6.9: Hidrógeno y metales alcalinos

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Gran Explosión de Sodio. — Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: Usuario:Ajhalls/Wikimedia Commons; Fuente: Commons Wikimedia, Gran explosión de sodio (opens in new window) [commons.wikimedia.org]; Licencia: Dominio público)

¿Puedes adivinar qué tipo de reacción está teniendo lugar en esta imagen?

Algunos estudiantes de química simplemente disfrutan aprendiendo sobre la ciencia, mientras que otros están intrigados por las reacciones violentas que a veces pueden ocurrir. Muchas clases de química se han visto amenizadas por la demostración de cuán reactivo es el sodio con el agua. En algunas instancias, la manifestación se ha disparado de manera segura. Desafortunadamente, en otras situaciones los estudiantes e instructores han incurrido en lesiones graves por no observar las precauciones de seguridad adecuadas.

Un valor de la tabla periódica es la capacidad de hacer predicciones sobre el comportamiento de los elementos individuales. Al saber en qué grupo se encuentra un elemento, podemos determinar el número de electrones reactivos y decir algo sobre cómo se comportará ese elemento.

Hidrógeno y metales alcalinos

La tabla periódica se ordena en base a números atómicos (número de protones en el núcleo). Una de las consecuencias valiosas de este arreglo es que podemos aprender mucho sobre la distribución electrónica en estos átomos. Los colores en la siguiente tabla indican las diferentes agrupaciones de átomos en función de la ubicación y número de electrones en el átomo.

Si nos fijamos en el Grupo I (columna roja), vemos que está etiquetado como metales alcalinos. También tenga en cuenta el H verde por encima de los metales alcalinos. Todos estos elementos tienen una configuración similar de electrones de capa externa (ver tabla a continuación). En cada caso, hay un electrón en el orbital externo y ese es un electrón s-orbital. El hidrógeno no es un metal alcalino en sí, sino que tiene algunas propiedades similares debido a su simple disposición de un protón (ubicado en el núcleo), un electrón. El electrón solitario existe en un orbital s alrededor del núcleo. Para el litio, hay dos electrones 1s en una órbita interna y un electrón 2s en la órbita externa. El mismo patrón se mantiene para el sodio y el potasio.

Elemento, Símbolo, Configuración de Electrones
Elemento	Símbolo	Configuración de electrones
hidrógeno	H	\(\1s^1\)
litio	Li	\(\left[ \ce{He} \right] 2s^1\)
sodio	Na	\(\left[ \ce{Ne} \right] 3s^1\)
potasio	K	\(\left[ \ce{Ar} \right] 4s^1\)
rubidio	Rb	\(\left[ \ce{Kr} \right] 5s^1\)
cesio	Cs	\(\left[ \ce{Xe} \right] 6s^1\)
francio	Fr	\(\left[ \ce{Rn} \right] 7s^1\)

Incluso un átomo con una composición electrónica muy compleja como el cesio todavía tiene el\(s\) electrón único en su orbital exterior (ver figura a continuación).

Este electrón se elimina muy fácilmente durante las reacciones químicas. Los elementos del grupo I reaccionan rápidamente con el oxígeno para producir óxidos metálicos. Son metales muy blandos, que se vuelven líquidos justo por encima de la temperatura ambiente.

Li reacciona con el agua para producir gas hidrógeno. El sodio también reacciona de la misma manera, solo que más rápidamente. El potasio reacciona rápidamente con el agua produciendo gas hidrógeno y calor que enciende el gas hidrógeno. El rubidio y el cesio reaccionan aún más vigorosamente y explotan al entrar en contacto con el agua.

Resumen

Los elementos del grupo I (metales alcalinos e hidrógeno) tienen todos un electrón en su capa externa. Este electrón se encuentra en un\(s\) orbital.
Los metales del Grupo I son todos muy reactivos con el agua.

Revisar

¿En qué grupo están los metales alcalinos y el hidrógeno?
¿Cuál es la configuración electrónica de la capa externa en este grupo?
¿Qué tan reactivos son los metales alcalinos con el oxígeno?
¿Qué tan reactivos son estos metales con el agua?