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Metalli alcalini e composti del sodio

I metalli alcalini (litio, sodio, potassio, rubidio, cesio) formano il gruppo 1 della tavola periodica. Ogni atomo ha un solo elettrone esterno, che perde con facilità e diventa uno ione M⁺. Sono molli, leggeri e molto reattivi: con l'acqua producono idrogeno e una base forte (un alcali), e bruciano nell'aria. La reattività aumenta scendendo nel gruppo. Il sodio dà Na₂O, Na₂O₂, Na₂CO₃ (soda) e NaHCO₃ (bicarbonato), e ogni metallo colora la fiamma a modo suo.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Questi sono i metalli del gruppo 1: Li, Na, K, Rb e Cs. Scendendo nel gruppo, ogni atomo è più grande di quello sopra.
  2. Ogni atomo ha un solo elettrone nel guscio esterno (giallo). È lontano dal nucleo e se ne va facilmente. L'atomo diventa uno ione +1.
  3. Getta il sodio nell'acqua. Galleggia, sfrigola e corre qua e là. Si libera idrogeno gassoso e si forma idrossido di sodio, un alcali. Il potassio è ancora più veloce.
  4. Il sodio brucia nell'aria con fiamma gialla. Se brucia con molta aria forma il perossido di sodio, Na₂O₂. Lentamente, all'aria a temperatura ambiente, forma l'ossido di sodio, Na₂O.
  5. Scalda il bicarbonato, NaHCO₃. Esce anidride carbonica e resta la soda, Na₂CO₃. Il Na₂CO₃ da solo non si decompone.
  6. Saggio alla fiamma: ogni ione metallico colora la fiamma. Scegli un metallo e guarda il suo colore. I chimici lo usano per riconoscerli.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Perché si chiamano metalli "alcalini"?

Reagiscono con l'acqua e formano idrossidi solubili come NaOH, che sono alcali.

Perché l'unico elettrone esterno si perde così facilmente?

È solo in un guscio lontano dal nucleo, quindi è trattenuto debolmente. Perderlo lascia un guscio pieno e stabile.

Perché il sodio galleggia e si muove sull'acqua?

È meno denso dell'acqua, e le bolle di idrogeno lo spingono in giro mentre il calore lo fonde.

Perché si formano sia Na₂O sia Na₂O₂?

Con poco ossigeno a temperatura ambiente si forma l'ossido; bruciando in molto ossigeno si forma il perossido.

Perché solo il bicarbonato sfrigola quando si scalda?

Lo ione HCO₃⁻ si rompe in CO₃²⁻, acqua e CO₂; lo ione carbonato resiste al calore di un bruciatore.

Perché metalli diversi danno colori diversi alla fiamma?

Ogni metallo ha le sue differenze tra livelli di energia, quindi i suoi elettroni eccitati emettono luce del proprio colore.

Gruppo 1: i metalli alcalini

Il gruppo 1 contiene litio (Li), sodio (Na), potassio (K), rubidio (Rb) e cesio (Cs). Si chiamano metalli alcalini perché reagendo con l'acqua formano alcali (basi solubili).

Andamento scendendo nel gruppo

La dimensione dell'atomo aumenta, quindi l'elettrone esterno è più lontano dal nucleo e meno trattenuto. L'energia di ionizzazione diminuisce e la reattività aumenta: il Li reagisce piano con l'acqua, il Na sfrigola, il K prende fuoco con una fiamma lilla.

Poiché reagiscono con aria e acqua, Na e K si conservano sotto petrolio o olio di paraffina.

Le reazioni del sodio

Con l'acqua

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. Il sodio galleggia, si scioglie in una pallina (la reazione libera calore), sfrigola e si muove. Una goccia di fenolftaleina diventa rosa perché NaOH è un alcali.

Con l'ossigeno

Entrambi reagiscono con l'acqua. Na₂O + H₂O → 2NaOH. Il perossido di sodio libera anche ossigeno: 2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂↑, e con l'anidride carbonica: 2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂. Per questo il Na₂O₂ è stato usato per produrre ossigeno nei sommergibili e negli apparecchi per respirare.

Con il cloro

2Na + Cl₂ → 2NaCl (sale da cucina), con una brillante fiamma gialla.

