Lithium
Lithium, das Element mit der Ordnungszahl 3, wurde 1817 von Arfwedson entdeckt. Lithum ist das leichteste aller Metalle. Es hat eine Dichte von 0,53 g/cm3 und schwimmt daher auf dem Wasser. Außerdem ist Lithium ein sehr weiches Metall, man kann es mit dem Messer schneiden. Es schmilzt bereits bei 180 ºC, und die Siedetemperatur beträgt 1370 ºC. Im Vergleich zu anderen Metallen ist Lithium sehr reaktiv. An der Luft läuft es innerhalb weniger Minuten trüb an, und mit Wasser reagiert Lithium unter Bildung von Wasserstoff.
Aufgrund seiner hohen Reaktivität kommt Lithium in der freien Natur nicht in elementarer Form vor, sondern nur in Form von Lithiumsalzen. Einige dieser Lithiumsalze werden in der Medizin eingesetzt (Lithiumtherapie), zum Beispiel bei bestimmten Kopfschmerzen oder gegen psychische Krankheiten wie Depression.
Verwendung findet Lithium vor allem für die Produktion von Batterien und Akkus (Lithiumionen-Akku), aber auch bei der Glas- und Keramikherstellung.
Natrium
Natrium wurde 1807 von DAVY durch Schmelzflusselektrolyse gewonnen. Natrium ist ein leichtes Metall. Es hat eine Dichte von 0,97 g/cm3 und schwimmt daher gerade noch auf dem Wasser.
Die Dichte von Natrium ist größer als die von Lithium. Das hat den einfachen Grund, dass Natrium mit ca. 23 g/mol eine deutlich höhere Atommasse hat als Lithium mit nur rund 7 g/mol. Jetzt könnte man sich natürlich fragen, wieso die Dichte von Natrium nicht drei mal so hoch ist wie die Dichte von Lithium, denn die Atommasse ist ja auch drei mal so hoch. Diese interessante Frage besprechen wir in dem Expertenteil "Dichte von Natrium".
Außerdem ist Natrium ein sehr weiches Metall, man kann es mit dem Messer schneiden, leichter als Lithium. Es schmilzt bereits bei 98 ºC, also wesentlich eher als Lithium, und die Siedetemperatur beträgt 890 ºC, also ebenfalls niedriger als bei Lithium. Im Vergleich zu anderen "normalen" Metallen ist Natrium sehr reaktiv. An der Luft läuft es innerhalb weniger Minuten trüb an, und mit Wasser reagiert Natrium heftig unter Bildung von Wasserstoff.
Aufgrund seiner Eigenschaften könnte man annehmen, dass Natrium gar kein "richtiges" Metall ist. Das Element Natrium weist aber dennoch alle Eigenschaften eines typischen Metalls auf. Wenn man ein Stück Natrium durchschneidet, glänzt die Schnittfläche metallisch. Außerdem leitet Natrium den Strom recht gut und ist auch ein guter Wärmeleiter. Schließlich geht Natrium chemische Reaktionen mit Nichtmetallen ein, die für viele Metalle typisch sind.
Wegen seiner hohen Reaktivität kommt Natrium in der freien Natur nicht in elementarer Form vor, sondern nur in Form von Natriumsalzen wie Natriumchlorid oder Natriumcarbonat. Diese Salze werden wie auch das Element vielfältig eingesetzt; alle Anwendungen hier aufzuzählen, würden den Rahmen sprengen.
Flüssiges Natrium - man soll es nicht glauben - wird wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und wegen seines geringen Schmelzpunktes als "Kühlmittel" in Flugzeugmotoren und Kernkraftwerken verwendet. In den Natriumdampflampen, die man oft an Straßenkreuzungen, Fußgängerüberwegen oder anderen Gefahrenstellen sieht, befindet sich metallisches Natrium. Wenn die Lampe leuchtet, verdampft das Natrium und strahlt gelbes Licht aus, das aufgrund seiner Wellenlänge auch Nebel, Regen oder Dunst durchdringt. In der Natrium/Schwefel-Batterie wird ebenfalls metallisches Natrium eingesetzt. Diese Batterie - eigentlich ein Akkumulator - liefert viermal so viel Energie wie ein Bleiakku, der immer noch in den meisten Fahrzeugen eingesetzt wird.
