Die Alkalimetalle

Die erste Hauptgruppe des Periodensystems, ohne Wasserstoff, bilden die Alkalimetalle: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und das radioaktive Francium. Alle diese Elemente besitzen genau ein Außenelektron und geben es besonders leicht ab, um die stabile Elektronenanordnung des vorherigen Edelgases zu erreichen. Genau diese Eigenschaft macht sie zu den reaktionsfreudigsten Metallen überhaupt.

Alkalimetalle sind so weich, dass man die meisten von ihnen mit einem Messer schneiden kann, und sie glänzen frisch geschnitten silbrig-metallisch. An der Luft laufen sie jedoch innerhalb von Sekunden bis Minuten stumpf an, weil sie sofort mit Sauerstoff und Feuchtigkeit reagieren. Deshalb werden sie im Labor stets unter Schutzflüssigkeiten wie Paraffinöl aufbewahrt, niemals offen an der Luft.

Chemisch verhalten sich alle Alkalimetalle sehr ähnlich, weil ihre Reaktionsfreudigkeit allein von diesem einen, locker gebundenen Außenelektron abhängt. Mit Nichtmetallen bilden sie durch Elektronenabgabe stets einfach positiv geladene Ionen, zum Beispiel Na+ oder K+, und daraus entstehen Salze wie Natriumchlorid oder Kaliumchlorid.

Ein häufiger Fehler ist zu glauben, alle Alkalimetalle würden gleich stark reagieren. Tatsächlich unterscheidet sich die Heftigkeit der Reaktion mit Wasser deutlich: Lithium reagiert vergleichsweise ruhig, während Kalium sich meist selbst entzündet und Caesium explosionsartig reagiert. Diese Zunahme der Reaktivität von oben nach unten ist eine der wichtigsten Regeln zur ersten Hauptgruppe.

Ein zweiter Fehler ist die Annahme, bei der Reaktion mit Wasser entstehe reiner Wasserstoff und sonst nichts. Neben dem Wasserstoffgas entsteht immer auch eine Lauge, also eine basische Lösung des entsprechenden Hydroxids, zum Beispiel Natronlauge bei Natrium oder Kalilauge bei Kalium. Diese Lauge ist stark ätzend, was bei der Sicherheit unbedingt beachtet werden muss.

Ein dritter Fehler ist die Verwechslung von Alkalimetallen mit Erdalkalimetallen. Erdalkalimetalle wie Magnesium und Calcium stehen in der zweiten Hauptgruppe, besitzen zwei Außenelektronen und sind deutlich weniger reaktionsfreudig als die Alkalimetalle der ersten Hauptgruppe.

Wegen ihrer hohen Reaktionsfreudigkeit dürfen Alkalimetalle im Unterricht nur von Lehrkräften und nur in sehr kleinen Mengen unter dem Abzug gezeigt werden, meist als Demonstrationsversuch hinter einer Schutzscheibe. Schon ein reiskorngroßes Stück Natrium kann bei Kontakt mit Wasser genug Wärme freisetzen, um den entstehenden Wasserstoff zu entzünden.

Alkalimetalle werden deshalb ausschließlich unter Schutzflüssigkeiten wie Paraffinöl gelagert und niemals mit bloßen Händen angefasst, da bereits die Feuchtigkeit der Haut eine Reaktion auslösen kann. Reste von Alkalimetallen dürfen niemals in den Ausguss gegeben werden, sondern werden fachgerecht in dafür vorgesehenen Behältern entsorgt, da sie sonst mit dem Wasser in der Leitung reagieren würden.

Obwohl die reinen Elemente viel zu reaktiv für den Alltag sind, begegnen dir Alkalimetalle ständig in Form ihrer Verbindungen. Natrium steckt als Natriumchlorid in jedem Speisesalz, als Natriumhydrogencarbonat in Backpulver und als Natriumglutamat in vielen Fertiggerichten. Kalium ist als Kaliumnitrat und Kaliumchlorid ein wichtiger Pflanzendünger und kommt natürlich in Bananen und Kartoffeln vor.

Auch in der Technik spielt Lithium eine große Rolle: Lithium-Ionen-Akkus versorgen Smartphones, Laptops und Elektroautos mit Strom, weil Lithium das leichteste aller Metalle ist und sich seine Ionen besonders gut zwischen den Elektroden bewegen lassen. Ohne die besonderen Eigenschaften der Alkalimetalle gäbe es weder mobile Energiespeicher noch viele Dünge- und Backmittel in der heutigen Form.