Grupo 1: los metales alcalinos
El grupo 1 tiene litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb) y cesio (Cs). Se llaman metales alcalinos porque reaccionan con el agua y forman álcalis (bases solubles).
- Un electrón externo: su configuración electrónica termina en ns¹ (Na: 2, 8, 1).
- Pierden ese electrón con facilidad y forman iones M⁺, así que sus compuestos son iónicos.
- Blandos: el sodio se corta con un cuchillo. Recién cortado brilla, pero pronto se opaca en el aire.
- Densidad baja: Li, Na y K flotan en el agua.
- Puntos de fusión bajos, que disminuyen al bajar en el grupo.
Tendencias al bajar en el grupo
El tamaño del átomo aumenta, así que el electrón externo está más lejos del núcleo y se sujeta con menos fuerza. La energía de ionización baja y la reactividad aumenta: el Li reacciona con el agua suavemente, el Na burbujea y el K se incendia con llama lila.
Como reaccionan con el aire y el agua, el Na y el K se guardan bajo queroseno o aceite de parafina.
Reacciones del sodio
Con agua
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. El sodio flota, se funde en una bolita (la reacción desprende calor), burbujea y se mueve. Una gota de fenolftaleína se vuelve rosa porque el NaOH es un álcali.
Con oxígeno
- Despacio, a temperatura ambiente: 4Na + O₂ → 2Na₂O (óxido de sodio, blanco).
- Quemado con mucho aire: 2Na + O₂ → Na₂O₂ (peróxido de sodio, amarillo pálido).
Los dos reaccionan con el agua. Na₂O + H₂O → 2NaOH. El peróxido de sodio además libera oxígeno: 2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂↑, y con dióxido de carbono: 2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂. Por eso el Na₂O₂ se ha usado para dar oxígeno en submarinos y equipos de respiración.
Con cloro
2Na + Cl₂ → 2NaCl (sal común), con una llama amarilla brillante.
Carbonato de sodio e hidrogenocarbonato de sodio
| Na₂CO₃ (sosa para lavar cuando está hidratado: Na₂CO₃·10H₂O) | NaHCO₃ (bicarbonato) | |
|---|---|---|
| Solubilidad | Más soluble | Menos soluble |
| Disolución | Bastante alcalina | Débilmente alcalina |
| Al calentar | No se descompone | 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑ |
| Con ácido | Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂ | NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂ (más rápido) |
| Usos | Vidrio, jabón, ablandar agua dura | Repostería, antiácidos, extintores |
Para distinguirlos, calienta cada sólido y pasa el gas por agua de cal: solo con el NaHCO₃ se pone turbia. Uno se puede convertir en el otro: Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃.
Ensayo a la llama y los vecinos del grupo 1
Ensayo a la llama
Moja un alambre limpio de platino o nicromo en la sal y ponlo en una llama caliente y casi incolora. El calor sube los electrones a niveles más altos; al volver a bajar, emiten luz de un color fijo.
- Li: rojo carmesí · Na: amarillo intenso · K: lila (mírala a través de un vidrio azul de cobalto para ocultar el amarillo del sodio) · Ca: rojo ladrillo · Ba: verde pálido · Cu: verde azulado.
Los fuegos artificiales usan estos colores.
Grupo 2 y aluminio, en breve
El magnesio y el calcio (grupo 2) tienen dos electrones externos, forman iones M²⁺ y son menos reactivos que el grupo 1. El Ca²⁺ y el Mg²⁺ disueltos hacen que el agua sea dura: el jabón forma espuma sucia. La dureza temporal (por hidrogenocarbonatos) se quita hirviendo; la dureza permanente (sulfatos, cloruros) se quita con sosa para lavar o con intercambio iónico.
El aluminio (grupo 13) forma Al³⁺. Su óxido e hidróxido son anfóteros: reaccionan tanto con ácidos como con álcalis, por ejemplo Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O y Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄].
En los seres vivos
El Na⁺ y el K⁺ llevan las señales nerviosas y controlan el equilibrio del agua; el Ca²⁺ forma huesos y dientes; el Mg²⁺ está en el centro de la clorofila. Los plátanos y el agua de coco son ricos en potasio.
Pruébalo en casa
Pon una cucharada de bicarbonato en un vaso, añade zumo de limón o vinagre y mira cómo burbujea el CO₂. Luego echa una pizca de sal en la llama de una cocina de gas (con un adulto) y busca el color amarillo del sodio.
Fórmulas y definiciones clave
- 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂↑ (M = Li, Na, K…)
- 4Na + O₂ → 2Na₂O; 2Na + O₂ → Na₂O₂
- 2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂↑
- 2NaHCO₃ →(calor) Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑
- Colores de llama: Li rojo, Na amarillo, K lila, Ca rojo ladrillo, Ba verde, Cu verde azulado
Ejemplos resueltos
1. ¿Por qué el potasio reacciona con el agua con más violencia que el sodio?
El K tiene una capa electrónica más que el Na, así que su electrón externo está más lejos del núcleo y más apantallado. Se pierde con más facilidad, y por eso el K reacciona más rápido.
2. 4.6 g de sodio reaccionan por completo con agua. ¿Qué masa de hidrógeno se produce? (Na = 23, H = 1)
2Na → H₂. Moles de Na = 4.6 / 23 = 0.2 mol, así que moles de H₂ = 0.1 mol. Masa = 0.1 × 2 = 0.2 g.
3. 8.4 g de NaHCO₃ se calientan por completo. ¿Qué volumen de CO₂ se forma en CN (STP)? (NaHCO₃ = 84 g/mol, 22.4 L/mol)
2NaHCO₃ → CO₂. Moles de NaHCO₃ = 0.1 mol, así que CO₂ = 0.05 mol. Volumen = 0.05 × 22.4 = 1.12 L.
4. Dos polvos blancos son Na₂CO₃ y NaHCO₃. Da una prueba sencilla para distinguirlos.
Calienta cada uno y pasa el gas por agua de cal. El NaHCO₃ da CO₂, que pone turbia el agua de cal; el Na₂CO₃ no desprende gas.
Errores comunes
- Escribir Na₂O como producto de sodio + agua. El producto es NaOH y H₂.
- Confundir Na₂O (óxido, O²⁻) con Na₂O₂ (peróxido, O₂²⁻). El peróxido se forma cuando el sodio arde con mucho aire.
- Decir que el Na₂CO₃ da CO₂ al calentarlo. Solo se descompone el NaHCO₃.
- Pensar que la reactividad baja al descender en el grupo 1. En los metales sube, porque el electrón externo se pierde con más facilidad.