QUÍMICA · GRUPO 1
Litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio: seis metales con un electrón externo. Aprende a distinguir el metal, sus iones y sus sales con 30 compuestos, ocho casos resueltos y diez ejercicios.
Los metales alcalinos son litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio. Ocupan el grupo 1 de la tabla periódica, antes llamado IA. El hidrógeno aparece en esa columna, pero es un no metal y no se incluye en esta familia.
Su configuración externa característica es ns¹: un electrón en el nivel más externo. En sus compuestos habituales forman iones M⁺ y tienen número de oxidación +1. El metal sin combinar tiene número de oxidación 0.
Por ejemplo, Na es sodio metálico, Na⁺ es un ion y NaCl es un compuesto. La palabra «alcalino» también describe disoluciones básicas, pero una disolución básica no es un elemento químico.
ELEMENTO 1
Li · Z = 3 · [He] 2s¹
El litio es el metal de menor densidad: aproximadamente 0,534 g/cm³ a temperatura ambiente. Su átomo tiene un electrón externo y su ion habitual es Li⁺. En LiCl está combinado con cloruro; una sal de litio no tiene las propiedades del metal.
Hay pilas primarias que emplean litio metálico y baterías recargables de ion litio que transportan Li⁺ entre materiales. «Batería de litio» no significa que todas tengan el mismo interior.
ELEMENTO 2
Na · Z = 11 · [Ne] 3s¹
Na es un metal; Na⁺ es el catión presente en NaCl. La sal de mesa contiene sodio combinado, no fragmentos de sodio metálico. Esa diferencia explica por qué el comportamiento del metal con agua no se puede atribuir a una sal disuelta.
En NaCl, (+1) + (−1) = 0. El símbolo Na identifica 11 protones; Na⁺ tiene 10 electrones.
ELEMENTO 3
K · Z = 19 · [Ar] 4s¹
El potasio forma K⁺ en sales como KCl y KNO₃. Sus compuestos se usan en fertilizantes. La sigla NPK reúne nitrógeno, fósforo y potasio: son tres elementos diferentes, no nitrógeno y potasio repetido.
KNO₃ contiene K⁺ y NO₃⁻; que una sustancia contenga potasio no la convierte en potasio metálico.
ELEMENTO 4
Rb · Z = 37 · [Kr] 5s¹
El rubidio es un metal blando y muy reactivo. En sales como RbCl o Rb₂CO₃ presenta el estado de oxidación +1. Se utiliza principalmente en aplicaciones especializadas e investigación, por ejemplo en dispositivos atómicos y fotoeléctricos.
Rb₂ no es la fórmula de un óxido: no incluye oxígeno. Hay que distinguir Rb₂O, Rb₂O₂ y RbO₂ según la especie de oxígeno.
ELEMENTO 5
Cs · Z = 55 · [Xe] 6s¹
El cesio funde cerca de 28,5 °C: es sólido a 20 °C y puede ser líquido a 30 °C a presión atmosférica. CsCl y CsOH contienen Cs⁺. El cesio también es conocido por su aplicación en relojes atómicos.
Es muy reactivo con agua. Cs tiene 55 protones; el francio tiene 87, de modo que el cesio no es el elemento de mayor número atómico de esta familia.
ELEMENTO 6
Fr · Z = 87 · [Rn] 7s¹
Todos los isótopos del francio son radiactivos. Fr-223 tiene una semivida de unos 22 minutos y se transforma principalmente en Ra-223 por beta menos. Existe en trazas naturales y se estudia en cantidades diminutas.
[223] es un número másico, no una masa atómica estándar. Las propiedades macroscópicas estimadas no se presentan como si procedieran de una muestra habitual; la radiactividad no elimina su pertenencia al grupo 1.
Los treinta compuestos se agrupan por su anión. Todos contienen un catión alcalino de carga +1: basta uno para compensar un anión −1 y hacen falta dos para uno −2. Son fórmulas de composición anhidra; los hidratos indicarían además agua de cristalización.
