Relation entre le numéro atomique et la réactivité chimique des métaux alcalins

Les métaux alcalins sont des métaux mous et extrêmement réactifs, dont chacun n'a qu'un seul électron dans sa couche la plus externe. Inscrit dans le tableau périodique des éléments en tant que groupe 1. Par ordre de numéro atomique croissant, ce sont le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium. Toutes leurs couches d'électrons inférieures sont complètement remplies. La réactivité chimique de ces métaux augmente régulièrement avec l'augmentation du nombre atomique.

Trois facteurs contribuant à la réactivité des métaux alcalins sont la quantité de charge positive dans le noyau, la distance à l'électron le plus externe et le blindage par les autres électrons entre le noyau et l'extérieur électron. La charge positive du noyau est égale au numéro atomique, donc le lithium est 3, le sodium est 11, le potassium est 19, le rubidium est 37, le césium est 55 et le francium est 87. Cette charge positive croissante rend plus difficile la sortie de l'électron négatif le plus externe. Si c'était le seul facteur, la réactivité des métaux alcalins diminuerait avec l'augmentation du nombre atomique.

Une grande partie de la charge positive du noyau est empêchée d'atteindre l'électron le plus externe par la caractéristique du blindage. Les électrons négatifs en dessous diminuent la charge positive effective que l'électron le plus externe « ressent ». Le blindage dépend en partie de la géométrie des orbitales dans lesquelles les électrons sont maintenus. Cela aide à déterminer la réactivité, mais pour les métaux alcalins, le troisième facteur affecte le plus la réactivité.

La distance du noyau est le facteur prépondérant dans la réactivité élémentaire parce que l'attraction entre les charges positives et négatives diminue comme le carré de la distance entre elles augmente. Si un électron voit sa distance du noyau doubler, la force électrostatique est divisée par quatre. En conséquence, la distance du noyau détermine souvent la réactivité chimique. Plus la distance est petite, plus un élément aimant les électrons est réactif. Cependant, plus la distance est petite, moins un métal alcalin est réactif.

Sur la base de ces trois facteurs, le francium est le plus réactif, suivi du rubidium, du césium, du potassium et du sodium, dans cet ordre. Enfin, le lithium est le moins réactif des métaux alcalins. Étant donné que la distance entre le noyau et l'électron le plus externe est essentiellement le rayon du atome, cette réactivité croissante avec une distance accrue entre le noyau et l'électron le plus externe rend sens. Comme les rayons des atomes sont le lithium 167 pm (picomètres), le sodium 190 pm, le potassium 243 pm, le rubidium 265 pm, le césium 298 pm et le francium est encore plus grand.