Zusammenhang zwischen der Ordnungszahl und der chemischen Reaktivität von Alkalimetallen

Die Alkalimetalle sind weiche und extrem reaktive Metalle, von denen jedes nur ein Elektron in seiner äußersten Schale hat. Im Periodensystem der Elemente als Gruppe 1 aufgeführt. In aufsteigender Ordnungszahl sind dies Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium. Alle ihre tiefer liegenden Elektronenschalen sind vollständig gefüllt. Die chemische Reaktivität dieser Metalle wird mit steigender Ordnungszahl stetig größer.

Drei Faktoren, die zur Reaktivität der Alkalimetalle beitragen, sind die positive Ladung im Kern, der Abstand zum äußersten Elektron und die Abschirmung durch die anderen Elektronen zwischen Kern und äußerem Elektron. Die positive Ladung des Kerns entspricht der Ordnungszahl, also ist Lithium 3, Natrium 11, Kalium 19, Rubidium 37, Cäsium 55 und Francium 87. Diese zunehmende positive Ladung erschwert den Austritt des äußersten negativen Elektrons. Wenn es der einzige Faktor wäre, würde die Alkalimetallreaktivität mit steigender Ordnungszahl abnehmen.

Ein Großteil der positiven Ladung des Kerns wird durch die Abschirmungseigenschaft daran gehindert, das äußerste Elektron zu erreichen. Die negativen Elektronen darunter verringern die effektive positive Ladung, die das äußerste Elektron "fühlt". Die Abschirmung hängt teilweise von der Geometrie der Orbitale ab, in denen die Elektronen gehalten werden. Dies hilft bei der Bestimmung der Reaktivität, aber bei den Alkalimetallen beeinflusst der dritte Faktor die Reaktivität am stärksten.

Die Entfernung vom Kern ist der überwältigende Faktor bei der elementaren Reaktivität, da die Anziehungskraft zwischen positiven und negativen Ladungen nimmt mit dem Quadrat des Abstands zwischen ihnen ab steigt. Verdoppelt sich der Abstand eines Elektrons vom Atomkern, wird die elektrostatische Kraft durch vier geteilt. Daher bestimmt oft die Entfernung vom Kern die chemische Reaktivität. Je kleiner der Abstand, desto reaktiver ist ein elektronenliebendes Element. Je kleiner der Abstand jedoch ist, desto weniger reaktiv ist ein Alkalimetall.

Basierend auf diesen drei Faktoren ist Francium am reaktivsten, gefolgt von Rubidium, Cäsium, Kalium und Natrium, in dieser Reihenfolge. Schließlich ist Lithium das am wenigsten reaktive der Alkalimetalle. Da der Abstand zwischen dem Kern und dem äußersten Elektron im Wesentlichen dem Radius des Atom, diese zunehmende Reaktivität mit zunehmendem Abstand zwischen Kern und äußerstem Elektron macht Sinn. Da die Radien der Atome Lithium 167 pm (Pikometer), Natrium 190 pm, Kalium 243 pm, Rubidium 265 pm, Cäsium 298 pm und Francium noch größer sind.