| Compuesto | Fórmula | Proporción de iones |
|---|---|---|
| 1. Cloruro de litio | LiCl | Li⁺ : Cl⁻ = 1:1 |
| 2. Cloruro de sodio | NaCl | Na⁺ : Cl⁻ = 1:1 |
| 3. Cloruro de potasio | KCl | K⁺ : Cl⁻ = 1:1 |
| 4. Cloruro de rubidio | RbCl | Rb⁺ : Cl⁻ = 1:1 |
| 5. Cloruro de cesio | CsCl | Cs⁺ : Cl⁻ = 1:1 |
| Compuesto | Fórmula | Proporción de iones |
|---|---|---|
| 6. Bromuro de litio | LiBr | Li⁺ : Br⁻ = 1:1 |
| 7. Bromuro de sodio | NaBr | Na⁺ : Br⁻ = 1:1 |
| 8. Bromuro de potasio | KBr | K⁺ : Br⁻ = 1:1 |
| 9. Bromuro de rubidio | RbBr | Rb⁺ : Br⁻ = 1:1 |
| 10. Bromuro de cesio | CsBr | Cs⁺ : Br⁻ = 1:1 |
| Compuesto | Fórmula | Proporción de iones |
|---|---|---|
| 11. Yoduro de litio | LiI | Li⁺ : I⁻ = 1:1 |
| 12. Yoduro de sodio | NaI | Na⁺ : I⁻ = 1:1 |
| 13. Yoduro de potasio | KI | K⁺ : I⁻ = 1:1 |
| 14. Yoduro de rubidio | RbI | Rb⁺ : I⁻ = 1:1 |
| 15. Yoduro de cesio | CsI | Cs⁺ : I⁻ = 1:1 |
| Compuesto | Fórmula | Proporción de iones |
|---|---|---|
| 16. Hidróxido de litio | LiOH | Li⁺ : OH⁻ = 1:1 |
| 17. Hidróxido de sodio | NaOH | Na⁺ : OH⁻ = 1:1 |
| 18. Hidróxido de potasio | KOH | K⁺ : OH⁻ = 1:1 |
| 19. Hidróxido de rubidio | RbOH | Rb⁺ : OH⁻ = 1:1 |
| 20. Hidróxido de cesio | CsOH | Cs⁺ : OH⁻ = 1:1 |
| Compuesto | Fórmula | Proporción de iones |
|---|---|---|
| 21. Carbonato de litio | Li₂CO₃ | Li⁺ : CO₃²⁻ = 2:1 |
| 22. Carbonato de sodio | Na₂CO₃ | Na⁺ : CO₃²⁻ = 2:1 |
| 23. Carbonato de potasio | K₂CO₃ | K⁺ : CO₃²⁻ = 2:1 |
| 24. Carbonato de rubidio | Rb₂CO₃ | Rb⁺ : CO₃²⁻ = 2:1 |
| 25. Carbonato de cesio | Cs₂CO₃ | Cs⁺ : CO₃²⁻ = 2:1 |
| Compuesto | Fórmula | Proporción de iones |
|---|---|---|
| 26. Nitrato de litio | LiNO₃ | Li⁺ : NO₃⁻ = 1:1 |
| 27. Nitrato de sodio | NaNO₃ | Na⁺ : NO₃⁻ = 1:1 |
| 28. Nitrato de potasio | KNO₃ | K⁺ : NO₃⁻ = 1:1 |
| 29. Nitrato de rubidio | RbNO₃ | Rb⁺ : NO₃⁻ = 1:1 |
| 30. Nitrato de cesio | CsNO₃ | Cs⁺ : NO₃⁻ = 1:1 |
La proporción iónica no informa por sí sola de la solubilidad, la peligrosidad ni el uso de una sustancia. NaCl y NaOH contienen Na⁺, pero tienen propiedades muy diferentes.
CASO RESUELTO 1
K₂CO₃: 2 K⁺ por cada CO₃²⁻
Dos cargas +1 compensan una carga −2: 2(+1) + (−2) = 0. Por eso el carbonato de potasio se escribe K₂CO₃ y no KCO₃. En KNO₃ basta un K⁺ porque NO₃⁻ tiene carga −1.
El subíndice 2 corresponde al potasio. La fórmula expresa la proporción de iones de una red cristalina.
CASO RESUELTO 2
2 Na(s) + 2 H₂O(l) → 2 NaOH(aq) + H₂(g)
Los productos son hidróxido de sodio e hidrógeno. A ambos lados hay 2 Na, 4 H y 2 O. La ecuación iónica es 2 Na(s) + 2 H₂O(l) → 2 Na⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) + H₂(g): la carga total sigue siendo cero.
La pauta también da los hidróxidos de Li, K, Rb y Cs. Es una representación química, no un experimento doméstico: la reacción desprende calor y puede ser violenta.
CASO RESUELTO 3
CO₂(g) + 2 KOH(aq) → K₂CO₃(aq) + H₂O(l)
Con hidróxido suficiente, el dióxido de carbono se transforma en carbonato. La suma de átomos se conserva: 1 C, 2 K, 4 O y 2 H. Con otras proporciones puede formarse bicarbonato, KHCO₃.
De forma análoga, SO₂ + 2 KOH → K₂SO₃ + H₂O representa la formación de sulfito. El producto depende de proporciones y condiciones; no se debe prometer una purificación universal del aire.
