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8.6:

アルカリ金属

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Alkali Metals

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アルカリ金属とは リチウム ナトリウム カリウム ルビジウム セシウム フランシウムなどの 第1族元素のことです フランシウムは放射性物質であり 安定した同位体を持ちません すべてのアルカリ金属は 異常に柔らかく 電気伝導率や 熱伝導率が高いなどの 金属的性質を 共有しています グループの下に行くほど 質量 密度 原子半径が増加し 融点とイオン化エネルギーは 減少します これらの元素の電子配置は 価電子殻が1つの電子しか 持たないことを意味します これらの元素の イオン化エネルギーが低いことは アルカリ金属が電子を失いやすく 希ガス配位の陽イオンに なりやすいことを示しています これは アルカリ金属が 優れた還元剤であり リチウムが最も反応性が低く セシウムが最も反応性が高い 理由を説明しています アルカリ金属は ハロゲンなどの非金属と 激しく反応して塩を形成します 金属ナトリウムと 塩素ガスの反応は 非常に発熱性が高く 火花と熱を放出します アルカリ金属の イオン化エネルギーが低下すると 反応の強度は 族の下に向かって 大きくなります アルカリ金属は 水と激しく反応して 水素ガスを発生させ 石鹸作りによく使われる 水酸化カリウムのような アルカリ金属水酸化物の 水溶液を生成します 重いアルカリ金属ほど イオン化エネルギーが低いため 反応はより激しくなります 反応中に発生した熱は 放出された水素ガスに引火し 火災や爆発につながる 可能性があります アルカリ金属は水素と反応して アルカリ金属水素化物を形成し しばしば強塩基として 使用されます この反応では 水素原子が電子を獲得し 水素化物イオンとして存在します その反応性の高さから アルカリ金属は空気に触れると 容易に酸化するため 鉱物油の中に保存されています アルカリ金属塩を炎の中に入れて ガス状の金属原子に還元すると 特徴的な色を発します 炎の熱で価電子が励起され より高いエネルギー準位に なります 励起された電子が 基底状態に戻ると エネルギーは可視領域の 放射線の形で 放出されます 各元素の発光スペクトルは 固有のものであり 定性的に元素を 識別するために用いられます

8.6:

アルカリ金属

1族の元素は、柔らかくて光沢のある金属性の固体です。可鍛性、延性があり、熱や電気の伝導性に優れています。アルカリ金属の融点は金属としては異例の低さで、族が下がるにつれて低くなります。また、密度もカリウムを除いて同じ方向に減少します(表1)。

表 1 :アルカリ金属の特性

元素 電子の特性 原子半径( pm ) IE1 ( kJ/mol ) 融点( ° C ) 25 ° C での密度( g/cm3
Li [He ]2 s1 152. 520 181. 0.53
Na [Ne] 3 s1 186 496 98 0.97
K [AR]4 s1 227 420 64 0.86
Rb [KR]5 s1 248 400 39 1.53
Cs [Xe] 6 s1 265. 380 29 1.93

族を下に移動すると、主要な量子数値 n が各要素ごとに 1 ずつ増加します。 そのため、外側の電子は原子核から離れており、原子の半径はリチウムからセシウムへと上昇します。

これらの元素の電子配置を見ると、電子価殻には1個の電子しかありません(表1)。この電子が失われると、希ガス配置の陽イオンが生成されます。したがって、アルカリ金属はこの電子を失う傾向が非常に強く、第一イオン化エネルギーが低く、グループを重ねるごとに低くなっていきます。容易に電子を失うことができるため、反応性が高く、優れた還元剤となります。

アルカリ金属はハロゲンなどの非金属と活発に反応します。ナトリウムと塩素を反応させて塩化ナトリウムを作ると発熱します。また、アルカリ金属は水と激しく反応し、水素ガスとアルカリ金属の水酸化物が生成されます。反応の際に発生する熱が、放出された水素ガスに引火して爆発することもあります。いずれの反応も、重いアルカリ金属ほどイオン化エネルギーが小さく、発熱しやすいです。

空気に触れると、酸素と反応して酸化物を形成するため、アルカリ金属の金属光沢は低下します。リチウムは酸素と反応して酸化リチウムを、ナトリウムなどの他のアルカリ金属は酸化物や過酸化物を形成します。過酸化物イオンは酸素-酸素の共有結合を1つ持ち、強力な水素イオン受容体であるため、アルカリ金属の過酸化物は強塩基となります。カリウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属も超酸化物を生成します。超酸化物は、O2の存在が特徴です。超酸化カリウムは黄色の固体で、560 ° Cで分解されます。

このテキストは 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 6.5 : Periodic Variations in Element Properties から引用したものです。