Hergestellt wird Natrium durch Chloralkali-Elektrolyse, dabei wird Natriumchlorid-Lösung oder geschmolzenes Natriumchlorid in seine Elemente Natrium und Chlor zerlegt.
Kalium
Das Element Kalium steht im Periodensystem unter dem Element Natrium, es ist ein Alkalimetall wie Lithium und Natrium. Kalium ist noch reaktionsfähiger als Natrium, daher verbieten sich Versuche mit Kalium in der Schule quasi von selbst.
Entdeckt wurde Kalium 1807 von Sir Humphry DAVY, der ja auch viele andere Elemente entdeckt hat wie zum Beispiel Natrium. DAVY gewann Kalium durch Schmelzflusselektrolyse von Kaliumhydroxid KOH. Auch heute noch wird Kalium vorwiegend auf diese Weise gewonnen.
Kalium gehört zu den zehn häufigsten Elementen der Erde. Wegen seiner enormen Reaktionsfähigkeit kommt es nie in elementarer Form vor, während man Kaliumverbindungen fast überall findet.
Kalium ist in Reinform recht teuer, daher findet es in der Technik nur dort Verwendung, wo es nicht durch das billigere und weniger reaktionsfreudige Natrium ersetzt werden kann.
Siehe auch Lexikon-Artikel "Kalium".
Rubidium
Rubidium, im PSE direkt unter Kalium, wurde 1861 von BUNSEN und KIRCHHOFF zusammen mit Cäsium entdeckt, als sie Mineralwasser analysierten. Vielleicht ist dies auch der tiefere Grund dafür, dass heute in vielen Schulbüchern Kapitel wie "Aus tiefen Quellen" oder ähnlich auftauchen, wenn von Alkalimetallen die Rede ist. Laut Wikipedia musste BUNSEN "44200 Liter Dürkheimer Quellwasser verarbeiten, um 9 g RbCl zu isolieren".
Rubidium kommt viel seltener in der Natur vor als Natrium oder Kalium und ist in Reinform entsprechend selten und teuer. Daher gibt es auch so gut wie keine technischen Anwendungen für Rubidium. Eine medizinische Bedeutung von Rubidium wird zwar diskutiert, ist aber noch weitgehend unerforscht.
Cäsium
Cäsium, im PSE direkt unter Rubidium, wurde 1861 von BUNSEN und KIRCHHOFF zusammen mit Rubidium entdeckt, als sie Mineralwasser analysierten. In den 44200 Litern Mineralwasser fanden sie 7,5 g CsCl.
Cäsium kommt noch seltener in der Natur vor als Rubidium und ist in Reinform entsprechend selten und teuer. Daher gibt es auch so gut wie keine technischen Anwendungen für Cäsium. Allerdings enthalten die sogenannten Atomuhren winzige Cäsium-Mengen, denn seit 1967 ist die Sekunde als Maßeinheit der Zeit als das 9.192.631.770-fache der Periode eines bestimmten atomaren Übergangs in Cäsium definiert.
Francium
Francium ist zwar auch ein Alkalimetall, allerdings weiß man nicht so viel über das Element, weil es extrem instabil ist. Selbst das langlebigste Isotop des Elements hat eine Halbwertszeit von knapp 22 Minuten. Großartige Versuche können mit Francium also nicht gemacht werden. Die wenigen Versuche, die man bisher mit Francium gemacht hat, zeigen aber, dass es sich wie ein typisches Alkalimetall verhält. Die physikalischen und chemischen Daten, die man in der Literatur oder im Internet findet, sind oft nur extrapolierte Werte, aus den entsprechenden Werten der anderen Alkalimetalle hochgerechnet.
Bereits 1871 wurde die Existenz von Francium von MENDELEJEW, dem "Entdecker" des Periodensystems, vorhergesagt. Aber erst 1939 konnte PEREY das Element nachweisen; 1946 wurde des dann als "Francium" bezeichnet.