Τα αλκάλια ⚛️

Οι λέξεις σόδα και ποτάσα, νάτριο και κάλιο χρησιμοποιούνται συχνά στην καθημερινή μας ζωή. Όλες αυτές οι λέξεις σχετίζονται με τις στάχτες των φυτών: η αραβική λέξη για τις στάχτες των φυτών είναι al qali, ενώ η επίσης αραβική λέξη qalaj σημαίνει καμένος, αποτεφρωμένος. Από τις λέξεις αυτές προέρχεται τόσο η λέξη αλκάλια όσο και η λέξη κάλιο, το όνομα ενός από τα χημικά στοιχεία που ανήκουν στα αλκάλια.

2.1 Γενικά

Αλκάλια ονομάζονται τα στοιχεία της 1ης ομάδας του περιοδικού πίνακα πλην του υδρογόνου. Τα στοιχεία της ομάδας των αλκαλίων είναι το λίθιο (Li), το νάτριο (Na), το κάλιο (K), το ρουβίδιο (Rb), το καίσιο (Cs) και το φράγκιο (Fr), το οποίο είναι ασταθές τεχνητό στοιχείο και δεν το συναντάμε στη φύση.

Όλα τα στοιχεία της ομάδας των αλκαλίων ανήκουν στα μέταλλα και είναι πολύ δραστικά χημικά στοιχεία, γι' αυτό δε συναντώνται ελεύθερα στη φύση, αλλά βρίσκονται μόνο σε χημικές ενώσεις.

2.2 Ιδιότητες των αλκαλίων

Οι ιδιότητες των αλκαλίων μπορούν να διαπιστωθούν πειραματικά με τη βοήθεια του νατρίου. Κόβοντας ένα μικρό κομμάτι νατρίου (μέγεθος φακής) από δοχείο όπου φυλάσσεται σε πετρέλαιο και ρίχνοντάς το σε νερό με λίγες σταγόνες φαινολοφθαλεΐνης, παρατηρούμε τα εξής:

• Το νάτριο είναι μαλακό και μπορεί να κοπεί εύκολα με μαχαίρι.
• Έχει αργυρόλευκη μεταλλική λάμψη στην πρόσφατη τομή του.
• Έχει μικρή πυκνότητα, είναι ελαφρύτερο από το νερό.
• Αντιδρά με το νερό, οπότε σχηματίζονται κατιόντα νατρίου, ανιόντα υδροξειδίου (OH⁻) και εκλύεται υδρογόνο, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:

Το διάλυμα που περιέχει σταγόνες φαινολοφθαλεΐνης αποκτά ερυθροϊώδες χρώμα, γιατί παράγονται ανιόντα OH⁻. Ανάλογες με τις ιδιότητες του νατρίου είναι και οι ιδιότητες των υπόλοιπων αλκαλίων.

Έτσι, τα αλκάλια:

• Είναι μαλακά και μπορούν εύκολα να κοπούν με το μαχαίρι.
• Έχουν γενικά μικρή πυκνότητα. Το λίθιο, το νάτριο και το κάλιο είναι ελαφρύτερα από το νερό.
• Έχουν χαμηλά σημεία τήξης, γι' αυτό χαρακτηρίζονται εύτηκτα μέταλλα.
• Οξειδώνονται εύκολα από το οξυγόνο του αέρα, γι' αυτό φυλάσσονται σε δοχεία με πετρέλαιο.

Το λίθιο αντιδρά ήπια με το νερό, το νάτριο πιο δραστικά, ενώ η αντίδραση του καλίου με το νερό είναι βίαιη. Κατά την αντίδρασή τους με το νερό σχηματίζονται κατιόντα αλκαλίου, ανιόντα υδροξειδίου (OH⁻) και εκλύεται υδρογόνο. Το διάλυμα που περιέχει σταγόνες φαινολοφθαλεΐνης αποκτά ερυθροϊώδες χρώμα, γιατί παράγονται ανιόντα OH⁻, τα οποία καθιστούν το διάλυμα βασικό.

Τα αλκάλια έχουν στην εξωτερική τους στιβάδα 1 ηλεκτρόνιο, το οποίο μπορεί εύκολα να αποσπαστεί από το άτομο. Έτσι προκύπτει ένα θετικά φορτισμένο ιόν με φορτίο +1:

Οι φυσικές ιδιότητες των αλκαλίων

Αν στον παραπάνω πίνακα παρατηρήσουμε τα σημεία τήξης, τα σημεία βρασμού και τις πυκνότητες, θα διαπιστώσουμε ότι, καθώς αυξάνεται ο ατομικός αριθμός, οι φυσικές ιδιότητες των στοιχείων μιας ομάδας παρουσιάζουν βαθμιαία μεταβολή.

2.3 Αλκάλια και ανθρώπινος οργανισμός

Κάθε κύτταρο περιβάλλεται από μια μεμβράνη η οποία ονομάζεται πλασματική μεμβράνη. Αυτή επιτρέπει την επικοινωνία του εσωτερικού του κυττάρου με τον εξωτερικό του χώρο, ελέγχοντας «τι μπαίνει» στο κύτταρο και «τι βγαίνει» από αυτό.

Ένα από τα συστατικά της πλασματικής μεμβράνης είναι μια ειδική πρωτεΐνη, η οποία παίζει τον ρόλο της «αντλίας» ιόντων νατρίου και καλίου. Η «αντλία» αυτή διασφαλίζει να γίνεται η ανταλλαγή των ιόντων με τέτοιο ρυθμό, ώστε η περιεκτικότητα σε ιόντα καλίου στο εσωτερικό του νευρικού κυττάρου να είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στον εξωτερικό χώρο και, αντιθέτως, η περιεκτικότητα σε ιόντα νατρίου να είναι πολύ μικρότερη.

Ο μηχανισμός με τον οποίο ένα νευρικό κύτταρο δέχεται και μεταδίδει ερεθίσματα στηρίζεται ακριβώς στη διαφορετική περιεκτικότητα ιόντων καλίου ανάμεσα στον εσωτερικό και στον εξωτερικό χώρο. Αν ο εσωτερικός και ο εξωτερικός χώρος ενός νευρικού κυττάρου έχουν την ίδια περιεκτικότητα σε ιόντα καλίου, τότε αυτό το κύτταρο δεν μπορεί ούτε να δεχτεί ούτε να μεταδώσει ερεθίσματα.