โลหะแอลคาไล

โลหะแอลคาไล (อังกฤษ: Alkali metals) เป็นหมู่ (คอลัมน์) ในตารางธาตุ ประกอบไปด้วยธาตุเคมี ลิเทียม (Li), โซเดียม (Na)^{[note 1]}, โพแทสเซียม (K)^{[note 2]}, รูบิเดียม (Rb), ซีเซียม (Cs)^{[note 3]} และแฟรนเซียม (Fr)^[4] หมู่นี้อยู่ในบล็อก-sของตารางธาตุ^[5] ธาตุในโลหะแอลคาไลทุกตัวมีอิเล็กตรอนอยู่หนึ่งตัวที่วงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด^[6][7][8] การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบนี้มีผลกับสมบัติทางเคมีของธาตุเหล่านี้มาก^[6] โลหะแอลคาไลยังเป็นหมู่ที่อธิบายแนวโน้มพีรีออดิกได้ดีที่สุด เนื่องด้วยธาตุทุกตัวในหมู่จะมีสมบัติทางเคมีหรือกายภาพอย่างน้อย 1 อย่างที่คล้ายกัน^[6]

หมู่	1
คาบ
2	3  Li
3	11  Na
4	19  K
5	37  Rb
6	55  Cs
7	87  Fr

ธาตุในโลหะแอลคาไลมีสมบัติที่คล้ายกัน พวกมันเป็นโลหะที่อ่อน สะท้อนแสงได้ดี และไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ภาวะมาตรฐาน^[6] และสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนวงนอกสุดแล้วกลายเป็นไอออน +1^[9]: 28 โลหะแอลคาไลทั้งหมดสามารถตัดได้โดยมีดเนื่องด้วยความอ่อนของมัน ด้วยความที่มันสะท้อนแสงได้ดี พื้นผิวจึงสามารถหมองได้ด้วยการออกซิเดชันโดยความชื้นและออกซิเจนในอากาศ^[6] ด้วยความที่มันว่องไวต่อการทำปฏิกิริยา โลหะแอลคาไลทุกตัวจะต้องเก็บไว้ในน้ำมัน เพื่อป้องกันไม่ให้มันสัมผัสกับอากาศ^[10] และพวกมันพบได้ในธรรมชาติ ในรูปของเกลือเท่านั้น ไม่มีโลหะแอลคาไลบริสุทธิ์ที่ถูกพบในธรรมชาติเลย^[10] ในศัพท์เฉพาะของไอยูแพก โลหะแอลคาไลเทียบเท่ากับธาตุหมู่ 1^{[note 4]} ไม่รวมไฮโดรเจน (H) ซึ่งโดยปกติมันจะเป็นธาตุหมู่ 1^[4][12] แต่ไม่ได้ถูกกล่าวถึงให้เป็นโลหะแอลคาไลเลย^[13][14] เพราะไฮโดรเจนไม่ได้แสดงพฤติกรรมที่คล้ายกับโลหะแอลคาไล^[15] โลหะแอลคาไลทุกตัวทำปฏิกิริยากับน้ำได้ และโลหะแอลคาไลที่หนักขึ้นจะยิ่งทำปฏิกิริยากับน้ำได้รุนแรงขึ้นกว่าโลหะแอลคาไลที่เบากว่า^[6][16]

โลหะแอลคาไลทุกตัวที่ค้นพบแล้วมีในธรรมชาติ เรียงตามปริมาณที่ปรากฏในธรรมชาติ โซเดียมมีมากที่สุด รองลงมาเป็นโพแทสเซียม ลิเทียม รูบิเดียม ซีเซียม และสุดท้ายคือแฟรนเซียม ซึ่งมีความเป็นกัมมันตรังสีสูงมาก และปรากฏในธรรมชาติเพียงเล็กน้อย เนื่องด้วยการสลายตัวของมันเกิดขึ้นได้รวดเร็ว^[17][18] การทดลองยังสามารถทำให้เกิด อูนอูนเอนเนียม (Uue) ซึ่งถูกคาดว่าจะเป็นสมาชิกของหมู่ตัวใหม่ แต่การทดลองทั้งหมดล้วนเกิดข้อผิดพลาดทั้งสิ้น^[19] ถึงอย่างนั้น อูนอูนเอนเนียมอาจจะไม่เป็นโลหะแอลคาไล ถ้าพิจารณาด้วยความสัมพันธ์ของธาตุ ซึ่งการพิจารณานี้จะมีผลกระทบอย่างมากกับสมบัติทางเคมีของธาตุหนักยิ่งยวด^[20] ถึงแม้ว่ามันจะเป็นโลหะแอลคาไล มันก็ยังถูกคาดว่าจะมีสมบัติทางกายภาพและเคมีบางประการที่แตกต่างจากโลหะแอลคาไลที่เบากว่า^{[21]: 1729–1733}

