Métaux alcalins (groupe 1)

Un électron externe

Chaque métal alcalin a un seul électron externe dans une orbitale s ; sa configuration se termine donc par ns¹ : le lithium est [He] 2s¹ et le sodium [Ne] 3s¹. La perte de cet électron laisse la configuration stable du gaz noble précédent, de sorte que les métaux alcalins forment facilement des ions 1+ comme Li⁺, Na⁺ et K⁺. On ne les trouve jamais à l'état libre dans la nature, et on les conserve sous huile au laboratoire.

Propriétés physiques

Les métaux alcalins sont assez mous pour être coupés au couteau, et une surface fraîche et argentée se ternit en quelques secondes à l'air. Le lithium, le sodium et le potassium sont moins denses que l'eau, et les points de fusion sont bas pour des métaux, d'environ 180 °C pour le lithium jusqu'à 28 °C pour le césium. Leurs composés colorent les flammes : cramoisi pour le lithium, jaune-orangé pour le sodium et lilas pour le potassium.

Réactions avec l'eau et avec d'autres éléments

Tous les métaux alcalins réagissent avec l'eau pour former un hydroxyde et du dihydrogène gazeux : 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. La solution d'hydroxyde est fortement alcaline, ce qui donne son nom à la famille. Le lithium produit une effervescence régulière, le sodium fond en une boule qui file à la surface, le potassium s'enflamme d'une flamme lilas, et le rubidium et le césium réagissent de façon explosive.

Ils se combinent aussi directement avec les non-métaux, formant des sels ioniques blancs avec le chlore (2Na + Cl₂ → 2NaCl) et des oxydes à l'air, par exemple 4Li + O₂ → 2Li₂O.

Tendances le long du groupe

Chaque pas vers le bas du groupe ajoute une couche électronique ; l'électron externe est donc plus éloigné du noyau, mieux écranté et plus facile à perdre. La réactivité augmente donc du lithium au césium. Le rayon atomique augmente, tandis que la première énergie d'ionisation et les points de fusion et d'ébullition diminuent. La masse volumique augmente généralement, bien que le potassium soit moins dense que le sodium. Le francium est difficile à étudier : son isotope le plus durable a une demi-vie de 22 minutes seulement.

Usages des métaux alcalins

Le lithium alimente les batteries lithium-ion rechargeables des téléphones et des voitures électriques, et le carbonate de lithium est un médicament contre le trouble bipolaire. Le sodium se trouve dans le sel de table (NaCl), le bicarbonate de soude (NaHCO₃) et l'hydroxyde de sodium utilisé pour fabriquer le savon. Le potassium est un nutriment essentiel et un ingrédient majeur des engrais, et les horloges atomiques au césium définissent la seconde.