Logam alkali
Sifat-sifat > Fisika dan kimia

Sifat fisika dan kimia logam alkali dapat dengan mudah dijelaskan berdasarkan konfigurasi elektron valensi yang mereka miliki ns1, yang menghasilkan ikatan logam yang lemah. Oleh karena itu, seluruh logam alkali lunak dan memiliki densitas, titik leleh dan didih rendah, begitu pula dengan kalor sublimasi, penguapan, dan disosiasi:74 Seluruh logam alkali mengkristal dengan struktur kristal body-centered cubic,:73 dan memiliki warna nyala yang khas karena elektron terluarnya sangat mudah tereksitasi.:75 Konfigurasi ns1 juga mengakibatkan logam alkali memiliki jari-jari atom dan ion yang sangat besar, serta konduktivitas termal dan listrik yang tinggi.:75 Sifat kimia mereka didominasi oleh hilangnya elektron valensi sunyi untuk membentuk tingkat oksidasi +1, mengingat mudahnya mengionkan elektron ini serta tingginya energi ionisasi kedua.:76 Sifat kimia lima teratas anggota logam alkali sebagian besar telah teramati. Kimiawi fransium belum begitu mapan mengingat radioaktivitasnya yang ekstrem; sehingga, presentasi sifat-sifatnya dalam artikel ini terbatas. Sedikit yang diketahui tentang francium menunjukkan bahwa perilakunya sangat dekat dengan cesium, seperti yang diperkirakan. Sifat fisik francium bahkan lebih samar karena unsur massalnya tidak pernah diamati; maka setiap data yang mungkin ditemukan dalam literatur tentu saja merupakan ekstrapolasi spekulatif.
| Nama | Litium | Natrium | Kalium | Rubidium | Sesium | Fransium |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Nomor atom | 3 | 11 | 19 | 37 | 55 | 87 |
| Massa atom standar (u) | 6,94(1) | 22,98976928(2) | 39,0983(1) | 85,4678(3) | 132,9054519(2) | [223] |
| Konfigurasi elektron | [He] 2s1 | [Ne] 3s1 | [Ar] 4s1 | [Kr] 5s1 | [Xe] 6s1 | [Rn] 7s1 |
| Titik leleh | 453,69 K 180,54 °C 356,97 °F | 370,87 K 97,72 °C 207,9 °F | 336,53 K, 63,38 °C, 146,08 °F | 312,467 K, 39,31 °C, 102,76 °F | 301,59 K, 28,44 °C, 83,19 °F |  ? 300 K, ? 27 °C, ? 80 °F |
| Titik didih | 1615 K, 1342 °C, 2448 °F | 1156 K, 883 °C, 1621 °F | 1032 K, 759 °C, 1398 °F | 961 K, 688 °C, 1270 °F | 944 K, 671 °C, 1240 °F |  ? 950 K, ? 677 °C, ? 1250 °F |
| Massa jenis (g·cm−3) | 0,534 | 0,968 | 0,89 | 1,532 | 1,93 |  ? 1,87 |
| Kalor fusi (kJ·mol−1) | 3,00 | 2,60 | 2,321 | 2,19 | 2,09 |  ? 2 |
| Kalor penguapan (kJ·mol−1) | 136 | 97,42 | 79,1 | 69 | 66,1 |  ? 65 |
| Kalor pembentukan monatomik gas (kJ·mol−1) | 162 | 108 | 89,6 | 82,0 | 78,2 |  ? |
| Tahanan listrik at 298 K (nΩ·cm) | 94,7 | 48,8 | 73,9 | 131 | 208 |  ? |
| Jari-jari atom (pm) | 152 | 186 | 227 | 248 | 265 |  ? |
| Jari-jari ion M+ ion (pm) | 76 | 102 | 138 | 152 | 167 |  ? 180 |
| Energi ionisasi pertama (kJ·mol−1) | 520,2 | 495,8 | 418,8 | 403,0 | 375,7 | 392,8 |
| Afinitas elektron (kJ·mol−1) | 59,62 | 52,87 | 48,38 | 46,89 | 45,51 |  ? 47,2 |
| Entalpi disosiasi of M2 (kJ·mol−1) | 106,5 | 73,6 | 57,3 | 45,6 | 44,77 |  ? 42,1 |
| Elektronegativitas Pauling | 0,98 | 0,93 | 0,82 | 0,82 | 0,79 |  ? 0,7 |
| Potensial elektrode standar (E°(M+→M0); V) | −3,0405 | −2,714 | −2,925 | −2,925 | −2,923 |  ? |