โลหะแอลคาไลส่วนใหญ่ ถูกนำไปใช้ในสิ่งต่างๆมากมาย สองในสิ่งต่างๆที่รู้จักที่มีส่วนประกอบของโลหะแอลคาไลคือนาฬิกาอะตอมที่ทำจากรูบิเดียมและซีเซียมที่บริสุทธิ์^[22] ซึ่งนาฬิกาอะตอมของซีเซียมถูกใช้ในการวัดเวลา เพราะมันมีความแม่นยำสูง^[23][24] นอกจากนั้นสิ่งของที่มีโซเดียมเป็นส่วนประกอบที่รู้จักกันคือ โคมไฟไอโซเดียม ซึ่งเปล่งแสงออกมาได้ดีมาก^[25][26] เกลือแกงหรือโซเดียมคลอไรด์ เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ โซเดียมและโพแทสเซียมยังเป็นธาตุที่จำเป็นสำหรับชีวิตมนุษย์ เพราะมันมีบทบาทสำคัญในการเป็นตัวอิเล็กโทรไลต์^[27][28] และถึงแม้ว่าโลหะแอลคาไลตัวอื่นๆจะไม่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต แต่มันก็ยังสามารถมีผลกระทบต่อร่างกาย ทั้งที่เป็นประโยชน์และเป็นโทษ^{[29][30][31][32]}

สมบัติ

ทางกายภาพและเคมี

สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของโลหะแอลคาไลนั้นสามารถูกอธิบายได้ด้วยวงเวเลนซ์ ns¹ ซึ่งอธิบายว่าเมื่อทำปฏิกิริยาแล้ว จะทำให้เกิดพันธะโลหะอย่างอ่อน นอกจากนั้น โลหะแอลคาไลยังเป็นโลหะที่อ่อน มีความหนาแน่น^[6] จุดหลอมเหลว^[6]และจุดเดือดต่ำ^[6] เช่นเดียวกับความร้อนของการระเหิด การกลายเป็นไอ และการแยกตัว^[9]: 74 เมื่อโลหะแอลคาไลถูกทำให้เป็นคริสตัลแล้ว จะมีลักษณะโครงสร้างเป็นรูปลูกบาศก์กลางตัว^[9]: 73 และเมื่อนำโลหะแอลคาไลเผาแล้วจะให้เปลวไฟซึ่งมีสีโดดเด่น เนื่องด้วยอิเล็กตรอนวงนอกสุดค่อนข้างที่จะถูกกระตุ้นได้ง่าย^[9]: 75อิเล็กตรอนวงนอกสุดยังมีผลทำให้รัศมีอะตอมและไอออนิกมีค่ามาก เช่นเดียวกับการนำความร้อนและไฟฟ้า^[9]: 75ซึ่งก็ทำได้มากไปด้วย สมบัติทางเคมีของพวกมันจะหายไปได้ เมื่อโลหะแอลคาไลสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนตัวเดียวไป ซึ่งทำให้มีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 เนื่องด้วยความสะดวกที่จะถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออน และมีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่สองสูงมาก^[9]: 76 สมบัติทางเคมีของโลหะแอลคาไล 5 ตัวแรกถูกยืนยันไปส่วนใหญ่แล้ว มีเพียงสมบัติทางเคมีของแฟรนเซียม ที่ไม่สามารถตรวจสอบและบันทึกได้อย่างแม่นยำ เนื่องด้วยความเป็นกัมมันตรังสีสูงมาก^[6] ทำให้การตรวจสอบถูกจำกัด

