Afbeelding met dank aan Getty Images

Introductie

De alkalimetalen – lithium, natrium, kalium, rubidium, cesium en francium – zijn zachte, zeer reactieve metalen die elk een enkel elektron in hun buitenste s-orbitaal bezitten. Hoewel ze tot Groep 1 van het periodiek systeem behoren, neemt hun chemische reactiviteit gestaag toe naarmate hun atoomnummer stijgt.

Factoren die de reactiviteit van alkalimetalen bepalen

Drie onderling verbonden factoren bepalen hoe gemakkelijk een alkalimetaal zijn valentie-elektron afstaat:de positieve lading van de kern, het afschermende effect van binnenste elektronen en de afstand van het buitenste elektron tot de kern (dwz de atoomstraal). Door elk element te begrijpen, kan de waargenomen reactiviteitstrend van lithium naar frank worden verklaard.

Nucleaire lading

De nucleaire lading is gelijk aan het atoomnummer, dus de effectieve positieve aantrekkingskracht op het valentie-elektron groeit van lithium (Z=3) naar frank (Z=87). Als nucleaire lading de enige bepalende factor zou zijn, zouden metalen met een hogere Z-waarde minder reactief zijn, omdat de sterkere aantrekkingskracht het buitenste elektron steviger gebonden zou houden.

Elektronenafscherming

Binnenste elektronen beschermen het valentie-elektron gedeeltelijk tegen de volledige positieve lading van de kern. Deze afscherming is afhankelijk van de orbitale geometrie en het aantal kernelektronen. Hoewel afscherming de effectieve nucleaire lading die door het buitenste elektron wordt gevoeld, vermindert, heeft deze voor alkalimetalen minder invloed dan de radiale afstandsfactor.

Atoomstraal en afstand tot de kern

De dominante factor is de ruimtelijke scheiding tussen de kern en het buitenste elektron. Elektrostatische aantrekking volgt de omgekeerde kwadratenwet; dus als de straal verdubbelt, daalt de aantrekkingskracht tot een kwart. Alkalimetalen vertonen toenemende atoomstralen:lithium =167 pm, natrium =190 pm, kalium =243 pm, rubidium =265 pm, cesium =298 pm, en francium is zelfs nog groter. Hoe groter de straal, hoe minder strak het valentie-elektron wordt vastgehouden, waardoor het metaal reactiever wordt.

Reactiviteitstrend voor de alkalimetalen

Door deze factoren te combineren ontstaat de duidelijke reactiviteitsvolgorde:francium> rubidium> cesium> kalium> natrium> lithium. De trend komt overeen met de toenemende atoomstralen, wat bevestigt dat de afstand tot de kern meer invloed heeft op de reactiviteit van alkalimetalen dan op alleen nucleaire lading of afscherming.