| Warna uji nyala Emisi utama/panjang gelombang absorpsi (nm) | Merah krimson 670,8 | Kuning 589,2 | Ungu 766,5 | Merah-ungu 780,0 | Biru 455,5 |  ? Merah |
Logam-logam alkali lebih menunjukkan kemiripan di antara mereka dibandingkan dengan golongan-golongan lain. Misalnya, dari atas ke bawah menunjukkan kenaikan jari-jari atom, penurunan elektronegativitas, kenaikan reaktivitas, dan penurunan titik leleh dan titik didih begitu juga dengan kalor fusi dan kalor penguapan.:75 Secara umum, densitas meningkat sepanjang kolom tabel dari atas ke bawah, dengan perkecualian densitas kalium lebih kecil daripada natrium. Salah satu dari sangat sedikit sifat logam alkali yang tidak menampilkan tren yang mulus adalah potensial reduksi: nilai litium adalah anomali, menjadi lebih negatif daripada yang lain.:75 Hal ini karena ion Li+ memiliki energi hidrasi yang sangat tinggi dalam fase gas: meskipun ion litium mengganggu struktur air secara signifikan, menyebabkan perubahan entropi lebih tinggi, energi hidrasi yang tinggi ini cukup untuk membuat potensial reduksi menunjukkan litium sebagai logam alkali yang paling elektropositif, meskipun kesulitan mengalami ionisasi dalam fase gas.:75
Seluruh logam alkali stabil berwarna perak kecuali sesium, yang memiliki warna emas: ia adalah salah satu dari tiga logam yang berwarna keemasan (dua lainnya adalah tembaga dan emas).:74 Selain itu, logam alkali tanah berat kalsium, stronsium, dan barium, serta lantanida divalen, begitu pula europium dan iterbium, berwarna kuning pucat, meskipun warnanya jauh lebih menonjol daripada sesium.:74 Kilaunya cepat memudar di udara akibat oksidasi. Kesemuanya membentuk kristal dengan struktur body-centered cubic,:73 dan mempunyai warna nyala yang berbeda karena elektron s terluarnya sangat mudah tereksitasi.:75
Seluruh logam alkali sangat reaktif dan tidak pernah dijumpai dalam bentuk unsur di alam. Oleh sebab itu, mereka biasanya disimpan dalam minyak mineral atau kerosen (minyak parafin). Mereka bereaksi agresif dengan halogen untuk membentuk halida logam alkali, berupa senyawa kristal ionik putih yang seluruhnya larut dalam air kecuali litium fluorida (LiF). Logam alkali juga bereaksi dengan air untuk membentuk alkali hidroksida kuat dan oleh karenanya harus ditangani dengan kehati-hatian ekstra. Logam alkali yang lebih berat bereaksi lebih hebat daripada yang lebih ringan; sebagai contoh, ketika diteteskan ke dalam air, sesium menghasilkan ledakan yang lebih besar daripada kalium. Logam alkali memiliki energi ionisasi pertama yang paling rendah pada masing-masing periodenya pada tabel periodik karena muatan nuklir efektif mereka yang rendah dan kemampuan membentuk konfigurasi gas mulia dengan menghilangkan satu elektron saja. Energi ionisasi kedua seluruh logam alkali sangat tinggi karena berada dalam kondisi kulit elektron yang terisi penuh dan juga lebih dekat pada inti atom; oleh karena itu, mereka hampir selalu kehilangan sebuah elektron, membentuk kation.:28 Alkalida adalah perkecualian: mereka adalah