Alkalimetaller

Natrium og kalium gikk under fellesnavnet gr. nitron, l. nitrum. Alkymistene kalte dem natron. Fra arabisk al-quali ga navnet alkali. Etter hvert oppdaget man at det var forskjell på natrium og kalium. Basen ble kalt natron (alcali minerale) og den andre for kali (alcali vegetale). I 1807 kunne kjemikeren Humphry Davy ved elektrolyse av hydroksidene lage metallene natrium (sodium) og kalium (potassium). Humphy oppdaget også jordalkalimetallene kalsium, strontium, barium, magnesium  samt bor. Alkalimetallene har mange like kjemiske egenskaper. Nedover i gruppen øker atomradien, elektronegativiteten minsker. Metallene av litium, natrium og kalium reagerer eksplosivt med vann. Alkalikationene har ladning +1 ved å avgi et elektron fra s-skallet, og har oksidasjonstall +1.  Ionene hydratiserer lett og er omgitt av en vannkappe. Inngår i svake ionebinindinger.   Kationene natrium (Na⁺) og kalium (K⁺) har viktige funksjoner i nervesystemet hos dyr. Hos planter har natrium ingen viktig funksjon, men det har imidlertid kalium. Planter inneholder høye konsentrasjoner kalium i cytosol, opptil 100 millimolar. Hydroksidene natronlut (NaOH) og kalilut (KOH) er sterkt basiske.

Natriumnitrat (NaNO₃) inngår i Chilesalpeter og kan bli brukt som gjødsel. Kaliumnitrat (KNO₃) er kalisalpeter (l. sal petrae – klippesalt) som gjødsel. KNO₃ inngår i svartkrutt som oksidasjonsmiddel i et pulver med trekull og svovel. Natriumnitrat er hygroskopisk og er i så måte forskjellige fra kaliumnitrat.

Kalium-40 og rubidium-87 er naturlig forekommende radioaktive isotoper og bidrar til naturlig bakgrunnsstråling.. Kalium-40 desintegrerer med betastråling med halveringstid ca. 1.25∙10⁹ år og danner kalsium-40 og elektroninnfangning (EC)

⁴⁰K (β-) → ⁴⁰Ca

⁴⁰K (EC) → ⁴⁰Ar

87-rubidium desintegerer med betastråling og halveringstid ca.5∙10¹⁰ år  og danner strontium-90

⁸⁷Rb (β-) → ⁹⁰Sr

Litium

Atomnummer 3, elektronkonfigurasjon [He]2s¹ eller 11s²2s¹ . Litium finnes i mineralene lepidolitt, spodumen, petalitt og amblygonitt (Li,Na)Al(F,OH)PO⁴). Litium har egenskaper som skiller det fra resten av alkalimetallene. Den svenske kjemikeren Johan August Arfwedson (1792-1841) er kreditert opppdagelsen av litium i 1871 isolert som litiumsalt fra mineralet petalitt (LiAlSi₄O₁₀)  fra Utö ved Stockholm. Jöns Jakob Berzelius kalte grunnstoffer lithion (gr. lithos – stein). Kjemikeren Humphry Davy (1778-1829) laget metallet litium ved elektrolyse av smeltet litiumoksid. Litium er et lett grunnstoff har fått stor betydning i utvikling av litiumbatterier og  Li-ionbatterier innen elektrokjemi.

Natrium

Atomnummer 11, elektronkonfigurasjon [Ne]3s¹ eller 1s²2s²2p⁶3s¹. Fra antikken ble soda (natriumkarbonat, NaCO₃) løst i vann brukt som vaskemiddel hvor karbonat (CO₃^2-) virker basisk. Natrium finnes i mineralene feltspat (albit og Na-plagioklas). Fast natriumklorid (NaCl), koksalt eller havsalt, danner kubeformete krystaller, er ikke hygroskopisk, finnes som steinsalt og bergsalt. Hvis natriumklorid også inneholder magnesiumsalt virker det hygroskopisk.   Metallisk natrium i vann reagerer eksplosivt:

2Na + 2H₂O → 2Na⁺ + 2OH^- + H₂

Stor fordampning gir opphav til sodasjøer i Egypt og California. Natriumkarbonat (NaCO₃) finnes som hydrater med krystallvann ∙H₂O, ∙7H₂O og ∙10H₂O (krystallsoda).

Varmes natriumkarbonatdekahydrat ( NaCO₃ ∙10H₂O) til 32^oC periteknisk dannes heptahydratet NaCO₃ ∙7H₂O. Varmes opp til 35.3^oC gir NaCO₃ ∙H₂O, og ved 112^oC blir det vannfri NaCO₃.

Kvarts tilsatt natriumkarbonat sammen med kalsiumoksid (CaO), magnesiumoksid (MgO) og aluminiumoksid (Al₂O₃) blir brukt i produksjon av sodaglass. 

Natriumsulfatdekahydrat (Na₂SO₄∙10H₂O) kalles glaubersalt, navn etter Johann Rudolph Glauber.

Natriumklorid og svovelsyre (H₂SO₄) gir natriumsulfat og saltsyre (HCl)

2NaCl + H₂SO₄ →Na₂SO₄ + HCl

Den halvsyntetiske fiberen rayon eller viscose blir laget fra cellulose hvor lignin er fjernet. Først lages alkalisk cellulose ved å behandle i vann med ca. 15% natronlut (NaOH), videre behandlet med oksider og deretter tilsatt karbondisulfid (CS₂) (giftig) og deretter svovelsyre. I denne prosessen blir natriumsulfat dannet som et biprodukt.

