알칼리금속

알칼리금속(Alkali metal)이란 주기율표 1족 원소 중 수소를 제외한 리튬 Li, 나트륨 Na, 칼륨 K, 루비듐 Rb, 세슘 Cs, 프랑슘 Fr을 통칭하는 분류이다.

특징

반응성이 큰 금속들로서 공기 중에 놓아두면 쉽게 산화하여 금속 특유의 광택을 잃어버린다. 따라서 등유 등의 기름에 담가 보관해야 한다.

물과 접촉하면 격렬하게 반응하여 수소 기체를 발생시킨다. 다음은 반응의 화학식이다.

[math]\displaystyle{ 2 \mathrm{M}(s) + 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l) \rightarrow \mathrm{H}_{2}(g) + 2\mathrm{MOH}(aq) }[/math]

이때 반응열에 의해 수소가 폭발할 수 있으므로 실험시에는 주의한다. 아무리 물이 많고 실험하는 수조가 커도 절대 손톱만큼의 크기도 넣어서는 안 된다. 넣어도 되는 금속의 양이 물의 양과 같이 비례로 늘어난다고 생각했다가는 망한다.

옛날 6차 교육과정의 공통과학책의 알칼리금속 부분에서 반응성 실험을 할 때에는 팥알크기만큼 넣어 실험한다고 했는데 실제로 이 정도를 넣었다가는 폭발사고의 위험이 있다. 리튬만 하여도 물 위에서 끓듯이 반응하다 열을 못이기고 폭발하면서 파편을 튀기거나 칼륨의 경우는 워낙 심하게 폭발해서 물을 담았던 비커가 깨질 수 있으니 실험할 때는 정말로 쬐끔만 넣도록 하자.

물에 녹아서 수산화 이온(OH^-)를 생성하므로 수용액은 염기성이다. 알칼리금속이라는 이름의 유래도 '물에 잘 녹는 염기'라는 뜻의 '알칼리'에서 왔다.

이러한 격렬한 반응성 덕분에 충전과 방전이 쉽다는 성질이 있어 충전지의 한 종류인 이온 배터리에 쓰인다. 지금까지는 리튬 이온 배터리가 많이 쓰였으나, 폭발 위험성과 리튬의 매장량 한계로 인해 이를 대체할 나트륨 이온 배터리가 연구되고 있다.

기타

원자번호가 커질수록 알칼리 금속의 반응성 또한 매우 커진다. 이는 1주기가 증가하면 원자껍질의 수가 1개 더 증가하며, 그만큼 최외각 전자와 원자 핵간의 거리가 멀어짐과 더불어 최외각 전자와 +전하인 핵 사이에 장애물들이 생긴다는 것을 의미한다. 즉, 원자핵과 전자 사이의 전자기적 인력이 그만큼 약해지기 때문에 가장 원자번호가 작은 리튬의 반응성과 2주기 정도 떨어진 포타슘(칼륨)의 반응성의 차이는 꽤 크게 나타난다. 실제로 고등학교 화학시간에 해당 원소들을 물에 넣는 실험을 해 봤다면 리튬은 물에 닿고 나서 반응을 하지만 칼륨은 물에 닿기도 전에 반응하거나 물 위에서 불까지 붙는 모습들을 보여준다.

심지어 칼륨 보다도 반응성이 훨씬 격렬한 세슘은 아주 약간의 양으로도 물에 넣었을 때 비커보다 큰 수조를 깨트린다! 이 영상의 마지막 부분을 보도록 하자.

관련 문서

• 주기율표
• 알칼리 토금속
• 산화-환원 반응
• 염기성