สมบัติของโลหะแอลคาไล^{[9]: 75 [33]}

ชื่อ	ลิเทียม	โซเดียม	โพแทสเซียม	รูบิเดียม	ซีเซียม	แฟรนเซียม
เลขอะตอม	3	11	19	37	55	87
มวลอะตอมมาตรฐาน (u)[note 5][35][36]	6.94(1)[note 6]	22.98976928(2)	39.0983(1)	85.4678(3)	132.9054519(2)	[223][note 7]
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[He] 2s1	[Ne] 3s1	[Ar] 4s1	[Kr] 5s1	[Xe] 6s1	[Rn] 7s1
จุดหลอมเหลว	453.69 K 180.54 °C 356.97 °F	370.87 K 97.72 °C 207.9 °F	336.53 K, 63.38 °C, 146.08 °F	312.467 K, 39.31 °C, 102.76 °F	301.59 K, 28.44 °C, 83.19 °F	? 300 K, ? 27 °C, ? 80 °F
จุดเดือด	1615 K, 1342 °C, 2448 °F	1156 K, 883 °C, 1621 °F	1032 K, 759 °C, 1398 °F	961 K, 688 °C, 1270 °F	944 K, 671 °C, 1240 °F	? 950 K, ? 677 °C, ? 1250 °F[37]
ความหนาแน่น (g·cm−3)	0.534	0.968	0.89	1.532	1.93	? 1.87
ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว (kJ·mol−1)	3.00	2.60	2.321	2.19	2.09	? ≈2
ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (kJ·mol−1)	136	97.42	79.1	69	66.1	? ≈65
ความร้อนแฝงของการจับตัว ของแก๊สหลายอะตอม (kJ·mol−1)	162	108	89.6	82.0	78.2	?
สภาพต้านทานไฟฟ้า ที่ 298 K (nΩ·cm)	94.7	48.8	73.9	131	208	?
รัศมีอะตอม (pm)	152	186	227	248	265	?
รัศมีไอออนิก ของไอออน M+ (pm)[note 8]	76	102	138	152	167	? 180
พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 (kJ·mol−1)	520.2	495.8	418.8	403.0	375.7	392.8
สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน (kJ·mol−1)	59.62	52.87	48.38	46.89	45.51	? 44.0
ความร้อนแฝงของการกระจายตัว of M2 (kJ·mol−1)	106.5	73.6	57.3	45.6	44.77	?
อิเล็กโตรเนกาติวิตีของพอลิง	0.98	0.93	0.82	0.82	0.79	? 0.7
Standard electrode potential (E°(M+→M0); V)	−3.0401	−2.71	−2.931	−2.98	−3.026	−2.9
สีของการทดสอบเปลวไฟ Principal emission/absorption wavelength (nm)	Crimson 670.8	เหลือง 589.2	ม่วง 766.5	ม่วงแดง 780.0	น้ำเงิน 455.5	?

โลหะแอลคาไลมีความคล้ายกับธาตุในหมู่อื่นๆมากกว่าที่ธาตุหมู่อื่นๆเหมือน^[6] เช่น เมื่อไล่ลงไปตามตารางธาตุ โลหะแอลคาไลทุกตัวที่ทราบจะมีรัศมีอะตอมเพิ่มขึ้น^[38] อิเล็กโตรเนกาติวิตีลดลง^[38] ความรุนแรงในการทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น^[6] และจุดหลอมเหลวกับจุดเดือดลดลง^[38] เช่นเดียวกับความร้อนแฝงของการหลอมเหลวและกลายเป็นไอ^[9]: 75 โดยทั่วไปความหนาแน่นจะต้องเพิ่มขึ้นเมื่อไล่ลงไปตามหมู่ของตารางธาตุ แต่มีข้อยกเว้น คือ โพแทสเซียมมีความหนาแน่นน้อยกว่าโซเดียม^[38] แต่มีหนึ่งในสมบัติของโลหะแอลคาไลที่อธิบายไม่ได้โดยแนวโน้มพิริออดิกคือ ศักยรีดอกซ์: ค่าศักยรีดอกซ์ของลิเทียมมีความผิดปกติ เนื่องด้วยเป็นค่าลบกว่าธาตุอื่นๆในหมู่เดียวกัน^[9]: 75 เพราะว่าไอออน Li⁺ มีค่าพลังงานไฮเดรชันในสถานะแก๊สสูงมาก^[9]: 75

เชิงอรรถ

1. สัญลักษณ์เคมี "Na" ของธาตุโซเดียมเป็นตัวย่อของคำว่า "นาเทรียม" (Natrium) ซึ่งเป็นคำในภาษาละติน และยังมีการใช้ชื่อนี้อยู่ในบางภาษา เช่น เยอรมัน หรือรัสเซีย ก่อนหน้านั้นโซเดียมถูกเสนอว่าให้มีสัญลักษณ์เคมีว่า So
2. สัญลักษณ์เคมี "K" ของธาตุโพแทสเซียม เป็นตัวย่อของคำว่า "คาเลียม" (Kalium) แต่ก็ยังมีการใช้ชื่อธาตุว่า คาเลียม ในบางภาษา เช่น เยอรมัน หรือ รัสเซีย ก่อนหน้านั้นโพแทสเซียมถูกเสนอให้มีสัญลักษณ์ว่า Po ซึ่งไปชนกับพอโลเนียม ที่มีสัญลักษณ์ทางเคมีว่า Po เหมือนกัน
3. Caesium เป็นการสะกดที่เสนอโดย สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (ไอยูแพก).^[1] ส่วนสมาคมเคมีอเมริกัน (เอซีเอส) ใช้การสะกดว่า Cesium มาตั้งแต่ พ.ศ. 2464,^[2][3] following Webster’s Third New International Dictionary.
4. ในระบบตั้งชื่อหมู่ของไอยูแพกเก่านั้น มันถูกตั้งชื่อว่า หมู่ IA (อ่านว่า "หมู่หนึ่งเอ" โดย "I" เป็นระบบเลขโรมัน)^[11]
5. The number given in parentheses refers to the measurement uncertainty. This uncertainty applies to the least significant figure(s) of the number prior to the parenthesized value (ie. counting from rightmost digit to left). For instance, 1.00794(7) stands for 1.00794±0.00007, while 1.00794(72) stands for 1.00794±0.00072.^[34]
6. The value listed is the conventional value suitable for trade and commerce; the actual value may range from 6.938 to 6.997 depending on the isotopic composition of the sample.^[36]
7. The element does not have any stable nuclides, and a value in brackets indicates the mass number of the longest-lived isotope of the element.^[35][36]
8. The quoted values are for the tetracoordinate ions, except for Rb⁺ and Cs⁺ where they are for the hexacoordinate ion.