I produksjon av papir blir det laget sulfatcellulose i sulfatprosessen. Kjemikeren Carl F Dahl viste at brenning av natriumsulfat under reduserende betingelser ble det dannet natriumsulfid og sammen med natriumluft kunne man fjerne lignin og hemicellulose fra cellulosen og fikk sterke fibre med ren cellulose kalt kraftmasse. Rester blir brent i en sodapanne som gir energi til prosessen og resirkulering av kjemikalier.  

Natriumkarbonat

Leblanc-prosessen fra 1791 var en industriell metode for å lage natriumkarbonat (sodaaske), oppkalt etter den franske kjemiker Nicolas Leblanc (1742-1846).

Først blir det laget natriumsulfat (Na₂SO₄) i reaksjon mellom konsentrert svovelsyre (H₂SO₄) og natriumklorid (NaCl) ved ca. 800^oC.

2NaCl + H2SO₄ → Na₂SO₄ + 2HCl

I neste trinn tilsettes kull (C) og kalkstein (CaCO₃):

Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2CO₂

Na₂S + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaS

Utvasking fra løvtreaske i leirpotter med vann gir pottaske (kaliumkarbonat, K₂CO₃), men fra saltplanter (halofytter), på spansk kalt barilla, og tang og tare var det mulig å utvinne natriumkarbonat (Na₂CO₃) brukt til vaskesoda. Kaliumkarbonat ble brukt til såpe og kaliglass, mens natriumkarbonat blir brukt til å lage såpe, sodaglass, baking (E500), som svak base eller til å myke hardt vann ved å fjerne Ca²⁺ og Mg²⁺. . Sodaglass laget ved smelting av en blanding av kvartssand (SiO₂), kaliumkarbonat og natriumkarbonat.

Natriumkarbonat finnes også i forskjellige hydrater med 1, 7 eller 10 krystallvann (H₂O).

Leblanc-prosessen ble utkonkurrert av Solvay ammoniakk-sodametoden

Solvayprosessen

Ved å boble karbondioksid (CO₂) gjennom en vannløsning med ammoniakk (NH3), salt og og vann gir ammonium og hydrogenkarbonat

Navn etter den belgiske kjemikeren Ernest Solvay (1838-1922)

NH₃ + CO₂ + NaCl + H₂O → NaHCO₃ + NH₄Cl

Natriumhydrogenkarbonat er lite løselig I en mettet saltløsning og felles ut. CO2 til reaksjonen og brent kalk, kalsiiumoksid (CaO) kommer fra brenning av kalkstein i en kalkovn:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Kalsiumoksid virker sterkt basisk og gjendanner ammoniakk fra løsningen med ammoniumklorid (NH₄Cl) og som på nytt kan inngå i prosessen:

2NH₄Cl + CaO →2 NH₃ + CaCl₂ + H₂O

Natriumhydrogenkarbonat (natriumbikarbonat, NaHCO₃) blir omdannet til natriumkarbonat ved kalsinering ved høy temperatur ca. 200^oC

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Hvor også CO₂ blir brukt på nytt i prosessen.

I Hou-prosessen, navn etter den kinesiske kjemikeren Hou Debang, starter med en produksjon av hydrogen fra dampreformering av metan brukt i Haber-Bosch-prosessen 3H₂ + N₂ → 2NH₃

CH₄ + 2H₂O → CO₂ + 4H₂O

NH₃ + CO₂ + H₂O → NH₄HCO₃

NH₄HCO₃ + NaCl → NaHCO₃ + NH₄Cl

Kalium

Atomnummer 19, elektronkonfigurasjon [Ar]4s¹ eller1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹ Kaliumkarbonat (K₂CO₃) kalt pottaske ble isolert fra aske av løvetrevirke. Kalium finnes i mineralene feltspat, ortoklas og glimmermineral (muskovitt og biotitt), karmallitt (K,MgCl₃∙6H₂O), kainitt (K,Mg,Cl SO₄∙3H₂O), sylvin (KCl).

Rubidium

Atomnummer 37, elektronkonfigurasjon [Kr]5s¹ eller 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶ 5s¹.  Oppdaget i 1861 (l. rubidus – mørkerød) navn etter fargen på spektrallinjen. 

Cesium

Atomnummer 55, elektronkonfigurasjon [Xe]6s¹ eller 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶6s¹. Cesium (l. caesius – himmelblå) ble oppdaget i 1860. Bunsen og Kirkchoff ga dem navn ut fra fargen på spektrallinjene. Radioaktivt cesium-137 med halveringstid ca. 30 år fra kjernekraftulykker akkumuleres og følger kalium gjennom de biologiske systemene.

Francium

Atomnummer 87, elektronkonfigurasjon [Rn]7s¹ eller [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p⁶7s¹ . Den franske fysikeren  Marguerite Catherine Perey (1909-1975) oppdaget i 1939  francium som et mellomprodukt i aktiniumserien hvor aktinium-89 sendte ut alfa-stråling. Hun ga francium navn etter sitt hjemland.  

Tilbake til hovedside