Все щелочные металлы представляют собой блестящие, мягкие , высокореактивные металлы при стандартной температуре и давлении и легко теряют свой внешний электрон , образуя катионы с зарядом +1. Все они легко режутся ножом благодаря своей мягкости, обнажая блестящую поверхность, которая быстро тускнеет на воздухе из-за окисления атмосферной влагой и кислородом (а в случае лития азотом ). Из-за их высокой реакционной способности их необходимо хранить под маслом, чтобы предотвратить реакцию с воздухом, и в природе они встречаются только в солях.и никогда как свободные элементы. Цезий, пятый щелочной металл, является наиболее реакционноспособным из всех металлов. Все щелочные металлы реагируют с водой, причем более тяжелые щелочные металлы реагируют более энергично, чем более легкие.
Все открытые щелочные металлы встречаются в природе в виде их соединений: в порядке распространенности наиболее распространен натрий, за ним следуют калий, литий, рубидий, цезий и, наконец, франций, который очень редко встречается из-за его чрезвычайно высокой радиоактивности ; франций встречается в природе лишь в мельчайших следах как промежуточный этап в каких-то неясных боковых ответвлениях цепочек естественного распада . Были проведены эксперименты, чтобы попытаться синтезировать унуненниум (Uue), который, вероятно, станет следующим членом группы; ни один не увенчался успехом. Однако унунний не может быть щелочным металлом из-за релятивистских эффектов ., которые , по прогнозам , оказывают большое влияние на химические свойства сверхтяжелых элементов ; даже если он окажется щелочным металлом, предполагается, что он будет иметь некоторые отличия в физических и химических свойствах от своих более легких гомологов.
Большинство щелочных металлов имеют множество различных применений. Одним из самых известных применений чистых элементов является использование рубидия и цезия в атомных часах , основу которых составляют атомные часы из цезия . Распространенным применением соединений натрия является натриевая лампа , которая очень эффективно излучает свет. Поваренная соль , или хлорид натрия, использовалась с древних времен. Литий находит применение в качестве психиатрического лекарства и в качестве анода в литиевых батареях . Натрий, калий и литий являются важными элементами , играющими важную биологическую роль в качестве электролитов., и хотя другие щелочные металлы не являются незаменимыми, они также оказывают различное действие на организм, как полезное, так и вредное.
Соединения натрия известны с древних времен; соль ( хлорид натрия ) была важным товаром в человеческой деятельности, о чем свидетельствует английское слово оклад , относящееся к салариуму , деньгам, выплачиваемым римским солдатам за покупку соли. [5] [ нужен лучший источник ] Хотя поташ использовался с древних времен, на протяжении большей части его истории не понималось, что это вещество, принципиально отличное от минеральных солей натрия. Георг Эрнст Шталь получил экспериментальные доказательства, которые привели его к предположению о принципиальном различии солей натрия и калия в 1702 году [6] иАнри-Луи Дюамель дю Монсо смог доказать это различие в 1736 году. [7] Точный химический состав соединений калия и натрия, а также статус калия и натрия как химических элементов не были тогда известны, поэтому Антуан Лавуазье не включить любую щелочь в свой список химических элементов в 1789 году. [8] [9]
Петалит , литиевый минерал, из которого впервые был выделен литий.
Иоганн Вольфганг Доберейнер был одним из первых, кто заметил сходство между тем, что сейчас известно как щелочные металлы.
Лепидолит , минерал рубидия, из которого впервые был выделен рубидий.
Периодическая система Дмитрия Менделеева , предложенная в 1871 году, показывает водород и щелочные металлы как часть его группы I, наряду с медью, серебром и золотом.
Расчетное содержание химических элементов в Солнечной системе. Водород и гелий наиболее распространены после Большого Взрыва . Следующие три элемента (литий, бериллий и бор ) встречаются редко, потому что они плохо синтезировались во время Большого взрыва, а также в звездах. Двумя общими тенденциями для остальных элементов, произведенных звездами, являются: (1) чередование содержания элементов, поскольку они имеют четные или нечетные атомные номера, и (2) общее уменьшение содержания по мере того, как элементы становятся тяжелее. Железо особенно распространено, потому что оно представляет собой нуклид с минимальной энергией, который может быть получен при синтезе гелия в сверхновых. [44]
Сподумен , важный минерал лития
Калий бурно реагирует с водой при комнатной температуре.
