Image gracieuseté de Getty Images
Les métaux alcalins (lithium, sodium, potassium, rubidium, césium et francium) sont des métaux mous et hautement réactifs qui possèdent chacun un seul électron dans leur orbitale s la plus externe. Bien qu'ils appartiennent au groupe 1 du tableau périodique, leur réactivité chimique augmente régulièrement à mesure que leur numéro atomique augmente.
Trois facteurs interdépendants déterminent la facilité avec laquelle un métal alcalin donne son électron de valence :la charge positive du noyau, l'effet de protection des électrons internes et la distance de l'électron externe au noyau (c'est-à-dire le rayon atomique). Comprendre chaque élément permet d'expliquer la tendance de réactivité observée du lithium au francium.
La charge nucléaire est égale au numéro atomique, donc l’attraction positive effective sur l’électron de valence passe du lithium (Z=3) au francium (Z=87). Si la charge nucléaire était le seul déterminant, les métaux à Z plus élevé seraient moins réactifs car l'attraction plus forte maintiendrait l'électron externe plus étroitement lié.
Les électrons internes protègent partiellement l’électron de valence de la pleine charge positive du noyau. Ce blindage dépend de la géométrie orbitale et du nombre d'électrons du noyau. Bien que le blindage réduise la charge nucléaire effective ressentie par l'électron externe, il a moins d'influence sur les métaux alcalins que le facteur de distance radiale.
Le facteur dominant est la séparation spatiale entre le noyau et l’électron externe. L'attraction électrostatique suit la loi du carré inverse ; par conséquent, lorsque le rayon double, l’attraction tombe au quart. Les métaux alcalins présentent des rayons atomiques croissants :lithium =167 pm, sodium =190 pm, potassium =243 pm, rubidium =265 pm, césium =298 pm et le francium est encore plus gros. Plus le rayon est grand, moins l'électron de valence est retenu, ce qui rend le métal plus réactif.
La combinaison de ces facteurs donne la séquence de réactivité claire :francium> rubidium> césium> potassium> sodium> lithium. La tendance s'aligne avec l'augmentation des rayons atomiques, confirmant que la distance au noyau régit la réactivité des métaux alcalins plus que la charge nucléaire ou le blindage seul.