CASO RESUELTO 4
Rb₂O · Rb₂O₂ · RbO₂
En Rb₂O, el anión es O²⁻; en Rb₂O₂ es O₂²⁻; en RbO₂ es O₂⁻. Los tres contienen Rb⁺, pero no la misma especie de oxígeno. El rubidio favorece la formación de superóxido al reaccionar con oxígeno en exceso.
El color de una llama corresponde a emisión de luz de especies excitadas y no demuestra que se haya formado un óxido concreto.
CASO RESUELTO 5
K⁺(aq), Na⁺(aq), Cl⁻(aq) y NO₃⁻(aq)
Si se mezclan disoluciones suficientemente diluidas de KCl y NaNO₃ y todas las sales permanecen disueltas, solo quedan esos cuatro iones. Intercambiar sus parejas en una ecuación escrita no demuestra una reacción: no hay ecuación iónica neta.
Si cambia la temperatura o la concentración, puede cristalizar una sal. Ese proceso exige alcanzar la saturación y conocer las solubilidades; no ocurre necesariamente al mezclar dos disoluciones.
CASO RESUELTO 6
2 NaNO₃(l) → 2 NaNO₂(l) + O₂(g)
La descomposición térmica del nitrato de sodio puede producir nitrito y oxígeno. Se indican fases fundidas en el intervalo caliente considerado, no sólidos por defecto. El balance es 2 Na, 2 N y 6 O a ambos lados.
KNO₃ también puede dar nitrito y oxígeno. No se generaliza a LiNO₃: su descomposición suele dar óxido, dióxido de nitrógeno y oxígeno. Se trata de identificar productos, no de preparar gases.
CASO RESUELTO 7
Albita: NaAlSi₃O₈ · Ortoclasa: KAlSi₃O₈
Estas fórmulas describen dos feldespatos: uno contiene sodio y el otro potasio. Ambos incluyen aluminio, silicio y oxígeno. No son metales puros ni simples mezclas de NaCl y KCl.
Los silicatos forman estructuras variadas. SiO₄⁴⁻ describe un tetraedro aislado en los ortosilicatos; no es un ion separado que aparezca sin cambios en todos los minerales silicatados.
CASO RESUELTO 8
Na₂CO₃: Na = +1, C = +4, O = −2
En el compuesto neutro, 2(+1) + (+4) + 3(−2) = 0. El ion carbonato completo tiene carga −2, aunque el carbono tenga número de oxidación +4. Son dos cuentas distintas.
El sodio metálico tiene número de oxidación 0. La pauta +1 corresponde a sus compuestos habituales; no al metal sin combinar.
Los hidróxidos aumentan la concentración de OH⁻ en agua. A 25 °C, una disolución básica tiene pH superior a 7; el pH neutro depende de la temperatura. Tener sodio o potasio no vuelve básica cualquier sal: hay que considerar también el anión. Periodicidad · Reacciones e iones.
Valores de referencia redondeados de la Royal Society of Chemistry. Aᵣ es la masa atómica relativa y no lleva unidad; la densidad se refiere a temperatura ambiente y los cambios de estado a presión aproximadamente atmosférica. Li, Na, K, Rb y Cs son sólidos a 20 °C.
En pantallas pequeñas, desliza la tabla para ver todas las columnas.
| Metal | Aᵣ | Densidad (g/cm³) | Fusión (°C) | Ebullición (°C) |
|---|---|---|---|---|
| Li | 6,94 | 0,534 | 180,50 | 1342 |
| Na | 22,990 | 0,97 | 97,794 | 882,940 |
| K | 39,098 | 0,89 | 63,5 | 759 |
| Rb | 85,468 | 1,53 | 39,30 | 688 |
| Cs | 132,905 | 1,873 | 28,5 | 671 |
La masa molar se expresa en g/mol: por ejemplo, M(Na) ≈ 22,990 g/mol. No es lo mismo decir «masa atómica relativa 22,990» que «un átomo pesa 22,990 gramos».
En el francio, [223] señala un número másico. No se incluye una densidad como dato medido y no se emplean sus temperaturas estimadas de fusión o ebullición en ejercicios. Fr-223 tiene semivida de 22 minutos; su vía principal es beta menos hacia Ra-223 y tiene una rama alfa muy minoritaria hacia At-219. No produce simultáneamente tres elementos ni se puede afirmar que todos sus descendientes tengan «menor radiactividad».
El cloruro de sodio, NaCl, es el componente principal de la sal de mesa. Na⁺ y K⁺ participan en el equilibrio de líquidos y en funciones celulares; se trata de iones, no de metales dentro del organismo. No se propone beber agua con sal como tratamiento: una solución de rehidratación oral es una formulación específica de glucosa y electrolitos. Sodio · Potasio · OMS: sales de rehidratación.
