Les métaux alcalins (partie 1) Flashcards
Quels sont les métaux alcalins ?
Les métaux alcalins sont le Lithium (Li), le Sodium (Na), le Potassium (K), le
Rubidium (Rb), le Césium (Cs)et le Francium (Fr).
A connaître Li, K et Na +++
Combien ont-ils d’électron(s) périphérique(s) ?
1 seul (ns1)
Ils existent tous à l’état naturel vrai ou faux ?
C’est faux, le Fr est radioactif (aucun isotope stable)
Ils ont tendance à perdre leurs électrons de valence, vrai ou faux ?
C’est vrai.
Ils ont tendance à perdre leur électrons de valence > d.o : (+I).
↳ en perdant cette électron leurs structures ressemble à celle d’un gaz rare
et sont donc plus stables.
[GR] ns1
3Li : 1s2 2s1 = [He] 2s1
11Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 = [Ne] 3s1
19K : [Ar] 4s1
Leur chimie est essentiellement ionique, vrai ou faux ?
C’est vrai, de type cation (M+) : ce sont des
monocations.
Ce sont des corps simples les plus oxydants connus, vrai ou faux ?
C’est faux, ce sont les plus réducteurs connus.
L’énergie d’ionisation est très basse et ils perdent très facilement leur seul
électron de valence.
C’est l’alcalin à l’état métal (non chargé) qui est extrêmement réducteur, mais
quand il a perdu son électron (M+) il perd ses propriétés réductrices.
Li→Li⁺ + e⁻
Il s’oxyde et réduit l’autre espèce en donnant son e⁻.
→ Électronégativité négative et élevée en valeur absolue.
5
→ Éléments très réducteurs, donnent facilement leurs électrons.
Quel est l’aspect de ces métaux ?
Ce sont des métaux :
⇒ Brillants (réfléchissent la lumière),
⇒ Mous (facilement déformables),
⇒ Aspect métallique argenté.
Ils sont conservés dans l’huile minérale, car ils réagissent violemment à l’eau,
notamment à l’humidité de l’air. S’oxydent en surface à l’air et perdent leur
caractère brillant en quelques secondes, devenant ternes.
En fonction des quantités, on peut avoir des explosions importantes.
Ils colorent les flammes avec des couleurs caractéristiques :
Rouge -> Li+
Jaune -> Na+
Bleu -> K+
Ils sont extrêmement électropositifs, vrai ou faux ?
C’est vrai.
Les métaux alcalins sont extrêmement électropositifs, avec un χ < 1
→ Ionicité des liaisons = donne des sels, qui sont des électrolytes forts
(dissociation complète dans l’eau).
Remarque:
NaH (liaison covalente) : le doublet d’électron va vers l’hydrogène.
L’hydrogène a 2 potentiels standards :
H+/H2
H2/H
Pour qu’une liaison soit ionique, il faut que la différence d’électronégativité entre
les 2 atomes soit supérieure à 2.
Comment les retrouve-t-on à l’état naturel ?
Caractère réducteur puissant : ils n’existent pas dans la nature à l’état de corps
simples mais sous forme ionisée [M+] (sel de chlorure, de carbonate, de nitrate…).
Ils réagissent violemment avec l’eau.
Électrolyse de sels fondus : (méthode courante)
Si je veux obtenir un métal alcalin, ce que j’ai de disponible dans la nature ce
sont uniquement des sels, donc pour obtenir le lithium par exemple on va les
obtenir par méthode électrochimique, par électrolyse de sels fondus.
On prend le sel (Ex : chlorure de sodium NaCl) et par électrolyse on obtient le
métal.
On a une anode, une cathode et un courant électrochimique.
Cathode = Réduction
Anode = Oxydation
Dans la cellule à électrolyse on met du chlorure de sodium fondu (40°C). Au
niveau de l’anode on a une oxydation de Cl⁻ en Cl2
. A la cathode on a une
réduction du sodium Na⁺ en Na et donc le métal si on le chauffe, le métal
liquide remonte en surface.
