Щелочные металлы (1-я группа)

Один внешний электрон

У каждого щелочного металла на внешнем уровне один электрон на s-орбитали, поэтому его конфигурация заканчивается на ns¹: у лития [He] 2s¹, у натрия [Ne] 3s¹. Потеря этого электрона оставляет устойчивую конфигурацию предыдущего благородного газа, поэтому щелочные металлы легко образуют ионы 1+, такие как Li⁺, Na⁺ и K⁺. В природе они не встречаются в свободном виде, а в лаборатории их хранят под слоем масла.

Физические свойства

Щелочные металлы настолько мягкие, что их можно резать ножом, а свежая серебристая поверхность тускнеет на воздухе за секунды. Литий, натрий и калий менее плотны, чем вода, а температуры плавления для металлов низкие: от около 180 °C у лития до 28 °C у цезия. Их соединения окрашивают пламя: в карминово-красный у лития, жёлто-оранжевый у натрия и сиреневый у калия.

Реакции с водой и другими элементами

Все щелочные металлы реагируют с водой, образуя гидроксид и газообразный водород: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Раствор гидроксида сильно щелочной, отсюда название семейства. Литий равномерно шипит, натрий плавится в шарик и носится по поверхности, калий вспыхивает сиреневым пламенем, а рубидий и цезий реагируют со взрывом.

Они также непосредственно соединяются с неметаллами, образуя белые ионные соли с хлором (2Na + Cl₂ → 2NaCl) и оксиды на воздухе, например 4Li + O₂ → 2Li₂O.

Закономерности вниз по группе

С каждым шагом вниз по группе добавляется электронная оболочка, поэтому внешний электрон находится дальше от ядра, лучше экранирован и легче теряется. Поэтому реакционная способность растёт от лития к цезию. Атомный радиус увеличивается, а первая энергия ионизации и температуры плавления и кипения уменьшаются. Плотность в целом растёт, хотя калий менее плотен, чем натрий. Франций трудно изучать: период полураспада его самого долгоживущего изотопа составляет всего 22 минуты.

Применение щелочных металлов

Литий питает литий-ионные аккумуляторы в телефонах и электромобилях, а карбонат лития — лекарство от биполярного расстройства. Натрий содержится в поваренной соли (NaCl), пищевой соде (NaHCO₃) и гидроксиде натрия, используемом в производстве мыла. Калий — необходимое питательное вещество и важный компонент удобрений, а цезиевые атомные часы определяют секунду.