Stoffe:	Lithium, Natrium, Phenolphthaleinlösung, Pril
Geräte:	lange Pinzette, Papierhandtücher, Messer, Petrischale, 3 Kabel, 2 Krokoklemmen und Graphitelektroden, Netzgerät (12V) und passende Glühbirne, große runde Schale Durchmesser ca.20cm, Höhe ca. 8cm, Rundfilterpapier, Natriumsieb, Reagenzglas (20x180mm), Brenner
	Alkalimetalle reagieren heftig mit Wasser unter Bildung leicht entzündlicher Gase. Es darf daher nur mit erbsengroßen Stücken gearbeitet werden. Schutzbrille tragen! Pinzette verwenden! Schutzscheibe aufstellen! Die Natriumbestände im Labor sind jährlich zu prüfen und zu erneuern. Der Autor empfiehlt, Experimente mit Kalium und Caesium an Schulen gar nicht mehr durchzuführen!

Didaktische Bemerkungen:
Die Experimente mit den Alkalimetallen - als Elementfamilie der I. Hauptgruppe im PSE - verdeutlichen in hohem Maße Verwandtschaften und Ordnungskriterien im PSE. Innerhalb der Familie treten ähnliche Stoffeigenschaften auf, die aber von Element zu Element variieren. Bei den Demonstrationen werden die Alkalimetalle miteinander verglichen und Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausgearbeitet.
 
 
Demonstration 1: Alkalimetalle in einer Flasche
 
Zunächst zeigt man die zwei in der Schule gebräuchlichen Alkalimetalle Lithium und Natrium in der Chemikalienflasche. Vom Kalium kann ergänzend dazu eine Folie gezeigt werden (siehe Bild unten). Es sollten frische Alkalimetallstücke - möglichst ohne Kruste - verwendet werden. Die Schüler sehen, dass die teilweise glänzenden Metalle in einer Flüssigkeit aufbewahrt werden und äußern Vermutungen über den Grund. Vorerst wird aber nicht verraten, um welche Flüssigkeit es sich handelt. Das Lithium schwimmt auf der Flüssigkeit, während Natrium (und Kalium) untergetaucht sind.
 

Lithium: Bild vergrößern	Natrium: Bild vergrößern	Kalium: Bild vergrößern

• In der Nähe des Freiburger Hauptbahnhofs geriet vor einigen Jahren ein Güterwaggon in Brand, der etwa eine halbe Tonne Natrium transportierte. Die Feuerwehr löschte unter Missachtung der Gefahrgutkennzeichnung mit Wasser, wobei eine schwere Explosion auftrat, die einen Feuerwehrmann tötete und eine Brücke beschädigte.
• Bei einem Schülerstreich entwendete ein Schüler eine Flasche mit Natrium aus dem Chemielabor und schüttete den Inhalt in eine Toilette. Das Natrium explodierte im Abflussrohr in Höhe des Kellers, wobei die Betonwand beschädigt wurde und große Wasserfontänen aus den Klosettschüsseln spritzten. Der Schüler wurde angezeigt.
• Ich selbst erlebte einen Unfall mit Natrium: Ein Kollege wollte im Schullabor zwei aufeinander liegende Keramikplatten reinigen und hielt beide unter das fließende Wasser. Zwischen den Platten befand sich noch ein kleines Stück Natrium, das mit lautem Knall explodierte. Dabei schoss ein Stichflamme zwischen den Platten hervor und zerfetzte dem Kollegen das Hemd in der Höhe des Bauchs, wobei er auch Verbrennungen erlitt.

Das Natrium explodierte in einer gewaltigen Explosion, wobei eine 20 Meter hohe Rauchwolke aufstieg. In dem Film hören Sie noch das Erstaunen der Putzfrau unserer Schule, die die Demonstration mit beobachtete. Verkrustetes Natrium und vor allem auch verkrustetes Kalium dürfen nicht aufbewahrt werden und sind sofort sachgemäß zu entsorgen.
 
 
Demonstration 3: Eigenschaften des Lithiums
 
a) Die Demonstrationen mit Lithium erfolgen in der Reihenfolge wie beim Natrium: Zuerst holt man mit der Pinzette ein Stück Lithium aus der Flasche und versucht es zu zerschneiden. Dabei wird verdeutlicht, dass wesentlich mehr Kraftaufwand notwendig ist. Der Glanz auf der Schnittfläche bleibt wesentlich länger erhalten.
 
b) Auch Lithium leitet den elektrischen Strom.
 
c) Ein erbsengroßes Stück Lithium wird in eine mit Wasser gefüllte Schale gegeben. Während der Reaktion ist deutlich eine Gasentwicklung sichtbar.
 