(Les alcalins sont des métaux et ont une densité faible. En effet le sodium à une
densité inférieure à 1, si on le met dans l’eau il reste à la surface).
Résumé des réactions :
Réduction à la cathode : Na⁺ + e⁻ → Na
Oxydation à l’anode : 2Cl⁻ → Cl2 + 2e⁻
Réaction Red/Ox finale: 2Na+ + 2Cl⁻ → 2Na + Cl2
Leur réactivité augmente quand Z augmente, vrai ou faux ?
C’est vrai.
Forte réaction avec l’eau
Li → Li+ + e⁻
Cs → Cs+ + e⁻
Réactivité augmente quand Z augmente.
Quelle est la réaction avec l’H2O ?
Les couples types :
M+/M
H+/H2
Réaction type : M + H2O → MOH + 1⁄2 H2
Le métal s’est oxydé en M⁺ qui s’associe à OH⁻ et H⁺ devient H2
.
Attention réactions violentes voire explosives → libère H, H très explosive (Na
dans l’eau et K dans l’eau
→ explosion)
Quel indicateur coloré utilise-t-on pour indiquer qu’un milieu est bien anhydre ?
La benzophénone.
On utilise les propriétés de la réaction du sodium avec l’eau pour sécher les
solvants organiques. C’est ce qu’on fait pour le THF (tétrahydrofurane = ether
cyclique) et le diétyl-éther (Et2O). Ce sont des solvants qui contiennent des
traces d’eau et pour certaines réactions organiques on a besoin d’enlever l’eau
dans le solvant.
On met le solvant dans le ballon, on ajoute du méthane, du sodium, et en
chauffant, celui-ci réagit avec les traces d’eau avec dégagement d’hydrogène
et de NaOH qui ne sera pas soluble dans le solvant, donc il y aura un dépôt.
On utilise aussi en plus un réactif organique, la benzophénone qui nous sert
d’indicateur coloré pour indiquer que le milieu est bien anhydre, car en
absence d’eau et en présence de métal réducteur, va devenir un radical anion
qui a une couleur caractéristique bleue.
Donc dès que la solution est bleue j’ai plus d’eau dans mon solvant. Pour
récupérer ce solvant anhydre, on fait une distillation, on chauffe et on le
récupère sur la partie supérieure.
Organomagnésien = R-Mg-X avec R chargé delta - et Mg chargé delta +
Quelle est la différence entre oxydes, peroxydes et superoxydes ?
Oxydes :
Mn, O2
LiO2
Peroxydes :
M2O2
Na2O2
Superoxydes :
MO2
KO2
(O2/O2-)
En fonction du métal, réagissant avec l’oxygène, on a pas la même chose.
KO2 + H2O + 2 CO2 → 2 KHCO3 (bicarbonate, solide) +
3
/2 O2
: cette réaction permet de faire
de l’O2
, capte l’humidité, et CO2
très intéressant dans les milieux fermés (sous-marin,
fusée…).
L’ion superoxyde peut réagir avec l’eau et le CO2 et on libère du bicarbonate =
sel qui produit de l’oxygène et qui capte le CO2
. C’est très utilisé dans les sous
marins et tous
les systèmes fermés car le KO2 est solide donc il ne prend presque pas de
place, on peut donc stocker l’O2 sous cette forme.
Ce qu’il faut vraiment retenir c’est que ce sont des métaux puissants,
principalement utilisés pour des réductions.
Citer d’autres réactions de ces métaux.
Réaction avec l’hydrogène : deux couples redox H
+
/H2 et H2
/H-
(hydrure).
M + 1⁄2 H2 → MH (hydrure de lithium par exemple)
⇒ Formation d’hydrures ioniques
Liaison très polarisé, métaux électropositif nucléophile, basique et réducteur).
Hydrure = base forte = bon réducteur.
