アルカリ金属（Li,Na,K,Rb,Cs,Fr）

アルカリ金属単体の性質

水素以外の第1族元素をアルカリ金属といいます。アルカリ金属はすべて1個の価電子をもち、1価の陽イオンになりやすく、イオン化エネルギー、電子親和力、電気陰性度が小さな元素です。
この傾向は、原子番号が大きなものほど強くなりますが、それは、原子番号の大きなものほど最外殻電子が原子核から遠くなるためです。

リチウム 融点：180℃ 密度：0.53g/cm3 原子量：6.9 炎色反応：赤色	ナトリウム 融点：98℃ 密度：0.97g/cm3 原子量：23.0 炎色反応：黄色	カリウム 融点：63℃ 密度：0.86g/cm3 原子量：39.1 炎色反応：紫色	ルビジウム 融点：40℃ 密度：1.53/cm3 原子量：85.5 炎色反応：深赤色	セシウム 融点：28.4℃ 密度：1.87g/cm3 原子量：133 炎色反応：青紫色

アルカリ金属の単体は、どれもやわらかく、ナイフ等の刃物で容易に切断することができます。また、すべて軽金属（4.0g/cm³以下の密度）で密度が小さく、特に、Li、Na、K は水に浮かびます。

アルカリ金属の単体は反応性が高く、乾いた空気中でも内部まで容易に酸化されます。

4Na+O₂ → 2Na₂O

また、常温の水とも激しく反応して水素を発生し、水酸化物になります。この水酸化物は強塩基ですので、反応後の水溶液は塩基性を示します。また、アルコールとも同様の反応をしてアルコキシドを生じます。

【水との反応】

2Na+2H₂O → 2NaOH+H₂↑

【アルコールとの反応】

2Na+2C₂H₅OH → 2C₂H₅ONa+H₂↑

水との反応では、反応熱で水素が引火し、炎が出たり、爆発をすることがあるので、アルカリ金属の単体は石油中に保存します。Rb、Csは Li、Na、Kに比べて反応性が高いことから、ガラス封管中で保存します。

アルカリ金属は、非常に陽イオンになりやすいため、単体を得ようとして酸化物や塩をコークスを加えて高温にしても還元することはできず、水溶液の電気分解をしても還元することはできません。そのため、アルカリ金属の単体は、塩の融解塩電解によって得ます。

アルカリ金属の化合物

Na₂CO₃の製法：ソルベー法

炭酸ナトリウムは、工業的には、CaCO₃とNaClを原料に用いたソルベー法（アンモニアソーダ法）で製造されます。

• ① CaCO₃を加熱してCO₂ を作る

  CaCO₃ → CaO+CO₂

• ② ①で得たCO₂に、NH₃、NaCl、H₂Oを加えると、溶解度の低いNaHCO₃が沈殿する。

  CO₂+NH₃+NaCl+H₂O →　NaHCO₃+NH₄Cl

• ③ ②で得たNaHCO₃を加熱すると、目的とする生成物のNa₂CO₃が得られる。この際に発生するCO₂は回収して、原料として再利用する。

  2NaHCO₃ → Na₂CO₃+CO₂+H₂O

• ④ ①で生じた CaO にH₂Oを加えると強塩基であるCa(OH)₂が得られる。

  CaO+H₂O → Ca(OH)₂

• ⑤ ②で生じたNH₄Clに ④で得たCa(OH)₂を加えると、弱塩基であるNH₃が発生する。

  この反応によりNH₃の全量が回収できるため、ソルベー法ではNH₃は消費されない。

  NH₄Cl+Ca(OH)₂ → CaCl₂+2H₂O+NH₃

• ①～⑤の反応をすべて合わせると、次の式が得られる。

  2NaCl+CaCO₃ → Na₂CO₃+CaCl₂