Les Metaux Alcalins
Groupe 1 du tableau periodique - Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Presentation generale
Les metaux alcalins constituent le groupe 1 (ancienne colonne IA) du tableau periodique. Ils comprennent six elements : le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K), le rubidium (Rb), le cesium (Cs) et le francium (Fr). L'hydrogene, bien que situe dans la meme colonne, n'est pas un metal alcalin.
Pourquoi "alcalins" ? Le terme vient de l'arabe al-qili (cendre de plantes). En effet, la potasse (K₂CO₃) et la soude (Na₂CO₃) etaient extraites des cendres vegetales et sont des bases fortes en solution aqueuse.
Configuration electronique
Tous les metaux alcalins possedent un seul electron de valence sur leur couche externe, dans une orbitale ns¹. Cet electron est facile a arracher, ce qui explique leur grande reactivite.
| Element | Z | Configuration | Ei (kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| Lithium (Li) | 3 | 1s² 2s¹ | 520 |
| Sodium (Na) | 11 | [Ne] 3s¹ | 496 |
| Potassium (K) | 19 | [Ar] 4s¹ | 419 |
| Rubidium (Rb) | 37 | [Kr] 5s¹ | 403 |
| Cesium (Cs) | 55 | [Xe] 6s¹ | 376 |
| Francium (Fr) | 87 | [Rn] 7s¹ | ~380 |
L'energie de premiere ionisation diminue du lithium au cesium : l'electron de valence est de plus en plus eloigne du noyau, donc plus facile a arracher.
Proprietes physiques
Metaux mous et legers
Les alcalins sont si mous qu'on peut les couper au couteau. Le lithium, le sodium et le potassium flottent sur l'eau (densite < 1 g/cm³). Le lithium est le metal le plus leger (d = 0,534).
Eclat metallique
Fraichement coupes, ils presentent un eclat argente brillant qui ternit rapidement au contact de l'air (oxydation). Le cesium a une teinte doree.
Points de fusion bas
Les points de fusion diminuent le long du groupe : Li (180,5 °C), Na (97,8 °C), K (63,4 °C), Rb (39,3 °C), Cs (28,4 °C). Le cesium fond quasiment a temperature ambiante.
Bons conducteurs
Comme tous les metaux, ils conduisent bien l'electricite et la chaleur.
Reactivite avec l'eau
La reaction la plus spectaculaire des alcalins est leur reaction avec l'eau. Elle produit de l'hydroxyde de metal (base forte) et du dihydrogene, avec un fort degagement de chaleur :
Lithium : reagit doucement, avec effervescence a la surface de l'eau.
Sodium : reagit vigoureusement, le morceau fond et forme une bille qui se deplace rapidement a la surface. Peut s'enflammer.
Potassium : reaction violente avec flamme violette (emission du potassium). Le dihydrogene s'enflamme immediatement.
Rubidium et Cesium : reaction explosive au contact de l'eau. Manipulation extremement dangereuse.
La reactivite augmente en descendant dans le groupe car l'electron de valence est de plus en plus facile a arracher (energie d'ionisation decroissante).
Applications dans la vie quotidienne
Batteries au lithium
Le lithium est utilise dans les batteries Li-ion (telephones, ordinateurs, voitures electriques) grace a son faible poids et son potentiel electrochimique eleve.
Sel de table (NaCl)
Le chlorure de sodium est le compose de sodium le plus courant. Essentiel pour l'alimentation, l'industrie chimique et le salage des routes.
Engrais potassiques
Le potassium (sous forme de KCl, K₂SO₄) est un element essentiel pour la croissance des plantes et constitue l'un des trois macronutriments (N-P-K).
Horloges atomiques
Le cesium-133 est utilise dans les horloges atomiques pour definir la seconde avec une precision de 10⁻¹⁶ s.
Ce qu'il faut retenir
- 1.Les alcalins (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) sont dans le groupe 1 avec la configuration ns¹.
- 2.Ils possedent un seul electron de valence, facilement arraché, formant l'ion M⁺.
- 3.Ils reagissent avec l'eau : 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂.
- 4.La reactivite augmente en descendant dans le groupe.
- 5.Applications majeures : batteries Li-ion, sel NaCl, engrais K, horloges atomiques au Cs.
