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Un métal alcalin est un élément chimique de la première colonne (1^er groupe) du tableau périodique, à l'exception de l'hydrogène. Ce sont le lithium ₃Li, le sodium ₁₁Na, le potassium ₁₉K, le rubidium ₃₇Rb, le césium ₅₅Cs et le francium ₈₇Fr. Il s'agit de métaux du bloc s ayant un électron dans la couche de valence. Ils forment une série chimique très homogène offrant le meilleur exemple des variations des propriétés chimiques et physiques entre éléments d'un même groupe du tableau périodique.

Les métaux alcalins sont tous des métaux brillants, mous et très réactif dans les conditions normales de température et de pression. Ils perdent facilement leur électron de valence pour former un cation de charge électrique +1. Ils peuvent être coupés au couteau en raison de leur faible dureté, laissant apparaître une tranche brillante qui ternit rapidement à l'air libre par oxydation sous l'effet de l'oxygène et de l'humidité de l'air ; le lithium réagit également à l'azote atmosphérique. Leur réactivité chimique très élevée fait qu'ils réagissent avec toute trace d'humidité et qu'on ne les trouve jamais comme éléments natifs dans la nature ; ils doivent être conservés dans une huile minérale pour être préservés de l'air, par exemple de l'huile de vaseline. Cette réactivité croît avec leur numéro atomique, c'est-à-dire en descendant le long de la colonne : 5^e métal alcalin, le césium est le plus réactif de tous les métaux.

Le sodium est le métal alcalin le plus abondant du milieu naturel, suivi par le potassium, le lithium, le rubidium, le césium et le francium, qui est extrêmement rare (il n'y en aurait pas plus d'une trentaine de grammes sur toute la surface de la Terre) en raison de sa radioactivité très élevée (demi-vie de 22 minutes). Ces éléments sont employés dans diverses applications technologiques et industrielles. Le rubidium et surtout le césium 133 sont ainsi utilisés dans les horloges atomiques, le ¹³³Cs offrant la mesure du temps la plus précise. Les composés du sodium sont utilisés dans les lampes à vapeur de sodium. Le sel de table est constitué de chlorure de sodium. le sodium et le potassium sont des oligoéléments qui jouent un rôle physiologique essentiel.

Le mot alcalin provient, via le mot d'emprunt alcali, de l'arabe al-qily désignant les cendres végétales, riches en potassium.

Lithium ₃Li.
Sodium ₁₁Na.
Potassium ₁₉K.
Rubidium ₃₇Rb.
Césium ₅₅Cs.

Propriétés

Les métaux alcalins sont de couleur argentée (le césium a toutefois des reflets dorés), mous, à bas point de fusion et faible densité. Ils réagissent facilement avec les halogènes pour former des sels ioniques, et avec l'eau pour former des hydroxydes fortement basiques.

Élément	Masse atomique	Température de fusion	Température d'ébullition	Masse volumique	Rayon atomique	Configuration électronique	Énergie d'ionisation	Électronégativité (Pauling)
Lithium	6,941 u	180,54 °C	1 341,85 °C	0,534 g·cm^-3	152 pm	[He] 2s¹	520,2 kJ·mol^-1	0,98
Sodium	22,990 u	97,72 °C	882,85 °C	0,968 g·cm^-3	186 pm	[Ne] 3s¹	405,8 kJ·mol^-1	0,93
Potassium	39,098 u	63,38 °C	758,85 °C	0,890 g·cm^-3	227 pm	[Ar] 4s¹	418,8 kJ·mol^-1	0,82
Rubidium	85,468 u	39,31 °C	687,85 °C	1,532 g·cm^-3	248 pm	[Kr] 5s¹	403,0 kJ·mol^-1	0,82
Césium	132,905 u	28,44 °C	670,85 °C	1,930 g·cm^-3	265 pm	[Xe] 6s¹	375,7 kJ·mol^-1	0,79
Francium	[223]	26,85 °C	676,85 °C	1,870 g·cm^-3 ?	? pm	[Rn] 7s¹	392,8 kJ·mol^-1	0,70 ?

