Logam alkali

Logam alkali adalah satu siri kimia yang terdiri daripada unsur litium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), sesium (Cs) dan fransium (Fr).^[1] Siri ini terletak di dalam blok-s jadual berkala^[2] kerana semua logam alkali mempunyai elektron paling luar mereka di dalam orbital s.^[3][4][5] Logam alkali memberikan contoh terbaik arah aliran berkala dari segi ciri-ciri;^[3] setiap unsur memiliki perilaku yang serupa yang dikelaskan dengan baik dan tertentu.^[3]

Semua logam alkali memiliki ciri-ciri yang amat serupa: kesemuanya bersinar, lembut, sangat reaktif dalam suhu dan tekanan piawai^[3] dan senang mengeluarkan elektron paling luarnya untuk membentuk kation dengan cas +1.^[6]:28 Logam-logam alkali boleh dipotong dengan pisau disebabkan kelembutannya. Apabila dipotong, ia mendedahkan permukaan bersinar yang menjadi kusam dengan cepat disebabkan oleh pengoksidaan.^[3] Disebabkan kereaktifannya yang tinggi, ia perlu disimpan di dalam minyak untuk menghalang tindak balas dengan udara, dan ia biasanya ditemui secara semula jadi dalam bentuk garam serta tidak pernah ditemui dalam bentuk unsur tulen.^[7] Dalam penamaan moden IUPAC, logam alkali merangkumi unsur-unsur kumpulan 1^{[nota 1]} dengan hidrogen (H) dikecualikan; ia merupakan unsur kumpulan 1 pada nama sahaja^[1][9] tetapi tidak dianggap sebagai logam alkali^[10][11] kerana ia jarang memiliki sifat-sifat yang boleh dibandingkan dengan logam-logam alkali.^[12] Kesemua logam alkali bertindak balas di dalam air, dan logam yang lebih berat bertindak balas dengan lebih ganas daripada logam yang lebih ringan.^[3][13]

Semua logam alkali ditemui secara semula jadi. Mengikut urutan kelimpahan, natrium adalah logam yang paling banyak, diikuti dengan kalium, litium, rubidium, sesium dan akhir sekali fransium yang sangat jarang didapati disebabkan oleh keradioaktifannya yang tinggi. Ia ditemui dalam jumlah yang sedikit disebabkan kewujudannya dalam rantaian pereputan.^[14][15] Uji kaji-uji kaji telah dijalankan untuk mensintesis unsur yang berkemungkinan menjadi ahli seterusnya di dalam kumpulan ini ununennium (Uue), tetapi sehingga 2012, kesemua cubaan telah berakhir dengan kegagalan.^[16] Namun, ununnennium mungkin bukan sejenis logam alkali disebabkan oleh kesan relativiti yang diramalkan memberi kesan yang besar kepada ciri-ciri kimia unsur-unsur superberat,^[17] dan walaupun akhirnya unsur ini disahkan sebagai salah satu logam alkali, ia diramalkan memiliki ciri-ciri kimia yang agak berbeza berbanding dengan unsur-unsur sekumpulannya yang lebih ringan.^{[18]:1729–1733}

Kebanyakan logam alkali mempunyai pelbagai kegunaan berbeza. Kegunaan utama unsur logam alkali yang paling diketahui adalah jam atom rubidium dan sesium.^[19] Penggunaan biasa sebatian natrium adalah di dalam lampu wap natrium yang mampu mengeluarkan cahaya yang sangat efisien.^[20][21] Garam makan, atau natrium klorida, telah digunakan sejak dahulu kala. Natrium dan kalium adalah dua unsur-unsur penting yang memainkan peranan biologi yang penting sebagai elektrolit.^[22][23] Walaupun logam-logam alkali yang lain tidak begitu penting, ia mempunyai kesan-kesan yang pelbagai ke atas tubuh badan, sama ada yang bermanfaat ataupun berbahaya.^{[24][25][26][27]}

Ciri-ciri

Kimia

Logam-logam alkali yang disimpan di dalam minyak mineral untuk mengelakkan pengoksidaan.

