utilizan como 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, perforación y 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 utiliza en investigación y para diagnosticar algunas formas de cáncer.
Finalmente, todos los metales alcalinos también son herramientas didácticas increíblemente útiles en el campo de la química. A los profesores les encanta demostrar el principio de reactividad dejando caer un metal alcalino en agua solo para que la clase observe con asombro cómo arroja fuego y explota.
¡Eso sí que es radiactivo!El francio es el más raro de los metales alcalinos y el segundo elemento más raro en la corteza terrestre (se estima que solo hay entre 340 y 550 gramos o aproximadamente 1 libra en la corteza terrestre). También es altamente radiactivo y tiene una vida máxima de sólo 22 minutos. El francio nunca se ha dejado caer en agua porque es muy raro y muy caro, pero los científicos esperan que tenga la reacción más alta de cualquier metal alcalino.