El carbonato de sodio, Na₂CO₃, interviene en la fabricación de vidrio, detergentes y tratamiento de aguas. Otros usos, como los alimentarios o farmacéuticos, requieren productos de la pureza y especificación correspondientes; una sustancia industrial no se convierte en ingrediente doméstico por tener la misma fórmula.
NaOH y KOH son bases fuertes y solubles en agua. Se utilizan en procesos como la fabricación de jabones y la neutralización de sustancias ácidas. KOH puede retener CO₂ o SO₂ mediante reacciones químicas: los productos dependen de las proporciones y del medio, como muestra el caso resuelto. Son sustancias corrosivas, diferentes de NaCl y KCl.
La albita, NaAlSi₃O₈, y la ortoclasa, KAlSi₃O₈, muestran cómo aparecen Na y K en silicatos. También forman sales con sulfato, SO₄²⁻, como Na₂SO₄, y carbonato, CO₃²⁻, como K₂CO₃. No todos los silicatos contienen aniones SiO₄⁴⁻ aislados.
NaNO₃ y KNO₃ son nitratos; se distinguen de los nitritos NaNO₂ y KNO₂ por su anión. Los depósitos naturales de nitratos de Chile son un ejemplo geológico importante. Los compuestos de potasio se emplean en fertilización: aportan el K del conjunto NPK, junto con fuentes de nitrógeno y fósforo. Compuestos de potasio · Nitratos.
La solubilidad del KNO₃ cambia considerablemente con la temperatura. En una mezcla concentrada de sales, la cristalización fraccionada puede separar componentes aprovechando esas diferencias. No basta escribir KCl + NaNO₃ → KNO₃ + NaCl con todos los compuestos acuosos: mientras estén disueltos son los mismos iones y no hay reacción neta. Para prever qué cristaliza hacen falta composición, temperatura y datos de solubilidad de la mezcla. Solubilidad.
El nitrato de potasio también intervino como oxidante en la pólvora, una mezcla histórica con carbón y azufre. Una combustión rápida libera calor y gases; sus productos reales forman una mezcla y no se describen siempre con una sola ecuación. Este ejemplo ilustra la función de un oxidante, sin presentar formulaciones ni procedimientos de preparación. Compuestos del oxígeno.
Un producto o un mineral puede contener un metal alcalino combinado sin parecerse al metal puro.
1. ¿Es el hidrógeno un metal alcalino?
No. Está situado en el grupo 1 y tiene un electrón, pero es un no metal y no pertenece a la familia de los seis metales alcalinos.
2. ¿Cuántos electrones tiene Na⁺?
10: el átomo neutro tiene 11 y pierde uno. Mantiene 11 protones, por lo que sigue siendo sodio.
3. Formula una sal de Rb⁺ y CO₃²⁻.
Rb₂CO₃. Dos Rb⁺ compensan la carga −2 de un carbonato.
4. ¿Qué gas falta en «metal alcalino + agua → hidróxido»?
Hidrógeno, H₂. Para sodio: 2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂.
5. ¿Cuántos moles de H₂ corresponden a 0,10 mol de Na en esa ecuación?
0,050 mol de H₂ si el agua está en exceso y todo el Na reacciona: 0,10 × 1/2 = 0,050. Es una relación estequiométrica, no una indicación experimental.
6. ¿Qué diferencia hay entre Rb₂O y RbO₂?
Rb₂O es un óxido con O²⁻; RbO₂ es un superóxido con O₂⁻. En ambos, Rb tiene estado de oxidación +1.
7. ¿Qué ocurre al mezclar KCl y NaNO₃ diluidos si no precipita ninguna sal?
Permanecen K⁺, Cl⁻, Na⁺ y NO₃⁻ en disolución. No hay reacción iónica neta.
8. ¿Cuál de Li, Na, K, Rb y Cs puede ser líquido a 30 °C y 1 atm?
Cs, cuyo punto de fusión es aproximadamente 28,5 °C. Los otros cuatro funden a temperaturas superiores a 30 °C.
9. Calcula la masa de 2,00 cm³ de litio usando ρ = 0,534 g/cm³.
m = ρV = 0,534 × 2,00 = 1,068 g, que se redondea a 1,07 g con tres cifras significativas.
10. ¿Cuánto tarda Fr-223 en quedar al 25 % de sus núcleos iniciales?
Aproximadamente 44 minutos: 100 % → 50 % → 25 % son dos semividas de 22 minutos. Se supone que no se añade ni se produce nuevo Fr-223.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Explicaciones y ejercicios: Editorial Ejemplode. Propiedades físicas: RSC; semivida y ramas de Fr-223: NUBASE2020.