アルカリ金属(1族)

アルカリ金属は、周期表の1族にある6つの元素で、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムです。やわらかく光沢のある金属で、あらゆる金属の中で最も反応性が高い金属です。水素も1族の先頭に位置しますが、非金属であり、アルカリ金属ではありません。

1個の最外殻電子

どのアルカリ金属も、s軌道に1個の最外殻電子をもつため、電子配置はns¹で終わります。リチウムは[He] 2s¹、ナトリウムは[Ne] 3s¹です。その電子を失うと、1つ前の希ガスの安定な配置になるため、アルカリ金属はLi⁺、Na⁺、K⁺のような1価の陽イオンになりやすいです。自然界では単体で見つかることはなく、実験室では油の中に保存されます。

物理的性質

アルカリ金属はナイフで切れるほどやわらかく、新しく出た銀色の表面は、空気中で数秒のうちに変色します。リチウム、ナトリウム、カリウムは水より密度が小さく、融点は金属としては低く、リチウムの約180 °Cからセシウムの28 °Cまでです。その化合物は炎に色をつけ、リチウムは深紅、ナトリウムは黄橙色、カリウムは淡紫色になります。

水やほかの元素との反応

すべてのアルカリ金属は水と反応して、水酸化物と水素ガスを生じます:2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂。水酸化物の溶液は強いアルカリ性を示し、これがこの族の名前の由来です。リチウムは一定の勢いで泡を出し、ナトリウムは溶けて球になり、水面を走り回り、カリウムは淡紫色の炎を上げて燃え、ルビジウムとセシウムは爆発的に反応します。

非金属とも直接結合し、塩素とは白色のイオン性の塩(2Na + Cl₂ → 2NaCl)を、空気中では酸化物をつくります。たとえば、4Li + O₂ → 2Li₂Oです。

族の下方への傾向

族を1つ下がるごとに電子殻が1つ増えるため、最外殻電子は原子核から遠くなり、遮蔽もより大きくなって、失いやすくなります。そのため、反応性はリチウムからセシウムへと高くなります。原子半径は大きくなり、第一イオン化エネルギー、融点、沸点は低くなります。密度は一般に大きくなりますが、カリウムはナトリウムより密度が小さくなっています。フランシウムは研究が難しく、最も寿命の長い同位体の半減期は22分にすぎません。

アルカリ金属の用途

リチウムは、スマートフォンや電気自動車の充電式リチウムイオン電池の動力源で、炭酸リチウムは双極性障害の薬です。ナトリウムは、食卓塩(NaCl)、重曹(NaHCO₃)、せっけんづくりに使われる水酸化ナトリウムに含まれています。カリウムは必須栄養素であり、肥料の主要な成分でもあり、セシウム原子時計は秒を定義しています。

この族の元素

アルカリ金属
3 リチウム Li 6.94 [He] 2s1 +1 固体
11 ナトリウム Na 22.99 [Ne] 3s1 +1 固体
19 カリウム K 39.098 [Ar] 4s1 +1 固体
37 ルビジウム Rb 85.468 [Kr] 5s1 +1 固体
55 セシウム Cs 132.91 [Xe] 6s1 +1 固体
87 フランシウム Fr 223 [Rn] 7s1 +1 固体

全18族

その他の元素の族