 

Video 2: Ein erbsengroßes Stück Kalium wird mit Pinzette und Messer sorgfältig entrindet und auf einem Papierhandtuch getrocknet. Das Stück wird in eine zur Hälfte mit Wasser gefüllte große Schale gegeben. Sofort fängt das Kalium Feuer und verbrennt in einer sehr lebhaften Reaktion mit violetter Flamme. Gelegentlich explodiert es zum Schluss.
 

 

Beim Öffnen der Ampullen würden die Metalle bereits an der Luft reagieren oder gar verbrennen. Die Ampullen enthalten als Füllung ein Schutzgas wie Stickstoff oder Argon. Aufgrund der Risiken sollte überlegt werden, ob man auf eine Anschaffung nicht ganz verzichtet und stattdessen Bilder oder Filme zeigt:
 

Caesium in Ampulle: Bild vergrößern	Rubidium in Ampulle: Bild vergrößern

Die Demonstration 2c wird wiederholt, allerdings unter einer anderen Zielstellung. Es ist unbedingt eine Schutzbrille und Gesichtsschutz zu tragen. Die Zuschauer werden durch eine Schutzscheibe geschützt! Gelegentlich neigt das Natrium zur Explosion. Bei dieser Explosion könnte die Schale zerstört werden. Es soll nur gerade soviel Natrium eingesetzt werden, dass das Reagenzglas durch das entstehende Gas mindestens zu zwei Dritteln mit Wasser gefüllt wird. Der Versuch darf nur von erfahrenen Experimentatoren durchgeführt werden. Die selten auftretende Explosion tritt vermutlich durch eine Selbstzündung des Wasserstoffs auf, sobald er mit verdampftem Paraffinöl vermischt wird. Daher ist das vollständige Entfernen des Öls besonders wichtig. Das im Laborbedarf erhältliche Natriumsieb ist für diese Demonstration vorgesehen.
 
Ein sorgfältig entrindetes und getrocknetes, und sehr kleines, kaum erbsengroßes Stück Natrium (Größe ca. 3x3mm) wird in ein Natriumsieb gelegt. Nach dem Befüllen der großen Schale mit Wasser gibt man ca. 10 Tropfen Phenolphthaleinlösung hinzu und rührt gut um. Zuvor kann gezeigt werden, dass die Reagenz mit Laugen eine Pinkfärbung zeigt.
 

Variationen:
Die Laugenbildung bei der Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser lässt sich auch schön zeigen, wenn man kleine Stücke von Natrium oder Lithium in eine auf einem Overheadprojektor stehende Schale mit Wasser wirft, die zuvor mit einem Indikator versetzt wurde.
 

Ergänzende Informationen:
Der Name der Alkalimetalle leitet sich vom arabischen Wort "al kali" ab, welches das in der Pflanzenasche enthaltene Kaliumcarbonat bezeichnet. Dieses bildet mit Wasser eine Lauge. Sir Humphry Davy stellte im Jahre 1807 erstmals das Element Kalium durch eine Schmelzflusselektrolyse aus Kaliumhydroxid dar. Letzteres gewann er aus Kaliumcarbonat.
 
Alle Elemente der Gruppe (Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium) reagieren heftig mit Wasser unter Wasserstoff- und Laugenbildung. Sie sind relativ weich und leiten den elektrischen Strom. Mit absteigender Reihenfolge im PSE nimmt die Reaktionsfähigkeit und die Dichte zu. Schmelzpunkt und Härte nehmen tendenziell ab. Lithium, Kalium und Natrium sind die Elemente mit der geringsten Dichte, Caesium und Rubidium die Elemente mit der geringsten Härte.
 
 

Bringt man eine Lithium- oder eine Natriumverbindung in eine Flamme, kommt es zu einer typischen Flammenfärbung (>Schülerübung). Die Lithium- oder Natriumatome senden dabei Licht von ganz bestimmter Wellenlänge aus.
 

Bild vergrößern	Bild vergrößern

Mit Hilfe eines Spektroskops lassen sich die Linienspektren erkennen. Auf diese Art und Weise entdeckten Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Robert Kirchhoff im Jahre 1861 bei spektralanalytischen Untersuchungen des Minerals Lepidolith anhand der bis dahin noch nicht bekannten Linienspektren die Elemente Rubidium und Caesium.
 

 

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