Carbonato di sodio e idrogenocarbonato di sodio

Na₂CO₃ (soda, quando è idrato: Na₂CO₃·10H₂O)NaHCO₃ (bicarbonato)
SolubilitàPiù solubileMeno solubile
SoluzioneAbbastanza basicaDebolmente basica
Se riscaldatoNon si decompone2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑
Con un acidoNa₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂ (più veloce)
UsiVetro, sapone, addolcire l'acqua duraCucina, antiacidi, estintori

Per distinguerli, scalda ciascun solido e fai gorgogliare il gas nell'acqua di calce: solo il NaHCO₃ la rende lattiginosa. Si possono trasformare l'uno nell'altro: Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃.

Saggio alla fiamma e vicini del gruppo 1

Saggio alla fiamma

Immergi un filo pulito di platino o nichelcromo nel sale e tienilo in una fiamma calda, quasi incolore. Il calore porta gli elettroni a livelli più alti; quando ricadono emettono luce di un colore preciso.

I fuochi d'artificio usano questi colori.

Gruppo 2 e alluminio in breve

Magnesio e calcio (gruppo 2) hanno due elettroni esterni, formano ioni M²⁺ e sono meno reattivi del gruppo 1. Ca²⁺ e Mg²⁺ disciolti rendono l'acqua dura: il sapone forma una patina. La durezza temporanea (dovuta agli idrogenocarbonati) si elimina bollendo l'acqua; la durezza permanente (solfati, cloruri) con la soda o con lo scambio ionico.

L'alluminio (gruppo 13) forma Al³⁺. Il suo ossido e il suo idrossido sono anfoteri: reagiscono sia con gli acidi sia con gli alcali, per esempio Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O e Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄].

Negli esseri viventi

Na⁺ e K⁺ trasportano i segnali nervosi e regolano l'equilibrio dell'acqua; Ca²⁺ costruisce ossa e denti; Mg²⁺ sta al centro della clorofilla. Banane e acqua di cocco sono ricche di potassio.

Provalo a casa

Metti un cucchiaio di bicarbonato in un bicchiere, aggiungi succo di limone o aceto e guarda la CO₂ che sfrigola. Poi spargi un pizzico di sale in una fiamma del gas (con un adulto) e cerca il colore giallo del sodio.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Perché il potassio reagisce con l'acqua più vivacemente del sodio?

Il K ha un guscio elettronico in più rispetto al Na, quindi il suo elettrone esterno è più lontano dal nucleo e più schermato. Si perde più facilmente, perciò il K reagisce più in fretta.

2. 4.6 g di sodio reagiscono completamente con l'acqua. Quale massa di idrogeno si produce? (Na = 23, H = 1)

2Na → H₂. Moli di Na = 4.6 / 23 = 0.2 mol, quindi moli di H₂ = 0.1 mol. Massa = 0.1 × 2 = 0.2 g.

3. 8.4 g di NaHCO₃ vengono scaldati fino alla decomposizione completa. Che volume di CO₂ si forma in condizioni standard (STP)? (NaHCO₃ = 84 g/mol, 22.4 L/mol)

2NaHCO₃ → CO₂. Moli di NaHCO₃ = 0.1 mol, quindi CO₂ = 0.05 mol. Volume = 0.05 × 22.4 = 1.12 L.

4. Due polveri bianche sono Na₂CO₃ e NaHCO₃. Indica una prova semplice per distinguerle.

Scalda ciascuna e fai gorgogliare il gas nell'acqua di calce. Il NaHCO₃ libera CO₂, che rende l'acqua di calce lattiginosa; il Na₂CO₃ non libera alcun gas.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. Quanti elettroni ha nel guscio esterno un atomo di metallo alcalino?
2. Gas che si libera quando il sodio reagisce con l'acqua:
3. Il sodio bruciato in molta aria forma soprattutto:
4. Quale si decompone con un leggero riscaldamento?
5. Colore della fiamma del sodio:

Esercizi: rispondi da solo

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Domande frequenti

Che cosa sono i metalli alcalini?

Sono gli elementi del gruppo 1: litio, sodio, potassio, rubidio, cesio e francio. Sono metalli molli e molto reattivi, con un elettrone esterno.

Qual è la differenza tra soda e bicarbonato?

La soda è carbonato di sodio idrato (Na₂CO₃·10H₂O); il bicarbonato è idrogenocarbonato di sodio (NaHCO₃). Il bicarbonato libera CO₂ quando si scalda; la soda no.

Perché i metalli alcalini si tengono sotto olio?

Reagiscono in fretta con l'ossigeno e con l'umidità dell'aria. L'olio tiene lontani aria e acqua.

Dove si studia

Ukraine11 класMetallic elements and compounds
China高一Ch.2 Sodium and chlorine

Da studiare prima

Da studiare dopo

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