アルカリ金属という用語は、水との反応性に由来します。地殻の約 0.03% には、リチウム、ルビジウム、セシウムなどの他のアルカリ元素が含まれています。フランシウムは、1939 年に発見された天然の放射性同位元素です。
アルカリ金属は反応性が高く、通常は他の元素と結合して存在するため、通常、シルバイト (KCl)、岩塩 (NaCl)、カーナライト (KCl MgCl2 6H2O) などの単純な鉱物を抽出して精製します。地球の地殻には、はるかに複雑で水に溶けないミネラルが含まれています。流星のアブレーションは、希薄なナトリウムガスを生成します。原子状酸素とオゾンはナトリウムと反応して、流星の「尾」と拡散した夜光を形成します。少量のリチウムとカリウムも含まれています。
金属は延性があり、銀色の光沢があり、電気伝導性と熱伝導性に優れています。リチウムは最小の金属で、リチウムの融点は 179°C (354°F) ですが、セシウムの融点は 28.5°C (83.3°F) です。アルカリ金属合金は、-78 °C (-109 °F) で溶けることがあります。
アルカリ金属の使用
ナトリウムは工業用途で最も重要なアルカリ金属であり、金属は有機化合物を還元し、いくつかの商用化合物を調製します。一部の原子炉では、遊離金属熱伝達流体として使用されています。私たちは毎年、重曹 (NaHCO3)、炭酸ナトリウム (Na2CO3)、塩 (NaCl)、苛性ソーダ (NaOH) など、何十万トンものナトリウム化合物を使用しています。カリウムは、ナトリウムよりも有用性の低い遊離金属です。しかし、肥料の生産には大量のカリウム塩が必要です。リチウムは、軽金属合金や有機合成物に含まれています。軽量バッテリーの開発は、リチウムの重要な用途です。カメラ、携帯電話、ペースメーカーはリチウム一次電池 (非充電式) を使用しており、車両やエネルギー貯蔵用の充電式リチウム蓄電池は注目の研究テーマです。セシウム金属蒸気は、正確な時間基準である原子時計に含まれています。
歴史
古代人はアルカリ金属塩を知っていました。ネテル（炭酸ナトリウム）は、旧約聖書に登場する植物灰から作られる塩です。火薬の成分である硝石 (硝酸カリウム) が 9 世紀に中国で発明され、13 世紀までにヨーロッパに導入されました。
英国の科学者であるハンフリー デービー卿は、1807 年にカリウムとナトリウムを発見しました。木灰の水溶液は、ナトリウム水溶液です。ナトリウムという言葉は、中世にすべてのアルカリに使用されたイタリアのソーダに由来します。
1817 年、スウェーデンの科学者である Johan August Arfwedson は、ペタライトの研究中にリチウムを発見しました。ギリシャ語の lithos は石を意味するリチウムに由来し、Davy は塩化リチウムを電気分解して最小限の量を生成しました。
Robert Bunsen と Gustav Kirchhoff は、1860 年に青色のスペクトルに 2 つの線を含む濾液を作成しました。彼らは、空色を意味するラテン語 caesius に由来するセシウムという名前の新しいアルカリ元素の存在を示唆しました。レピドライトからアルカリを抽出した後、同じ研究者は 2 つの赤いスペクトル線で別の溶液を分離しました。彼らは、ラテン語で暗赤色を意味するルビダスにちなんで、この溶液中の元素をルビジウムと名付けました。ペリーは、1939 年にパリのラジウム研究所でフランシウムを発見しました。
ナトリウムは、19 世紀にアルミニウムを作るための試薬でした。アルミニウム精製のための電解技術が開発されたとき、大規模なナトリウムの使用は終焉を迎えるように見えました.ナトリウム電解の技術的進歩の結果、ナトリウムはガソリン添加剤、医薬品、除草剤と殺虫剤の製造、および金属精製試薬の製造に使用できる手頃な価格になりました。ダウンズセル技術は、1926 年に連続水酸化ナトリウム電気分解の Castner プロセスに取って代わりました。電気分解は、塩化ナトリウムと塩化カルシウムの溶融混合物から金属ナトリウムと塩素を生成します。
日常生活におけるアルカリ金属の用途は何ですか?
- リチウム、ナトリウム、カリウムには幅広い用途がありますが、ルビジウムとセシウムは学術的な文脈でのみ役立ちます。アルカリ金属の日常生活での用途:
- 電池にはリチウムが必要であり、酸化リチウムはシリカの処理に役立つ可能性があります。
- 潤滑グリース、空気浄化、アルミニウム製造にリチウムを使用できます。
- ナトリウム灯に純ナトリウムを使用することで、効率の高い光を提供します。
- カリウムは生物学的システムにおいて重要であり、KCl は肥料であり、KOH は石鹸成分です。
- 光電セルはセシウムを使用しています。
アルカリ金属と水との反応
酸性金属は水と反応して塩基性水酸化物と水素を形成し、発熱金属反応によりエンタルピーがリチウムからセシウムに増加します。処理中にアルカリ金属が浮遊します。
カリウムとナトリウムは水より密度が低いです。反応エンタルピーは重いアルカリ金属で大きく、溶融と表面上昇を引き起こします。リチウムからセシウムへの水の反応はより速く、より発熱し、リチウムからセシウムへのより多くの水の反応はより速く、より発熱します.
2M + 2H2O → 2M+ + 2OH– + H2
リチウムは電極電位と水和エネルギーが最も高く、反応性と発熱性が高くなります。代わりに、リチウムは水とゆっくりと非爆発的に反応し、イオン化エネルギーと共有構造が大きいため、溶解度と反応速度が制限されます。セシウムはイオン性の水溶性化合物です。
反応エンタルピーは、融解潜熱よりも大きくなります。その結果、セシウムが溶けて液体になり、プロセスが加速します。アルカリ金属は、アルキン、アンモニア、およびアルコールから水素を置き換えることができます.
結論
アルカリ金属には、塩基性またはアルカリ金属の水酸化物があります。この化合物は、水と反応すると酸を中和する強塩基であるアルカリを形成するため、アルカリ金属です。
アルカリ金属の電子配置は [希ガス] ns1 です。それらは、周期表の最初の列の最初の要素です。ナトリウム (Na)、カリウム (K)、ルビジウム (Ru)、セシウム (Cs)、リチウム (Li)、フランシウム (Fr) は周期が 1 ～ 7 のアルカリ元素です。放射性元素フランシウムの半減期は比較的短いです。
水素（H）は常温常圧で気体なので、アルカリ金属とはみなされません。強い圧力下では、水素が性質を示したり、アルカリ金属に変化したりすることがあります。
ほとんどのアルカリ金属にはいくつかの用途があります。セシウム原子時計は、時間を最も正確に表現するものです。ナトリウム蒸気ランプは、ナトリウム化合物 (塩化ナトリウムとしても知られる食卓塩) の日常的な使用であり、古くから使用されています。