Leur configuration électronique est caractérisée par la présence d'un électron unique ns¹, facilement perdu pour retrouver la configuration du gaz noble de la période précédente : les métaux alcalins forment donc très facilement des cations. Ils ont toujours le potentiel d'ionisation le plus bas de leur période ; le second potentiel d'ionisation est en revanche très élevé, en raison de la configuration électronique de gaz rare des cations alcalins.

Élément chimique			Configuration électronique
n^o 3	Li	Lithium	1s² 2s¹
n^o 11	Na	Sodium	1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
n^o 19	K	Potassium	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹
n^o 37	Rb	Rubidium	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹
n^o 55	Cs	Césium	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s¹
n^o 87	Fr	Francium	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s¹

L'hydrogène, avec son électron 1s¹ solitaire, devrait normalement appartenir au groupe des métaux alcalins. Toutefois, la perte de cet électron requiert davantage d'énergie que pour les autres éléments du groupe 1. L'hydrogène n'est pas non plus métallique aux conditions normales de température et de pression : il ne devient métallique qu'aux pressions très élevées (cf. hydrogène métallique).

Identification

Émission atomique

Les vapeurs de métaux alcalins (ou de leurs ions) excités par la chaleur ou l'électricité sont connus pour émettre des couleurs caractéristiques. C'est ainsi que la spectroscopie a vu ses premiers pas se réaliser, grâce aux expériences de Bunsen et Kirchhoff. Les couleurs sont dues au fait que le spectre d'émission atomique est un spectre de raie, et non un spectre continu de type corps noir, preuve de la nature quantique des niveaux d'énergie dans les atomes et ions. Les couleurs caractéristiques sont :

lithium : rose fuchsia intense ; de ce fait très utilisé en pyrotechnie,
sodium : jaune-orangé intense ; utilisé en pyrotechnie et dans les ampoules d'éclairages publics,
potassium : mauve pâle.

Réactions

Réaction avec l'eau

Les métaux alcalins sont connus pour leur réaction violente avec l’eau. Cette violence augmente quand on descend le long du groupe :

métal alcalin + eau → hydroxyde du métal alcalin + hydrogène

Exemple avec le sodium :

2 Na _solide + 2 H₂O_liquide → NaOH _aq + H_{2 gaz}.

Cette réaction est très exothermique et peut provoquer l’inflammation ou l’explosion de l'hydrogène avec une flamme jaune. Avec le potassium, la flamme est de couleur lilas.

Les réactions des métaux alcalins avec l'eau peuvent être, selon les quantités mises en œuvre, très dangereuses. Si dans les batteries au lithium, lorsqu'elles sont dégradées, comme après un accident, le liquide de refroidissement (de l'eau) rentre en contact (même par simple taux d’hygrométrie) avec le lithium, cela peut enclencher une combustion si la température est favorable à cette réaction (20°C).

Réaction dans l'ammoniac

Les métaux alcalins se dissolvent dans l'ammoniac liquide donnant des solutions bleues qui sont paramagnétiques.

Na _solide + NH_{3 liquide} → Na⁺ _solv + e^– _solv.

Vu la présence d'électrons libres, la solution occupe plus que la somme des volumes du métal et de l'ammoniac. Les électrons libres font de ces solutions de très bons agents réducteurs.

Réaction avec l'hydrogène

En réagissant avec l'hydrogène, les métaux alcalins forment des hydrures.

2 Na _solide + H_{2 gaz} → 2 NaH _solide.

Ces hydrures sont très instables en solution, du fait de leur caractère très basique, et réagissent sur l'eau pour former de l'hydrogène et des hydroxydes.

NaH _solide + H₂O_liquide → Na⁺ _solv + OH^– _aq + H_{2 gaz}.

Na⁺ _aq + OH^– _aq

\rightleftharpoons

NaOH _aq.

Réaction avec l'oxygène

En réagissant avec l'oxygène, les métaux alcalins forment un oxyde, soluble dans l'eau. La réaction doit cependant être favorisée par le chauffage par exemple, sinon, c'est le peroxyde ou le superoxyde (et non l'oxyde) qui se forme.