Réaction avec les halogènes :
Couples RedOx : X2
/X⁻ et M⁺/M
M + 1⁄2 X2 ➔ MX
Halogènes très oxydants, réaction très violente.
Réaction avec l’ammoniac liquide :
3 M + NH3 ➔ M3N +
3
/2 H2
⇒ Formation de nitrures
Réaction avec l’ethanol → comme l’eau solvant protique
Deux couple redox : M+
/M et H
+
/H2
M + C2H5OH → C2H5OM + 1⁄2 H2
Substance à caractère protique. Donne facilement des électrons
périphériques.
N.B. : Un métal alcalin est réducteur, il s’oxyde en M⁺. Équilibrer correctement l’équation, le
principe reste le même.
Quelles sont les principales applications des différents métaux alcalins ?
La densité de ces métaux est inférieure à 1 → donc ils restent en surface
⇒ Métaux/état métallique :
□ Lithium : métal le plus léger, utilisé dans certains alliages (aéronautique,
associé à l’Alu ou au Mg).
□ Sodium : fluide caloporteur dans les surgénérateurs (cœurs nucléaires de
type superphénix).
En effet à basse température il devient liquide donc on l’utilise comme liquide
de refroidissement.
Point de fusion très bas (100°C).
Autrefois : Lampes à vapeur de Sodium pour les éclairages publics
□ Rubidium et Césium : composition des cellules photoélectriques
fonctionnant dans le visible ∙
⇒ Composés ioniques (sels) :
□ Lithium : batteries “ion lithium” (⇒ LiCiO, LiPF…)
□ Sodium :
Na : eau de javel (Hypochlorite de sodium→ formule a connaitre : NaOCl)
NaCl (50 millions de tonnes produites par an) ✴fonte de la glace sur les routes
⇒ Préparation de produits chimiques/de consommation (plastiques, papier,
détergents…)
□ Potassium :
KO2
(libère de l’O2 dans système confiné sur des périodes très longues)
□ Oxydes et Hydroxydes : Bases fortes dans tous les cas…
⇒ Très corrosives → Ex : LiOH, liaison purement ionique, dissociation totale
donc base forte
Décrire les alcalins dans l’organisme.
Sodium :
Élément indispensable au fonctionnement de l’organisme
□ Milieu extracellulaire : >60 %
□ Milieu intracellulaire : 2%
□ Tissus osseux : 30 %
→ Polarisation des canaux ioniques
→ Maintien de la pression osmotique
→ Maintien à un niveau normal de l’excitabilité musculaire et de la
perméabilité cellulaire
→ importante teneur dans l’organisme : 100g
→ Elimination par voie urinaire, fécale et sudorale
→ Apports alimentaires : 3g/jour, même si les besoins sont seulement de 550
mg/jour (AJR)
→ Peut provoquer des oedèmes et de l’hypertension artérielle en cas de
consommation trop importante, une consommation excessive provoque aussi
des problèmes cardiovasculaires.
Potassium :
□ Milieu intracellulaire 90%
□ Tissu osseux 7%
→ Maintien de la pression osmotique (interaction avec sodium)
Et en thérapeutique ?
⇒ NaCl : sérum physiologique (3 pour mille en poids) Dacryosérum®
⇒ Na2SO4
: entre 5 et 10g : Laxatif ; >10g : Purgatif, ces effets sont dû au Na+
⇒ NaF : Carie dentaire, Fluorex®, Fluostérol®.
Si un bébé absorbe bcp de fluor, on lui donne du calcium (lait) pour faire
précipiter le fluor :
F
- + Ca2+ → CaF2
, le fluor ne sera pas absorbé au niveau intestinal
⇒ NaBr : antispasmodique et sédatif du au bromure (service militaire donné
aux hommes pour calmer leurs ardeurs)
⇒ Li2CO3
: Régulateur de l’humeur (anxiété, psychose, personnes bipolaires)
Exemple le Teralithe® :
C’est un régulateur de l’humeur (anxiété, psychose), problème de pression,
prise sous forme de carbonate, éventuellement de citrate avec une dose totale
journalière de 30 mM par jour. C’est un métal toxique donc le patient doit
surveiller son taux de Li.
