فلزهای قلیایی: عنصرهای کاوشگر و بیقرار طبیعت
خانوادهای شلوغ و بیتاب: آشنایی با فلزات قلیایی
اگر به جدول تناوبی نگاه کنید، اولین گروه ستونهای عمودی، خانهی فلزات قلیایی است. این گروه شامل ۶ عنصر است: لیتیوم $(Li)$، سدیم $(Na)$، پتاسیم $(K)$، روبیدیم5، سزیم6 و فرانسیوم7. دلیل اصلی نامگذاری آنها این است که با آب واکنش داده و محلولهای بازی (قلیایی) قوی تولید میکنند. سدیم، مشهورترین عضو این خانواده است.
مهمترین نکته درباره این فلزات، میل شدید آنها برای شرکت در واکنشهای شیمیایی است. به طوری که در طبیعت هرگز به صورت خالص و آزاد یافت نمیشوند و همیشه به صورت ترکیب با عناصر دیگر وجود دارند؛ مثلاً نمک خوراکی که همان کلرید سدیم$(NaCl)$ است، ترکیبی از سدیم و کلر میباشد.
| نام عنصر (نماد) | حالت در دمای اتاق | چگالی (گرم بر سانتیمتر مکعب) | نرمی و چاقوپذیری |
|---|---|---|---|
| لیتیوم (Li) | جامد (سبکترین فلز) | 0.534 | میتوان با چاقو برید |
| سدیم (Na) | جامد نرم و موم مانند | 0.968 | با فشار چاقو به راحتی بریده میشود |
| پتاسیم (K) | جامد بسیار نرم | 0.862 | خیلی نرم است، با دست هم قابل برش است |
چرا اینقدر بیقرارند؟ رمز واکنشپذیری بالا
دلیل اصلی این همه شور و هیجان در فلزات قلیایی، به آرایش الکترونی8 آنها برمیگردد. همه این عناصر فقط یک الکترون در لایه ظرفیت9 (بیرونیترین لایه) خود دارند. اتم این فلزات تمایل عجیبی برای از دست دادن این یک الکترون و رسیدن به آرایش پایدار اتم گاز نجیب10 قبل از خود دارند.
هرچه در گروه از بالا به پایین برویم (از لیتیوم به سزیم)، اندازه اتم بزرگتر شده و آن یک الکترون لایه آخر، دورتر از هسته قرار میگیرد. در نتیجه، نیروی جاذبه هسته روی آن کمتر شده و راحتتر از دست میرود. به همین دلیل است که پتاسیم از سدیم و سدیم از لیتیوم واکنشپذیرتر است. این قانون را میتوانیم در واکنش خیرهکننده آنها با آب ببینیم.
آتش بازی شیمیایی: واکنش با آب و هوا
مهمترین و هیجانانگیزترین واکنش فلزات قلیایی، واکنش با آب است. این واکنش برای سدیم به این شکل است:
معنی: سدیم جامد با آب مایع واکنش داده و سدیم هیدروکسید (یک باز قوی) و گاز هیدروژن تولید میکند.
این واکنش به شدت گرماده11 است. گرمای تولیدشده میتواند گاز هیدروژن را آتش بزند و حتی باعث انفجار شود. به همین دلیل هیچگاه نباید یک تکه بزرگ سدیم را در آب انداخت. پتاسیم واکنش شدیدتری دارد و روی آب میجهد و بلافاصله آتش میگیرد.
این فلزات با اکسیژن هوا نیز به سرعت واکنش میدهند و لایهای از اکسید روی سطح خود تشکیل میدهند. به همین دلیل آنها را در محیطی بیاثر مانند نفت سفید یا روغن پارافین نگهداری میکنند تا با هوا و رطوبت آن تماس نداشته باشند.
از نمکدان تا چراغ خیابان: سدیم در زندگی ما
شاید جالب باشد که بدانید این عنصر بیقرار، چقدر در زندگی روزمره ما مفید و ضروری است. سدیم به شکل ترکیباتش همهجا حاضر است:
- نمک طعام ($NaCl$): اصلیترین منبع سدیم برای بدن که در تنظیم فشار خون و عملکرد اعصاب نقش دارد.
- جوش شیرین ($NaHCO_3$): در پخت کیک و نان برای ایجاد تخلخل و نیز به عنوان یک آنتی اسید کاربرد دارد.
- چراغهای بخار سدیم: همان چراغهای زردرنگ خیابانها و بزرگراهها. عبور جریان برق از بخار سدیم، نور زرد پرنوری تولید میکند که دید خوبی در شرایط مهآلود فراهم میکند.
- صابونسازی: از سدیم هیدروکسید ($NaOH$) که به نام سود سوزآور معروف است، برای تولید صابون استفاده میشود.
لیتیوم نیز در باتریهای قابل شارژ گوشیهای همراه و لپتاپها به کار میرود و پتاسیم یک ماده مغذی ضروری برای رشد گیاهان است که در کودهای شیمیایی وجود دارد.
سوالهای مهم و اشتباهات رایج
خیر، این یک اشتباه خطرناک است. سدیم خالص با رطوبت روی پوست دست ما واکنش شدید داده و تولید گرما و باز قوی (سدیم هیدروکسید) میکند که باعث سوختگی شیمیایی شدید میشود. فلزات قلیایی فقط در آزمایشگاه و تحت شرایط ایمنی خاص توسط متخصصان قابل بررسی هستند.
خیر. همانطور که گفته شد، واکنشپذیری از بالا به پایین گروه افزایش مییابد. لیتیوم با آب واکنش نسبتاً آرامی دارد (به جوش میآید و روی آب حرکت میکند)، سدیم واکنش سریعتری دارد (ذوب شده و روی آب میدود و گاهی آتش میگیرد) و پتاسیم واکنشی به مراتب شدیدتر و همراه با شعله و انفجار احتمالی دارد.
نفت سفید یا پارافین، مایعی است که با هوا و رطوبت موجود در آن واکنش نمیدهد. با غوطهور کردن فلزات قلیایی در این مایع، از تماس مستقیم آن با اکسیژن هوا و بخار آب جلوگیری میشود و مانع از شروع واکنشهای ناخواسته و خطرناک میگردد.
پاورقی
1 فلزات قلیایی (Alkali Metals): گروه اول جدول تناوبی (به جز هیدروژن).
2 سدیم (Sodium): با نماد شیمیایی Na.
3 لیتیوم (Lithium): با نماد شیمیایی Li.
4 پتاسیم (Potassium): با نماد شیمیایی K.
5 روبیدیم (Rubidium): با نماد شیمیایی Rb.
6 سزیم (Caesium/Cesium): با نماد شیمیایی Cs.
7 فرانسیوم (Francium): با نماد شیمیایی Fr. رادیواکتیو و ناپایدار است.
8 آرایش الکترونی (Electron Configuration): نحوه چیدمان الکترونها در لایههای مختلف به دور هسته اتم.
9 لایه ظرفیت (Valence Shell): بیرونیترین لایه الکترونی یک اتم که الکترونهای آن در تشکیل پیوند شیمیایی نقش دارند.
10 گاز نجیب (Noble Gas): عناصر گروه هجدهم جدول تناوبی که لایه ظرفیت کامل و پایداری دارند.
11 گرماده (Exothermic): واکنشی که در جریان آن انرژی به صورت گرما به محیط اطراف داده میشود.
