s-Block-Elemente

Der s-Block umfasst die Alkalimetalle der Gruppe 1 und die Erdalkalimetalle der Gruppe 2, hoch elektropositive Elemente, deren Chemie durch den Verlust ihrer äußeren s-Elektronen dominiert wird.

Definition

Die s-Block-Elemente sind die Metalle der Gruppen 1 und 2, bei denen die energiereichsten Elektronen ein s-Unterschale besetzen, gekennzeichnet durch niedrige Ionisierungsenergien, stark ionische Verbindungen und feste Gruppenoxidationsstufen.

Scope

Dieses Thema behandelt die deskriptive Chemie der Gruppen 1 und 2: Trends bei Atom- und Ionengröße, Ionisierungsenergie und Reaktivität; die charakteristischen Oxidationsstufen +1 und +2; Hydride, Oxide, Peroxide und Superoxide; Löslichkeits- und Gitterenergietrends in ihren Salzen; die spezielle Chemie von Lithium und Beryllium und die Diagonalbeziehungen; sowie Lösungen der Metalle in flüssigem Ammoniak. Die biologischen Rollen der s-Block-Elemente werden hier nicht detailliert behandelt, da sie unter Bioanorganische Chemie fallen.

Core questions

• Wie entwickeln sich Reaktivität und Größe in den Gruppen 1 und 2?
• Warum nehmen diese Elemente feste Oxidationsstufen von +1 und +2 an?
• Was unterscheidet Lithium und Beryllium von ihren schwereren Homologen?
• Was sind Diagonalbeziehungen und warum entstehen sie?

Key concepts

• Alkali- und Erdalkalimetalle
• Ionisierungsenergie und Elektropositivität
• Oxide, Peroxide und Superoxide
• Gitter- und Hydratationsenergietrends
• Diagonalbeziehungen
• Solvatisierte Elektronen in Ammoniak

Key theories

Periodische Trends im s-Block

Innerhalb der Gruppen 1 und 2 nimmt der Atomradius zu und die Ionisierungsenergie ab, wodurch die schwereren Metalle reaktiver und ihre Verbindungen ionischer werden, während über die beiden Gruppen hinweg die höhere Ladung der Ionen der Gruppe 2 die Gitter- und Hydratationsenergien erhöht.

Anomales Verhalten des ersten Elements und Diagonalbeziehungen

Die kleinen, polarisierenden Lithium- und Berylliumionen zeigen einen stärker kovalenten Charakter und ähneln Magnesium bzw. Aluminium, wobei die Diagonalbeziehung aus ähnlichen Ladungs-Größen-Verhältnissen resultiert.

Oxide, Peroxide und Metalle in Ammoniak

Schwerere Alkalimetalle bilden neben normalen Oxiden auch Peroxide und Superoxide, und Alkalimetalle lösen sich in flüssigem Ammoniak unter Bildung blauer Lösungen solvatisierter Elektronen, was ihre starke Reduktionskraft verdeutlicht.

Clinical relevance

Der s-Block liefert Natrium und Kalium für die Nerven- und Flüssigkeitsphysiologie, Kalzium und Magnesium für Struktur und Enzyme, Lithium für stimmungsstabilisierende Medikamente sowie reaktive Metalle, die industriell als Reduktionsmittel und in Legierungen verwendet werden.

History

Viele s-Block-Elemente wurden zuerst von Humphry Davy im frühen neunzehnten Jahrhundert durch Elektrolyse ihrer geschmolzenen Salze isoliert, und die Alkali- und Erdalkalimetalle wurden später spektroskopisch von Bunsen und Kirchhoff identifiziert, deren Flammen-Spektroskopie-Arbeit mehrere neue Mitglieder des Blocks enthüllte.

Key figures

• Humphry Davy
• Robert Bunsen
• Gustav Kirchhoff

Seminal works

• greenwood1997
• weller2018
• housecroft2018

Frequently asked questions

Warum werden Alkalimetalle innerhalb der Gruppe reaktiver?

Innerhalb der Gruppe 1 liegt das äußere Elektron weiter vom Kern entfernt und ist stärker abgeschirmt, sodass es leichter abgegeben wird; die sinkende Ionisierungsenergie macht die schwereren Metalle reaktiver gegenüber Wasser und Sauerstoff.

Warum verhält sich Lithium eher wie Magnesium als wie Natrium?

Das sehr kleine Lithiumion hat ein hohes Ladungs-Größen-Verhältnis, das dem des Magnesiumions ähnelt, sodass beide Trends in der Kovalenz, Löslichkeit und thermischen Stabilität ihrer Salze teilen, ein Beispiel für eine Diagonalbeziehung.