Seperti kumpulan-kumpulan lain, unsur-unsur kumpulan ini mempunyai pola dalam konfigurasi elektron terutama sekali dalam elektron paling luar, menyebabkan kesemua unsur kumpulan ini mempunyai pola dalam perikalu kimia:

Z	Unsur	Bil. elektron/petala	Konfigurasi elektron[nota 2]
3	Litium	2, 1	[He] 2s1
11	Natrium	2, 8, 1	[Ne] 3s1
19	Kalium	2, 8, 8, 1	[Ar] 4s1
37	Rubidium	2, 8, 18, 8, 1	[Kr] 5s1
55	Sesium	2, 8, 18, 18, 8, 1	[Xe] 6s1
87	Fransium	2, 8, 18, 32, 18, 8, 1	[Rn] 7s1

Hanya ciri-ciri 5 unsur logam alkali yang pertama yang telah benar-benar diperhatikan dan difahami. Kimia fransium masih belum difahami dengan baik disebabkan keradioaktifannya yang amat tinggi;^[3] oleh itu, ciri-ciri kimianya tidak dipamerkan dengan jelas.

Sesium meletup apabila bertindak balas dengan air walaupun yang bersuhu rendah.

Semua logam alkali sangat mudah bertindak balas. Oleh itu, ia tidak pernah ditemui dalam bentuk unsur dalam alam semula jadi.^[28] Disebabkan ini, logam-logam alkali disimpan dalam minyak mineral atau dalam kerosin (minyak tanah).^[7] Ia bertindak secara agresif dengan halogen untuk membentuk halida logam alkali, sejenis sebatian kristal ion putih yang semuanya boleh larut dalam air kecuali litium fluorida (LiF).^[3] Logam alkali juga bertindak balas dengan air untuk membentuk hidroksida yang sangat beralkali, dan disebabkan ini ia perlu diuruskan dengan cermat. Logam-logam alkali yang lebih berat bertindak balas dengan lebih ganas dengan air daripada logam-logam alkali yang ringan; misalnya, sesium menghasilkan letupan yang lebih kuat daripada kalium.^[3][13][29] Logam alkali mempunyai tenaga pengionan pertama yang terendah di kalangan unsur-unsur dalam kala masing-masing dalam jadual berkala^[5] disebabkan oleh cas nuklear berkesannya yang rendah^[3] dan kebolehannya memperoleh konfigurasi gas adi dengan hanya melepaskan satu elektron. Tenaga pengionan kedua semua logam alkali adalah sangat tinggi^[3][5] kerana ia mempunyai petala penuh yang juga hampir dengan nukleus;^[3] oleh itu, hampir kebanyakan masa logam-logam alkali akan mengeluarkan satu elektron dan membentuk kation.^[6]:28 Satu pengecualian bagi hal ini adalah dalam sebatian-sebatian alkalida. Sebatian alkalida ialah sebatian tidak stabil yang mempunyai logam alkali dalam keadaan pengoksidaan -1. Ia sangat luar biasa kerana sebelum penemuan sebatian ini, logam-logam alkali dijangka tidak akan membentuk sebarang anion dan hanya terdapat dalam garam-garam sebagai kation. Anion alkalida mempunyai subpetala s yang penuh yang memberikannya lebih kestabilan dan membolehkannya wujud. Semua logam alkali stabil kecuali litium diketahui boleh membentuk alkalida,^[30][31][32] dan alkalida menarik banyak minat secara teori kerana stoikiometerinya yang luar biasa dan kemampuan pengionannya yang rendah. Secara kimia, alkalida serupa dengan sebatian elektrida iaitu garam-garam dengan elektron-elektron terperangkap yang berfungsi sebagai anion-anion.^[33] Satu contoh alkalida yang agak menarik ialah "natrium hidrida terbalik" (H⁺Na^-) yang berlawanan dengan natrium hidrida yang biasa (H^-Na⁺).^[34] Ia tidak stabil dalam pengasingan disebabkan tenaganya yang tinggi yang terhasil daripada pemindahan dua elektron daripada hidrogen ke natrium, namun sesetengah bentuk terbitannya diramalkan akan metastabil atau stabil.^[34][35]

Kimia litium menunjukkan beberapa perbezaan berbanding ahli-ahli kumpulan yang lain kerana kation Li⁺ yang kecil mengutubkan anion-anion dan memberikan sebatian-sebatiannya sifat-sifat yang lebih kovalen.^[3] Litium dan magnesium mempunyai hubungan pepenjuru:^[3] disebabkan ini, litium mempunyai beberapa persamaan dengan magnesium. Contohnya, litium membentuk nitrida yang stabil, satu ciri yang biasa di kalangan logam alkali bumi (kumpulan magnesium) tetapi unik di kalangan logam alkali.^[36] Tambahan lagi, di kalangan kumpulan mereka masing-masing, hanya litium dan magnesium membentuk sebatian organologam kovalen (seperti LiMe dan MgMe₂).^[37]

Lihat juga

• Ununennium,mungkin ia ialah logam alkali ketujuh.

