Bild med tillstånd av Getty Images
Alkalimetallerna – litium, natrium, kalium, rubidium, cesium och francium – är mjuka, mycket reaktiva metaller som var och en har en enda elektron i sin yttersta s-orbital. Även om de tillhör grupp 1 i det periodiska systemet, ökar deras kemiska reaktivitet stadigt när deras atomnummer stiger.
Tre inbördes relaterade faktorer styr hur lätt en alkalimetall donerar sin valenselektron:kärnans positiva laddning, inre elektroners skärmningseffekt och avståndet mellan den yttre elektronen från kärnan (dvs atomradien). Att förstå varje element hjälper till att förklara den observerade reaktivitetstrenden från litium till francium.
Kärnladdningen är lika med atomnumret, så den effektiva positiva dragningen på valenselektronen växer från litium (Z=3) till francium (Z=87). Om kärnladdningen var den enda avgörande faktorn skulle metaller med högre Z vara mindre reaktiva eftersom den starkare attraktionen skulle hålla den yttre elektronen hårdare bunden.
Inre elektroner skyddar delvis valenselektronen från kärnans fulla positiva laddning. Denna skärmning beror på orbitalgeometri och antalet kärnelektroner. Även om avskärmning minskar den effektiva kärnladdningen som den yttre elektronen känner, har den mindre inflytande för alkalimetaller än den radiella avståndsfaktorn.
Den dominerande faktorn är den rumsliga separationen mellan kärnan och den yttre elektronen. Elektrostatisk attraktion följer den omvända kvadratlagen; Därför, när radien fördubblas, sjunker attraktionen till en fjärdedel. Alkalimetaller uppvisar ökande atomradier:litium=167pm, natrium=190pm, kalium=243pm, rubidium=265pm, cesium=298pm, och francium är ännu större. Ju större radie, desto mindre tätt hålls valenselektronen, vilket gör metallen mer reaktiv.
Att kombinera dessa faktorer ger den tydliga reaktivitetssekvensen:francium> rubidium> cesium> kalium> natrium> litium. Trenden stämmer överens med de ökande atomradierna, vilket bekräftar att avståndet från kärnan styr alkalimetallreaktiviteten mer än kärnladdningen eller enbart avskärmning.
