โลหะอัลคาไล: ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับองค์ประกอบในคอลัมน์แรกของตารางธาตุ

มีโลหะอัลคาไลอยู่รอบตัวคุณในขณะนี้ โซเดียมมีอยู่ในเกลือแกงลิเธียมในแบตเตอรี่โทรศัพท์ และโพแทสเซียมในกล้วยของคุณ โลหะอัลคาไลทำขึ้นหกองค์ประกอบที่แตกต่างกันที่พบในคอลัมน์แรกของตารางธาตุ เหล่านี้คือ:

พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของบล็อก S ของธาตุในตารางธาตุซึ่งร่วมกับไฮโดรเจน ฮีเลียม แคลเซียม และอื่นๆ มีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดใน S-orbital โลหะอัลคาไลเป็นโลหะอ่อนที่มีปฏิกิริยาสูงกับน้ำและออกซิเจน พวกมันนุ่มมากจนคุณสามารถตัดมันด้วยมีดพลาสติกได้ พวกมันยังมีประกายเหมือนเงินและเป็นตัวนำความร้อนและแสงที่ดีเยี่ยม

โลหะอัลคาไลเรียกว่าเพราะเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะทำให้เกิดสารที่มีความเป็นด่างสูง ความเป็นด่างหมายถึง pH ของสารหรือความสามารถในการทำให้กรดเป็นกลาง สารที่มีความเป็นด่างสูงสามารถก่อตัวเป็นเบสแก่ซึ่งสามารถทำให้กรดเป็นกลางและรักษาระดับ ph ให้คงที่ได้

ทุกธาตุมีนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน และโลหะอัลคาไลก็ไม่ต่างกัน รอบนิวเคลียสของอะตอมคืออิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ อิเล็กตรอนเหล่านี้มีอยู่ในเปลือกพลังงานรอบๆ นิวเคลียสของอะตอม ซึ่งแต่ละอิเล็กตรอนสามารถจุอิเล็กตรอนได้หลายตัวเปลือกแรกที่สามารถถือได้ถึงสองอิเล็กตรอนขึ้นสองถึงแปดที่สาม, 18 และสี่, 32 มันเป็นเปลือกหอยเหล่านี้ของอิเล็กตรอนและวิธีการที่โลหะอัลคาไลมีโครงสร้างที่ทำให้พวกเขามีปฏิกิริยาดังนั้น

อะตอมทั้งหมดต้องการมีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดที่สมบูรณ์โดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบในคอลัมน์แรกของตารางธาตุทั้งหมดมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในเปลือกนอกสุด เปลือกนอกสุดนี้เรียกอีกอย่างว่าวาเลนซ์เชลล์ และอิเล็กตรอนที่อาศัยอยู่ที่นั่นจะเรียกว่าวาเลนซ์อิเล็กตรอน

การมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในเปลือกนอกสุดทำให้อะตอมของโลหะอัลคาไลไปถึงจุดที่มีเสถียรภาพได้ง่ายมาก พวกเขาเพียงแค่ต้องสูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัว! ความเต็มใจและความง่ายในการสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อให้ไปถึงสภาวะสมดุลนี้เรียกว่ามีปฏิกิริยาสูง อันที่จริง การเกิดปฏิกิริยาทางเคมีถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกนอกสุด ก๊าซมีตระกูล (องค์ประกอบ เช่น นีออนและฮีเลียม) จะไม่เกิดปฏิกิริยามากนักเนื่องจากเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของพวกมันเต็ม

"เนื่องจากโลหะอัลคาไลมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะบรรลุสภาวะนี้โดยการปล่อยอิเล็กตรอนนั้นไป ในขั้นตอนนี้ กล่าวกันว่าโลหะอัลคาไลถูกออกซิไดซ์ และอะไรก็ตามที่นำอิเล็กตรอนจากโลหะอัลคาไลไปก็จะลดลง ทั้งหมด โลหะอัลคาไลชอบที่จะละทิ้งเวเลนซ์อิเล็กตรอนเดี่ยวของพวกมัน” ดร. ชิป นาทาโร ศาสตราจารย์วิชาเคมีที่วิทยาลัยลาฟาแยตต์ ในเมืองอีสตัน รัฐเพนซิลเวเนีย กล่าว "เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุเป็น -1 การสูญเสียอิเล็กตรอนจะทำให้อะตอมมีประจุเป็น +1 เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น อะตอมจะเรียกว่าไอออน และเนื่องจากมีประจุบวกจึงเรียกว่าไอออนบวก ดังนั้น โลหะอัลคาไลทั้งหมดชอบทำไอออนบวกที่มีประจุ +1"

เนื่องจากโลหะอัลคาไลมีปฏิกิริยาไว จึงมักพบร่วมกับโลหะอื่นๆ ในธรรมชาติ

หากองค์ประกอบมีปฏิกิริยาตอบสนองสูง จะหาได้ยากขึ้นโดยธรรมชาติ

"องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้ถูกค้นพบครั้งแรกในสารประกอบ [และ] การค้นพบบางส่วนนั้นยากที่จะระบุได้เนื่องจากความอุดมสมบูรณ์และการใช้สารประกอบ" นาทาโรกล่าว "เมื่อคุณดูตารางธาตุ โลหะอัลคาไลจะมีแนวโน้มที่จะสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนมากขึ้น" และด้วยเหตุนี้ "ปริมาณของธาตุที่พบในธรรมชาติก็ลดลงเช่นกัน [ส่งผลให้] วันที่ค้นพบในภายหลัง"