อ้างอิง

1. สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): อาร์เอสซี–ไอยูแพก. ISBN 0-85404-438-8. pp. 248–49. Electronic version..
2. Coghill, Anne M.; Garson, Lorrin R., บ.ก. (2006). The ACS Style Guide: Effective Communication of Scientific Information (3rd ed.). Washington, D.C.: American Chemical Society. p. 127. ISBN 0-8412-3999-1..
3. Coplen, T. B.; Peiser, H. S. (1998). "History of the recommended atomic-weight values from 1882 to 1997: a comparison of differences from current values to the estimated uncertainties of earlier values" (PDF). Pure Appl. Chem. 70 (1): 237–257. doi:10.1351/pac199870010237..
4. สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): อาร์เอสซี–ไอยูแพก. ISBN 0-85404-438-8. pp. 51. Electronic version..
5. Leach, Mark R. (1999–2012). "The Internet Database of Periodic Tables". meta-synthesis.com. สืบค้นเมื่อ 20 May 2012.
6. Royal Society of Chemistry. "Visual Elements: Group 1 – The Alkali Metals". Visual Elements. Royal Society of Chemistry. สืบค้นเมื่อ 13 January 2012.
7. "Periodic Table: Atomic Properties of the Elements" (PDF). nist.gov. National Institute of Standards and Technology. September 2010. สืบค้นเมื่อ 17 February 2012.
10. The OpenLearn team (2012). "Alkali metals". OpenLearn. The Open University. สืบค้นเมื่อ 9 July 2012.
11. Fluck, E. (1988). "New Notations in the Periodic Table" (PDF). Pure Appl. Chem. IUPAC. 60 (3): 431–436. doi:10.1351/pac198860030431. สืบค้นเมื่อ 24 March 2012.
12. "IUPAC Periodic Table of the Elements" (PDF). iupac.org. International Union of Pure and Applied Chemistry. 21 January 2011. สืบค้นเมื่อ 22 February 2012.
16. Gray, Theodore. "Alkali Metal Bangs". Theodore Gray. สืบค้นเมื่อ 13 May 2012.
19. Lougheed, R.W.; Landrum, J.H.; Hulet, E.K.; Wild, J.F.; Dougan, R.J.; Dougan, A.D.; Gäggeler, H.; Schädel, M; Moody, K.J.; Gregorich, K.E.; Seaborg, G. (1985). "Search for superheavy elements using ⁴⁸Ca + ²⁵⁴Es^g reaction". Physical Review C. 32 (5): 1760–1763. Bibcode:1985PhRvC..32.1760L. doi:10.1103/PhysRevC.32.1760.
20. Gäggeler, Heinz W. (5–7 November 2007). "Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements" (PDF). Lecture Course Texas A&M. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2012-02-20. สืบค้นเมื่อ 26 February 2012.
34. "Standard Uncertainty and Relative Standard Uncertainty". CODATA reference. National Institute of Standards and Technology. สืบค้นเมื่อ 26 September 2011.
35. Wieser, Michael E.; Berglund, Michael (2009). "Atomic weights of the elements 2007 (IUPAC Technical Report)" (PDF). Pure Appl. Chem. IUPAC. 81 (11): 2131–2156. doi:10.1351/PAC-REP-09-08-03. สืบค้นเมื่อ 7 February 2012.
36. Wieser, Michael E.; Coplen, Tyler B. (2011). "Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report)" (PDF). Pure Appl. Chem. IUPAC. 83 (2): 359–396. doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14. สืบค้นเมื่อ 11 February 2012.
37. Klehr, Wolfram (21 May 2007). "Francium". apsidium.com. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2008-05-09. สืบค้นเมื่อ 25 April 2012.
38. Clark, Jim (2005). "Atomic and Physical Properties of the Group 1 Elements". chemguide. สืบค้นเมื่อ 30 January 2012.