Alkalimetallien atomiluvun ja kemiallisen reaktiivisuuden suhde

Alkalimetallit ovat pehmeitä ja erittäin reaktiivisia metalleja, joista jokaisen ulommassa kuoressa on vain yksi elektroni. Listattu alkuaineiden jaksollisessa taulukossa ryhmänä 1. Lisääntyvässä atomimäärässä ne ovat litium, natrium, kalium, rubidium, cesium ja frangi. Kaikki heidän alapuolella olevat elektronikuoret ovat täysin täytettyjä. Näiden metallien kemiallinen reaktiivisuus kasvaa tasaisesti atomiluvun kasvaessa.

Kolme alkalimetallien reaktiivisuuteen vaikuttavaa tekijää ovat positiivisen varauksen määrä ytimessä, etäisyys uloimimpaan elektroniin ja muiden elektronien suojaus ytimen ja ulomman välillä elektroni. Ytimen positiivinen varaus on yhtä suuri kuin atomiluku, joten litium on 3, natrium on 11, kalium on 19, rubidium on 37, cesium on 55 ja francium on 87. Tämä kasvava positiivinen varaus vaikeuttaa syrjäisimmän negatiivisen elektronin lähtöä. Jos se olisi ainoa tekijä, alkalimetallien reaktiivisuus vähenisi atomiluvun kasvaessa.

Suojauksen ominaisuus estää suurimman osan ytimen positiivisesta varauksesta pääsemästä uloimimpaan elektroniin. Sen alapuolella olevat negatiiviset elektronit vähentävät uloimman elektronin "tuntemaa" tehollista positiivista varausta. Suojaus riippuu osittain niiden orbitaalien geometriasta, joissa elektronit ovat. Tämä auttaa määrittämään reaktiivisuuden, mutta alkalimetalleille kolmas tekijä vaikuttaa reaktiivisuuteen eniten.

Etäisyys ytimestä on ylivoimainen tekijä alkuaineen reaktiivisuudessa, koska vetovoima positiivisten ja negatiivisten varausten välinen pienenee niiden välisen etäisyyden neliön mukaan kasvaa. Jos elektronin etäisyys kaksinkertaistuu ytimestä, sähköstaattinen voima jaetaan neljällä. Tämän seurauksena etäisyys ytimestä määrää usein kemiallisen reaktiivisuuden. Mitä pienempi etäisyys, sitä reaktiivisempi elektroneja rakastava elementti on. Pienempi etäisyys on kuitenkin vähemmän reaktiivinen alkalimetalli.

Näiden kolmen tekijän perusteella frangi on reaktiivisinta, jota seuraa rubidium, cesium, kalium ja natrium siinä järjestyksessä. Lopuksi litium on vähiten reaktiivinen alkalimetalleista. Koska ytimen ja uloimman elektronin välinen etäisyys on lähinnä tämä lisääntyvä reaktiivisuus lisääntyneellä etäisyydellä ytimen ja uloimman elektronin välillä mielessä. Koska atomien säteet ovat litium 167 pm (pikometrit), natrium 190 pm, kalium 243 pm, rubidium 265 pm, cesium 298 pm ja frangi on vielä suurempi.