Цезий взрывоопасно реагирует с водой даже при низких температурах.
Эффективный ядерный заряд на атомном электроне
Периодическая тенденция для энергии ионизации: каждый период начинается с минимума для щелочных металлов и заканчивается максимумом для благородных газов . Прогнозируемые значения используются для элементов, превышающих 104.
Изменение электроотрицательности Полинга (ось Y) при спуске по основным группам периодической таблицы от второго к шестому периоду .
Реакция 3 фунтов (≈ 1,4 кг) натрия с водой
Жидкий сплав NaK при комнатной температуре
Вид сбоку (слева) и сверху (справа) компаунда интеркаляции графита КС 8
Шарикостержневая модель элементарной ячейки из нитрида лития . [118] Исходя из размера можно было бы ожидать тетраэдрическую структуру, но это было бы геометрически невозможно: таким образом, нитрид лития приобретает эту уникальную кристаллическую структуру. [10] : 76
руб. 9О 2кластер, состоящий из двух правильных октаэдров , соединенных друг с другом одной гранью
Cs 11О 3кластер, состоящий из трех правильных октаэдров, где каждый октаэдр соединен с обоими другими одной гранью каждый. Все три октаэдра имеют одно общее ребро.
18-краун-6 , координирующий ион калия
Структура 2.2.2-криптанда , инкапсулирующего катион калия (фиолетовый). В кристаллическом состоянии, полученное с помощью рентгеновской дифракции. [136]
Структура октаэдрического гексамера н - бутиллития (C 4 H 9 Li) 6 . [138] Агрегаты удерживаются вместе делокализованными ковалентными связями между литием и концевым углеродом бутиловой цепи. [139] Ни в одном литийорганическом соединении нет прямой связи литий-литий. [123] : 264
Твердый фениллитий образует моноклинные кристаллы, которые можно описать как состоящие из димерных субъединиц Li 2 ( C 6 H 5 ) 2 . Атомы лития и ипсо - углероды фенильных колец образуют плоское четырехчленное кольцо. Плоскости фенильных групп перпендикулярны плоскости этого кольца Li 2 C 2 . Между этими димерами фениллития и π-электронами фенильных групп в соседних димерах возникает дополнительная прочная межмолекулярная связь, что приводит к образованию бесконечной лестничной полимерной структуры. [140]
Реакции восстановления с использованием натрия в жидком аммиаке
Эмпирический (Na–Cs, Mg–Ra) и предсказанный (Fr–Uhp, Ubn–Uhh) атомный радиус щелочных и щелочноземельных металлов с третьего по девятый период , измеренный в ангстремах [37] : 1730 [148]
Эмпирическое (Na–Fr) и предсказанное (Uue) сродство к электрону щелочных металлов с третьего по восьмой период , измеренное в электрон-вольтах [37] : 1730 [148]
Эмпирическая (Na–Fr, Mg–Ra) и расчетная (Uue–Uhp, Ubn–Uhh) энергия ионизации щелочных и щелочноземельных металлов с третьего по девятый период, измеренная в электрон-вольтах [37] : 1730 [148]
Подобно щелочным металлам, аммиак реагирует с соляной кислотой с образованием соли хлорида аммония .
Кусочки очень чистого таллия в стеклянной ампуле , хранящиеся в атмосфере аргона .
Медь
Серебряный
Золото
Солончаки богаты литием, например, в Салар-дель-Хомбре-Муэрто в Аргентине (слева) и Уюни в Боливии (справа). Рассол, богатый литием, концентрируется путем перекачивания его в солнечные пруды-испарители (видно на изображении Аргентины).
Этот образец уранинита содержит около 100 000 атомов (3,3 × 10−20 г) франция-223 в любой момент времени. [61]
FOCS 1, цезиевые атомные часы в Швейцарии
карбонат лития
Аппарат лучевой терапии колесного типа с длинным коллиматором для фокусировки излучения в узкий пучок. Радиоактивный источник хлорида цезия-137 показан синим квадратом, а гамма-лучи представлены лучом, выходящим из апертуры. Это был источник радиации, связанный с аварией в Гоянии, содержащий около 93 граммов хлорида цезия-137.