โลหะอัลคาไลถูกค้นพบเมื่อใด

ลิเธียมถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2360 เมื่อJohan August Arfwedsonนักเคมีชาวสวีเดนกำลังวิเคราะห์แร่แร่ ซีเซียมและรูบิเดียมถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2403 และ พ.ศ. 2404 ตามลำดับ โดยนักเคมีชาวเยอรมัน โรเบิร์ต บุนเซน (ผู้ให้ชื่อแก่เตาเผาบุนเซิน) และกุสตาฟ เคิร์ชฮอฟฟ์ (ผู้คิดค้นกฎของเคียร์ชฮอฟฟ์สำหรับกระแสไฟฟ้า) แฟรนเซียม ซึ่งเป็นโลหะอัลคาไลที่มีปฏิกิริยามากที่สุดที่เรารู้จักในปัจจุบัน ถูกค้นพบในปี 1939 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Marguerite Perey ที่สถาบัน Curie Institute ในปารีส

โซเดียมและโพแทสเซียม ซึ่งเป็นโลหะอัลคาไลทั่วไปสองชนิด ไม่ทราบวันที่ค้นพบซึ่งใช้มาเป็นเวลานาน แต่พวกมันไม่ได้ถูกโดดเดี่ยวในรูปแบบที่บริสุทธิ์จนกระทั่งปี 1807 (โดยนักเคมีชื่อดัง Humphrey Davy) รูบิเดียมไม่ได้ถูกโดดเดี่ยวจนกระทั่งปี 1928 โดย Bunsen และ Kirchhoff ด้วย

หนึ่งในลักษณะที่พบมากที่สุดของโลหะอัลคาไลของพวกเขาคือการเกิดปฏิกิริยากับน้ำและอากาศองค์ประกอบเหล่านี้จะเต้นรำไปรอบๆ ร้อนเนื่องจากการผลิตก๊าซไฮโดรเจน และมักจะระเบิด พวกมันจะมีปฏิกิริยาตอบสนองมากขึ้นตามตารางธาตุที่คุณไปเช่นกัน โดยซีเซียมและแฟรนเซียมจะมีปฏิกิริยาไวมากจนสามารถลุกเป็นไฟได้เพียงแค่สัมผัสกับอากาศ ธาตุยังเพิ่มรัศมีอะตอม ลดอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ และลดจุดหลอมเหลวและจุดเดือดเมื่อคุณเลื่อนตารางธาตุลงไป

คุณอาจสงสัยว่าโลหะอัลคาไลถูกค้นพบในธรรมชาติได้อย่างไรหากพวกมันทำปฏิกิริยารุนแรงกับอากาศและน้ำ ปรากฎว่าโลหะอัลคาไลส่วนใหญ่พบได้ในธรรมชาติในรูปของไอออนเนื่องจากมีความต้องการสูงที่จะทำปฏิกิริยาและสูญเสียอิเล็กตรอนวาเลนซ์หนึ่งตัว ในรูปแบบไอออนิก โลหะมีปฏิกิริยาน้อยกว่ามาก

โลหะอัลคาไลในชีวิตประจำวัน

โลหะอัลคาไลมีความเป็นคู่ทางเคมีที่น่าสนใจ เนื่องจากพบได้บ่อยในชีวิตประจำวัน แต่ยังพบไม่บ่อยในรูปแบบองค์ประกอบดิบ

ตัวอย่างเช่น โซเดียมไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติและต้องเตรียมจากสารประกอบ โซเดียมและโพแทสเซียมเป็นองค์ประกอบสำคัญในชีวิตประจำวัน โดยโซเดียมช่วยควบคุมความดันโลหิตและเคลื่อนย้ายอิเล็กโทรไลต์ไปทั่วเซลล์ โซเดียมยังรวมกับสารประกอบอื่น ๆ เพื่อทำเกลือแกงและเบกกิ้งโซดา โพแทสเซียมช่วยควบคุมความดันโลหิตและกลูโคส และพบได้ในปุ๋ย ลิเธียมดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ใช้ในการผลิตแบตเตอรี่และเป็นยารักษาเสถียรภาพทางอารมณ์

ธาตุซีเซียม รูบิเดียม และแฟรนเซียมที่มีปฏิกิริยามากกว่า มีประโยชน์ตามธรรมชาติน้อยกว่า ซีเซียมใช้ในนาฬิกาอะตอม การเจาะ และในการสร้างแก้วออปติคัล รูบิเดียมใช้ในการถ่ายภาพทางการแพทย์และหลอดสุญญากาศ แฟรนเซียมซึ่งหาได้ยากมาก ไม่มีการใช้งานเชิงพาณิชย์มากนัก แต่ใช้ในการวิจัยและวินิจฉัยมะเร็งบางรูปแบบ

ในที่สุด โลหะอัลคาไลทั้งหมดก็เป็นเครื่องมือการสอนที่มีประโยชน์อย่างเหลือเชื่อในด้านเคมี ครูชอบสาธิตหลักการของการเกิดปฏิกิริยาโดยทิ้งโลหะอัลคาไลลงในน้ำเพื่อให้ชั้นเรียนดูด้วยความเกรงใจเมื่อพ่นไฟและระเบิด

นั่นคือกัมมันตภาพรังสี!

แฟรนเซียมเป็นโลหะอัลคาไลที่หายากที่สุดและเป็นธาตุที่หายากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก ( ประมาณ 340-550 กรัมหรือประมาณ 1 ปอนด์เท่านั้นที่จะอยู่ในเปลือกโลก) นอกจากนี้ยังมีกัมมันตภาพรังสีสูงและมีอายุการใช้งานสูงสุดเพียง 22 นาทีเท่านั้น แฟรนเซียมไม่เคยถูกทิ้งในน้ำ เพราะมันหายากและมีราคาแพงมาก แต่นักวิทยาศาสตร์คาดว่าแฟรนเซียมจะมีปฏิกิริยาสูงสุดกับโลหะอัลคาไลใดๆ