Forholdet mellom atomnummer og kjemisk reaktivitet av alkalimetaller

Alkalimetallene er myke og ekstremt reaktive metaller, som hver har bare ett elektron i sitt ytterste skall. Oppført i den periodiske tabellen over elementene som gruppe 1. I rekkefølge etter økende atomnummer er de litium, natrium, kalium, rubidium, cesium og francium. Alle deres lavere liggende elektronskall er fullstendig fylt. Den kjemiske reaktiviteten til disse metallene blir stadig større med økende atomnummer.

Tre faktorer som bidrar til reaktiviteten til alkalimetallene er mengden positiv ladning i kjernen, avstanden til det ytterste elektronet og skjermingen av de andre elektronene mellom kjernen og det ytre elektron. Den positive ladningen i kjernen er lik atomnummeret, og litium er således 3, natrium er 11, kalium er 19, rubidium er 37, cesium er 55 og francium er 87. Denne økende positive ladningen gjør det vanskeligere for den ytterste negative elektronen å forlate. Hvis det var den eneste faktoren, ville alkalimetallreaktiviteten reduseres med økende atomnummer.

Mye av kjernens positive ladning forhindres fra å nå det ytterste elektronet ved karakteristikken ved skjerming. De negative elektronene under den reduserer den effektive positive ladningen den ytterste elektronen "føler". Skjermingen avhenger delvis av geometrien til orbitalene der elektronene holdes. Dette er med på å bestemme reaktivitet, men for alkalimetallene påvirker den tredje faktoren reaktiviteten mest.

Avstand fra kjernen er den overveldende faktoren i elementær reaktivitet fordi tiltrekningen mellom positive og negative ladninger avtar når kvadratet på avstanden mellom dem øker. Hvis et elektron har sin avstand doblet fra kjernen, deles den elektrostatiske kraften med fire. Som et resultat bestemmer avstand fra kjernen ofte kjemisk reaktivitet. Jo mindre avstanden er, desto mer reaktiv er et elektronelskende element. Jo mindre avstanden er, desto mindre reaktiv er et alkalimetall.

Basert på disse tre faktorene er francium mest reaktivt, etterfulgt av rubidium, cesium, kalium og natrium, i den rekkefølgen. Til slutt er litium den minst reaktive av alkalimetallene. Siden avstanden mellom kjernen og det ytterste elektronet i det vesentlige er radiusen til atom, gjør denne økende reaktiviteten med økt avstand mellom kjerne og ytterste elektron føle. Ettersom radiene til atomene er litium 167 pm (pikometer), natrium 190 pm, kalium 243 pm, rubidium 265 pm, cesium 298 pm og francium er fortsatt større.