מתכות אלקליות: היסודות הכי תזזיתיים
הכירו את המשפחה בטור 1—מתכות שכל כך רוצות להגיב, שאסור לשמור אותן באוויר!
מי הן המתכות האלקליות?
ליתיום (Li)
המתכת הכי קלה
נתרן (Na)
נפוץ במלח שולחן (NaCl)
אשלגן (K)
חיוני לגוף האדם
רובידיום (Rb)
נדיר יותר
צזיום (Cs)
נדיר ומסוכן
פרנציום (Fr)
רדיואקטיבי ונדיר ביותר
הסוד של טור 1: אלקטרון ערכיות אחד
כל מתכות האלקליות חולקות תכונה אחת מכרעת.
לכל אטום של מתכת אלקלית יש אלקטרון ערכיות אחד בלבד בקליפה החיצונית.
למה זה חשוב?
אטומים "רוצים" קליפה חיצונית מלאה (8 אלקטרונים, או 2 בקליפה הראשונה). יש להם שתי אפשרויות:
• לקבל 7 אלקטרונים (קשה!)
• לוותר על אלקטרון אחד (קל!)
מכיון שקל להם לאבד את האלקטרון היחיד, מתכות אלקליות מאוד תגובתיות.
Na → Na⁺ + e⁻
אטום נתרן מוותר על האלקטרון שלו בקלות, והופך ליון חיובי.
תכונות פיזיקליות של מתכות אלקליות
רכות
אפשר לחתוך אותן בסכין! נתרן רך כמו חמאה קרה.
צפיפות נמוכה
ליתיום ונתרן צפים על מים—הם קלים מאוד!
נקודת התכה נמוכה
נמסות בטמפרטורות נמוכות יחסית (לעומת מתכות אחרות).
צבע מבריק כסוף
כשחותכים אותן טריות, מבריקות—אבל מתחמצנות מהר.
מוליכות טובה
מוליכות חשמל וחום (כמו כל המתכות).
תגובתיות גבוהה
מגיבות בקלות עם חמצן, מים, והלוגנים.
התגובה המרהיבה: מתכת אלקלית + מים
כשמכניסים מתכת אלקלית למים, קורה משהו דרמטי:
תגובה כימית
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂
(נתרן + מים ← נתרן הידרוקסיד + גז מימן משתחרר)
- המתכת שוחה על פני המים (כי היא קלה)
- מתחילה התכה לכדור מבריק
- משחררת גז מימן (בועות)
- יוצרת תמיסה בסיסית (אלקלית—מכאן השם!)
- התגובה משחררת חום—לפעמים המימן עשוי להתלקח!
תגובת מתכות אלקליות עם מים
מתכות אלקליות מגיבות עם מים בצורה פעילה יותר ככל שהן כבדות יותר
ליתיום (Li)
המתכת הקלה ביותר!
- תגובתיות: בינונית
- עם מים: בועות, אבל לא אלים
- שימושים: סוללות ליתיום-יון
- זוהר: אדום בלהבה
נתרן (Na)
נפוץ ביותר בחיי היום-יום
- תגובתיות: גבוהה
- עם מים: תגובה אלימה, אש לפעמים
- שימושים: מלח שולחן (NaCl), סבון
- זוהר: כתום-צהוב בלהבה
אשלגן (K)
חיוני לגוף—מווסת דופק הלב
- תגובתיות: מאוד גבוהה
- עם מים: פיצוץ אלים!
- שימושים: דשנים, תוספי תזונה
- זוהר: סגול בלהבה
מגמת תגובתיות: למה אשלגן יותר תגובתי מנתרן?
ליתיום (למעלה בטור)
פחות תגובתי
האלקטרון החיצוני קרוב לגרעין (רק 2 קליפות).
המשיכה החזקה מהגרעין מקשה על האלקטרון לעזוב.
דוגמה: תגובה עם מים: איטית יחסית, בועות מתונות
אשלגן (למטה בטור)
יותר תגובתי
האלקטרון החיצוני רחוק מהגרעין (4 קליפות).
המשיכה חלשה - האלקטרון עוזב בקלות!
דוגמה: תגובה עם מים: פיצוץ, לפעמים להבה סגולה!
הכלל: ככל שיורדים בטור 1, התגובתיות עולה.
שאלה לחשיבה
למה אסור לשמור נתרן באוויר?
נתרן מגיב מאוד בקלות עם חמצן ולחות שבאוויר.
אם נשאיר נתרן באוויר:
• הוא יתחמצן ויכסה בשכבה אפורה של תחמוצת נתרן (Na₂O)
• יגיב עם אדי מים באוויר - עלול אפילו להתלקח!
הפתרון: שומרים נתרן מתחת לנפט או שמן מינרלי.
השמן מונע מהנתרן לגעת באוויר או במים - אבל הנתרן לא מגיב עם השמן.
שימושים למתכות אלקליות
סוללות ליתיום
ליתיום משמש בסוללות נטענות (טלפונים, מחשבים ניידים, מכוניות חשמליות) כי הוא קל ואנרגטי.
מלח שולחן
נתרן כלורי (NaCl)—המלח שאנחנו אוכלים—מכיל נתרן שהגיב עם כלור (הלוגן).
סבונים
נתרן הידרוקסיד (NaOH) משמש לייצור סבונים ומוצרי ניקוי.
דשנים
תרכובות אשלגן (K) הן מרכיב חיוני בדשנים—צמחים זקוקים לאשלגן כדי לצמוח.
שעונים אטומיים
צזיום (Cs) משמש בשעונים אטומיים—השעונים המדויקים ביותר בעולם!
זיקוקי דינור
מתכות אלקליות נותנות צבעים יפים: ליתיום (אדום), נתרן (צהוב), אשלגן (סגול).
אזהרה חשובה
לעולם אל תנסו את זה בבית!
- מתכות אלקליות מסוכנות מאוד
- תגובה עם מים יכולה לגרום לכוויות כימיות ופיצוצים
- רק מורים מוסמכים במעבדה מאובטחת רשאים להדגים תגובות אלו
- אם אתם רוצים לראות—יש סרטונים מדהימים ביוטיוב!
המילה "אלקלי" באה מערבית: al-qalī, שפירושה "אפר צמחים".
פעם, אנשים שרפו צמחים וערבבו את האפר במים. האפר הכיל תרכובות אשלגן ונתרן, שיצרו תמיסה בסיסית (הפוכה לחומצית).
תמיסות בסיסיות נקראות גם תמיסות אלקליות - ומכאן השם של המשפחה!
נתרן בגוף האדם
נתרן (בצורת יון Na⁺) חיוני לגוף:
- מווסת לחץ דם
- מעביר אותות עצביים
- שומר על איזון נוזלים
- עוזר לשרירים להתכווץ
אבל יותר מדי נתרן (מלח רב בתזונה) עלול להזיק!