Les sels de carbonate sont préférés car moins d’irritations au niveau de
l’estomac.
Le traitement doit être surveillé++ →surveiller la lithiémie car le lithium est un
métal toxique (à savoir ++) dans le sang. La concentration en ion doit être surveillée 12h après l’administration. La concentration en Li doit être comprise
entre 0,4 et 1 mmol/L.
Index thérapeutique : La Fenêtre très étroite, si supérieur à 2 mM → cela
devient dangereux et administré un traitement en urgence → contrôle de la
concentration de Li 12h après !! Sinon : tremblement, convulsions, problèmes
rénaux…
Transport : l’ion n’est pas soluble dans les lipides donc ne traverse pas les
membranes plasmiques. L’échange se fait via des mécanismes de transporteurs
de Na.
Mode d’action : non connu à ce jour, mais on pense qui agit par déplacement
d’ion Mg2+
. Les patients qui ont ce type de traitement ont une altération de la
balance Mg2+ dans le sang et les urines. Les propriétés de Li2+ et de Mg2+ sont
similaires (relation diagonale dans le tableau périodique) taille, charges pas très
différentes, donc ces deux ions vont pouvoir se mettre à des endroits assez
similaires.
Cibles pharmaco : Pas connues à ce jour…
⇒ NaOCl, NaHCO3
, KMnO4
: antiseptique local (Dakin®) libère oxygène
actif
⇒ NaHCO3 + alginate : Reflux gastro-oesophagien (Gaviscon®)
→ Remarque : HCO3
- = bicarbonate, neutralise les acides c’est le bicarbonate
qui donne les propriétés anti reflux, le pH de l’estomac est acide avec l’acide
chlorhydrique.
L’anion bicarbonate (ou hydrogénocarbonate → formule à connaître) est basique
et donne de l’eau et du CO2
. L’autre propriété est qu’il est amphotère : en milieu
basique il réagit en temps qu’acide et vice versa.
⇒ Homéopathie : Natrum Nitricium (anion nitate NO3
-
), Natrum sulfuricium
(Na2SO4
) …
Les sels de Na et K sont facilement solubles (précipitation impossible)
dans l’eau (même avec des anions pas solubles), beaucoup de PA
organiques sont donc administrés sous forme salifiée.
Par exemple faire un sel à partir d’un acide carboxylique ⇒ sel de carboxylate
R-CO2H→ R-CO2
-Na
Les anions carbonates permettent de faire précipiter, ils changent les propriétés
de solubilisation.
Le baryum est très peu soluble. Les sels peuvent changer les propriétés de
solubilisation et de biodisponibilités.
⇒ Les Molécules non organiques sont peu utilisées dans les médicaments
(sub minérale utilisé rare en thérapeutique).
Identification (pharmacopée) à savoir +++ car peut tomber à l’examen.
La pharmacopée, ouvrage rédigé par des pharmaciens pour des pharmaciens, donne des
identifications de ces ions (formules à connaître).
l’identification par précipitation est souvent additionnée avec d’autres
identifications pour confirmer comme l’infra-rouge.
* Sodium :
Antimoniate de potassium (réactif utilisé)
Na+
K[Sb(OH)6
] → Na [Sb(OH)6
] : précipité blanc (non soluble donc. )
Echange de cations K+ et Na+.
* Potassium : Acide tartrique (diacide)
K+
HOOC-CHOH-CHOH-COOH → HOOC-CHOH-CHOH-COOK
= Précipité blanc
Couramment utilisé, anion organique donc aide à solubiliser. Le choix du sel
est indispensable pour la solubilité (assimilable de suite ou dans le temps…)
● Lithium (très toxique++++++++ à savoir): Ferriperiodate de potassium Li+
Li+
K2
[FeIO6
] → LiK[FeIO6] : précipité jaune