Nota

1. Dalam sistem penomboran kumpulan IUPAC lama dan CAS, kumpulan ini dikenali sebagai kumpulan IA (dibaca sebagai "kumpulan satu A" kerana "I" di sini adalah angka Roman.^[8]
2. Notasi gas adi digunakan untuk keringkasan. Gas adi yang berada sebelum unsur-unsur berikut ditulis dahulu, kemudian konfigurasi elektron ditulis dari situ.

Rujukan

1. International Union of Pure and Applied Chemistry (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): RSC–IUPAC. ISBN 0-85404-438-8. pp. 51. Electronic version..
2. Leach, Mark R. (1999–2012). "The Internet Database of Periodic Tables". meta-synthesis.com. Dicapai pada 20 May 2012.
3. Royal Society of Chemistry. "Visual Elements: Group 1 – The Alkali Metals". Visual Elements. Royal Society of Chemistry. Dicapai pada 13 January 2012.
4. "Periodic Table: Atomic Properties of the Elements" (PDF). nist.gov. National Institute of Standards and Technology. September 2010. Dicapai pada 17 February 2012.
5. Lide, D. R., penyunting (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ed. 84th). Boca Raton, FL: CRC Press.
8. Fluck, E. (1988). "New Notations in the Periodic Table" (PDF). Pure Appl. Chem. IUPAC. 60 (3): 431–436. doi:10.1351/pac198860030431. Dicapai pada 24 March 2012.
9. "IUPAC Periodic Table of the Elements" (PDF). iupac.org. International Union of Pure and Applied Chemistry. 21 January 2011. Dicapai pada 22 February 2012.
13. Gray, Theodore. "Alkali Metal Bangs". Theodore Gray. Dicapai pada 13 May 2012.
16. R. W. Lougheed, J. H. Landrum, E. K. Hulet, J. F. Wild, R. J. Dougan, A. D. Dougan, H. Gäggeler, M. Schädel, K. J. Moody, K. E. Gregorich, and G. T. Seaborg; Landrum; Hulet; Wild; Dougan; Dougan; Gäggeler; Schädel; Moody (1985). "Search for superheavy elements using ⁴⁸Ca + ²⁵⁴Es^g reaction". Physical Review C. 32 (5): 1760–1763. Bibcode:1985PhRvC..32.1760L. doi:10.1103/PhysRevC.32.1760.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
17. Gäggeler, Heinz W. (5–7 November 2007). "Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements" (PDF). Lecture Course Texas A&M. Dicapai pada 26 February 2012.
30. J. L. Dye, J. M. Ceraso, Mei Lok Tak, B. L. Barnett, F. J. Tehan (1974). "Crystalline salt of the sodium anion (Na⁻)". J. Am. Chem. Soc. 96 (2): 608–609. doi:10.1021/ja00809a060.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
31. F. J. Tehan, B. L. Barnett, J. L. Dye (1974). "Alkali anions. Preparation and crystal structure of a compound which contains the cryptated sodium cation and the sodium anion". J. Am. Chem. Soc. 96 (23): 7203–7208. doi:10.1021/ja00830a005.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
32. J. L. Dye (1979). "Compounds of Alkali Metal Anions". Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 18 (8): 587–598. doi:10.1002/anie.197905871.
33. M. Y. Redko, R. H. Huang, J. E. Jackson, J. F. Harrison, J. L. Dye (2003). "Barium azacryptand sodide, the first alkalide with an alkaline Earth cation, also contains a novel dimer, (Na₂)²⁻". J. Am. Chem. Soc. 125 (8): 2259–2263. doi:10.1021/ja027241m. PMID 12590555.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
34. M. Y. Redko, M. Vlassa, J. E. Jackson, A. W. Misiolek, R. H. Huang RH, J. L. Dye (2002). ""Inverse sodium hydride": a crystalline salt that contains H⁺ and Na⁻". J. Am. Chem. Soc. 124 (21): 5928–5929. doi:10.1021/ja025655.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
35. Agnieszka Sawicka, Piotr Skurski, and Jack Simons (2003). "Inverse Sodium Hydride: A Theoretical Study" (PDF). J. Am. Chem. Soc. 125: 3954–3958.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
37. Shriver, Duward; Atkins, Peter (2006). Inorganic Chemistry. W. H. Freeman. m/s. 259. ISBN 978-0716748786. Diarkibkan daripada yang asal pada 2013-02-09. Dicapai pada 10 November 2012.