4 Na _solide + O_{2 gaz} → 2 Na₂O_solide : oxyde.

2 Na _solide + O_{2 gaz} → Na₂O_{2 solide} : peroxyde.

Na _solide + O_{2 gaz} → NaO_{2 solide} (en) : superoxyde.

La solvatation de l'oxyde conduit à la dissociation des composés sodium et oxyde. L'ion oxyde est instable en solution, et son caractère basique conduit à la déprotonation de l'eau :

NaO_{2 solide} (en) + H₂O_liquide → 2 Na⁺ _aq + 2 OH^– _aq

Les peroxydes et superoxydes se dismutent en oxygène et en oxyde.

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

métal alcalin, sur le Wiktionnaire
Alcalins, sur Wikiversity

Articles connexes

Liens externes

UICPA : Page de liens vers le tableau périodique
UICPA : Tableau périodique officiel du 22/06/2007

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Métaux Alcalins	Alcalino- terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métal- loïdes	Non- métaux	Halo- gènes	Gaz nobles	Éléments non classés
		Actinides
		Superactinides

Portail de la chimie

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 Les métaux alcalins sont tous des métaux brillants, mous et très réactif dans les [[conditions normales de température et de pression]]. Ils perdent facilement leur électron de valence pour former un [[cation]] de [[charge électrique]] +1. Ils peuvent être coupés au couteau en raison de leur faible dureté, laissant apparaître une tranche brillante qui ternit rapidement à l'air libre par [[oxydation]] sous l'effet de l'[[Dioxygène|oxygène]] et de l'[[humidité]] de l'air ; le [[lithium]] réagit également à l'[[Diazote|azote]] atmosphérique. Leur réactivité chimique très élevée fait qu'ils réagissent avec toute trace d'humidité et qu'on ne les trouve jamais comme [[Élément natif|éléments natifs]] dans la nature ; ils doivent être conservés dans une [[huile minérale]] pour être préservés de l'air, par exemple de l'huile de [[vaseline]]. Cette réactivité croît avec leur [[numéro atomique]], c'est-à-dire en descendant le long de la colonne : {{5e|métal}} alcalin, le [[césium]] est le plus réactif de tous les métaux.
-Le [[sodium]] est le métal alcalin le plus abondant du milieu naturel, suivi par le [[potassium]], le [[lithium]], le [[rubidium]], le [[césium]] et le [[francium]], qui est très rare en raison de sa [[radioactivité]] extrêmement élevée. Ces éléments sont employés dans diverses applications technologiques et industrielles. Le rubidium et surtout le {{nobr|césium 133}} sont ainsi utilisés dans les [[Horloge atomique|horloges atomiques]], le {{exp|133}}Cs offrant la mesure du temps la plus précise. Les [[Composé chimique|composés]] du [[sodium]] sont utilisés dans les [[Lampe à vapeur de sodium|lampes à vapeur de sodium]]. Le [[sel de table]] est constitué de [[chlorure de sodium]]. le sodium et le [[potassium]] sont des [[oligoélément]]s qui jouent un rôle [[Physiologie|physiologique]] essentiel.
+Le [[sodium]] est le métal alcalin le plus abondant du milieu naturel, suivi par le [[potassium]], le [[lithium]], le [[rubidium]], le [[césium]] et le [[francium]], qui est extrêmement rare (il n'y en aurait pas plus d'une trentaine de grammes sur toute la surface de la Terre) en raison de sa [[radioactivité]] très élevée ([[Période radioactive|demi-vie]] de {{unité|22|minutes}}). Ces éléments sont employés dans diverses applications technologiques et industrielles. Le rubidium et surtout le {{nobr|césium 133}} sont ainsi utilisés dans les [[Horloge atomique|horloges atomiques]], le {{exp|133}}Cs offrant la mesure du temps la plus précise. Les [[Composé chimique|composés]] du [[sodium]] sont utilisés dans les [[Lampe à vapeur de sodium|lampes à vapeur de sodium]]. Le [[sel de table]] est constitué de [[chlorure de sodium]]. le sodium et le [[potassium]] sont des [[oligoélément]]s qui jouent un rôle [[Physiologie|physiologique]] essentiel.
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 ! [[Césium]]
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