senyawa tak stabil yang mengandung logam alkali pada tingkat oksidasi −1, yang sangat tidak biasa sebelum penemuan alkalida, logam alkali tidak diperkirakan dapat membentuk anion dan diduga hanya dapat berada sebagai garam sebagai kation saja. Anion alkalida telah mengisi orbital-subkulit-s, yang memberikan stabilitas lebih dan memungkinkan keberadaannya. Seluruh logam alkali stabil kecuali litium diketahui dapat membentuk alkalida, dan teori alkalida menjadi jauh lebih menarik karena stoikiometrinya dan potensial ionisasi yang rendah adalah sesuatu yang luar biasa. Alkalida secara kimia mirip dengan elektrida, yaitu garam dengan elektron terperangkap bertindak sebagai anion. Contoh alkalida yang sangat menyolok adalah "natrium hidrida terbalik", H+Na− (kedua ion membentuk kompleks), yang bertentangan dengan natrium hidrida biasa, Na+H−: senyawa ini tidak stabil dalam isolasi, mengingat energi tinggi yang dihasilkan dari perpindahan dua elektron dari hidrogen ke natrium, meskipun beberapa turunannya diperkirakan metastabil atau stabil.
Dalam larutan akuatik, ion logam alkali membentuk ion akua dengan rumus [M(H2O)n]+, dengan adalah bilangan solvasi. Bilangan koordinasi dan bentuk mereka sesuai dengan hasil yang diharapkan berdasarkan jari-jari ion mereka. Dalam larutan akuatik, molekul air yang langsung melekat pada ion logam dikatakan milik bidang koordinasi pertama, juga dikenal sebagai kulit solvasi pertama atau primer. Ikatan antara molekul air dan ion logam adalah ikatan kovalen datif, dengan atom oksigen menyumbangkan kedua elektron untuk membentuk ikatan. Setiap molekul air yang terkoordinasi dapat diikat dengan molekul air lainnya melalui ikatan hidrogen. Posisi yang disebut terakhir dikatakan berada dalam bidang koordinasi kedua. Namun, untuk kation logam alkali, bidang koordinasi kedua tidak didefinisikan dengan baik karena muatan +1 pada kation tidak cukup tinggi untuk mempolarisasi molekul air pada kulit solvasi utama, tetapi cukup bagi mereka untuk membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan bidang koordinasi kedua, menghasilkan entitas yang lebih stabil.:25 Bilangan solvasi Li+ telah ditentukan secara eksperimen yaitu 4, membentuk [Li(H2O)4]+ tetrahedral: sementara bilangan solvasi 3 atau 6 telah dijumpai untuk ion aqua litium, bilangan solvasi yang kurang dari 4 dapat menghasilkan pembentukan pasangan ion, dan bilangan solvasi yang lebih tinggi dapat diinterpretasikan sebagai molekul air yang mendekati [Li(H2O)4]+ melalui permukaan tetrahedron, meskipun simulasi dinamika molekul dapat menunjukkan adanya ion heksaaqua oktahedral. Ada juga mungkin enam molekul air dalam bidang solvasi primer ion natrium, membentuk ion [Na(H2O)6]+ oktahedral.:126–127 Sementara itu diduga sebelumnya bahwa logam alkali yang lebih berat juga membentuk ion heksaaqua oktahedral, karena saat itu telah ditemukan bahwa kalium dan rubidium mungkin membentuk ion [K(H2O)8]+ dan [Rb(H2O)8]+, yang memiliki struktur antiprismatik persegi, dan bahwa sesium membentuk ion [Cs(H2O)12]+ dengan 12 koordinasi.