הקשר בין המספר האטומי לתגובתיות הכימית של מתכות אלקליות

המתכות האלקליות הן מתכות רכות ותגובות במיוחד, שלכל אחת מהן מעטה אלקטרונית אחת בקליפתה החיצונית ביותר. רשום בטבלה המחזורית של האלמנטים כקבוצה 1. לפי סדר הגדלת המספר האטומי, הם ליתיום, נתרן, אשלגן, רובידיום, צזיום ופרנציום. כל קליפות האלקטרונים הנמוכות יותר מלאות לחלוטין. התגובתיות הכימית של מתכות אלה הולכת וגוברת בהתמדה עם העלייה במספר האטומי.

שלושה גורמים התורמים לתגובתיות של המתכות האלקליות הם כמות המטען החיובי בגרעין, המרחק לאלקטרון החיצוני והמגן על ידי האלקטרונים האחרים בין הגרעין לחיצוני אֶלֶקטרוֹן. המטען החיובי של הגרעין שווה למספר האטומי, ולכן ליתיום הוא 3, נתרן הוא 11, אשלגן הוא 19, רובידיום הוא 37, צזיום הוא 55 ופרנציום הוא 87. המטען החיובי הגובר הזה מקשה על עזיבתו של האלקטרון השלילי החיצוני ביותר. אם זה היה הגורם היחיד, תגובתיות תגובתיות של מתכת אלקלית תפחת עם הגדלת המספר האטומי.

הרבה מהמטען החיובי של הגרעין נשמר מלהגיע לאלקטרון החיצוני על ידי המאפיין של סיכוך. האלקטרונים השליליים שמתחתיה מקטינים את המטען החיובי היעיל שהאלקטרון החיצוני "מרגיש". המגן בחלקו תלוי בגיאומטריה של האורביטלים בהם מוחזקים האלקטרונים. זה עוזר לקבוע תגובתיות, אך עבור המתכות האלקליות, הגורם השלישי משפיע ביותר על התגובתיות.

המרחק מהגרעין הוא הגורם המכריע בתגובתיות אלמנטרית בגלל המשיכה בין מטענים חיוביים לשליליים פוחת ככל שמרובע המרחק ביניהם עולה. אם אלקטרון מכפיל את מרחקו מהגרעין, הכוח האלקטרוסטטי מחולק בארבעה. כתוצאה מכך, המרחק מהגרעין קובע לעיתים קרובות תגובתיות כימית. ככל שהמרחק קטן יותר, כך אלמנט אוהב אלקטרונים תגובתי יותר. ככל שהמרחק קטן יותר, מתכת אלקלית פחות תגובתי.

בהתבסס על שלושת הגורמים הללו, פרנציום הוא תגובתי ביותר, ואחריו רובידיום, צזיום, אשלגן ונתרן, לפי הסדר הזה. לבסוף, ליתיום הוא הפחות תגובתי מבין המתכות האלקליות. מכיוון שהמרחק בין הגרעין לאלקטרון החיצוני הוא למעשה הרדיוס של ה- אטום, תגובתיות זו הולכת וגוברת עם מרחק מוגבר בין הגרעין לאלקטרונים החיצוניים ביותר לָחוּשׁ. מכיוון שרדיוסי האטומים הם ליתיום 167 אחר הצהריים (פיקומטרים), נתרן 190 אחר הצהריים, אשלגן 243 אחר הצהריים, רובידיום 265 אחר הצהריים, צזיום 298 אחר הצהריים ופרנציום עדיין גדול יותר.