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
| 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 |