알칼리 금속
주머니에 든 뜨거운 동전 하나를 누구에게든 쥐여주고 싶어서 안달이 난 성미 급한 금속 가족이에요.
정의 알칼리 금속은 주기율표의 가장 왼쪽 줄(1족)에 나란히 자리 잡은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)을 통틀어 부르는 말이에요. 일반적인 금속과 달리 칼로 쉽게 잘릴 만큼 무르고 가벼우며, 가장 바깥 껍질에 있는 전자 하나를 잃고 안정해지려는 성질이 매우 강해요. 그래서 공기 중의 산소나 물과 닿는 즉시 격렬하게 반응하여 불꽃을 튀기며 강한 염기성 물질을 만들어내요.
물을 만나는 순간 불꽃을 튀기는 별난 금속
금속이라고 하면 흔히 단단한 강철이나 번쩍이는 은수저를 떠올려요. 하지만 알칼리 금속은 차가운 버터나 지우개처럼 일반 부엌칼로도 부드럽게 썰릴 정도로 매우 무르고 가벼워요.
진짜 놀라운 성질은 물과 만났을 때 나타나요. 쇠구슬은 물에 넣으면 바닥으로 가라앉지만, 나트륨 조각을 물에 떨어뜨리면 물 위에 둥둥 뜬 채로 사방을 미끄러지듯 돌아다녀요. 그러고는 치익 하는 소리와 함께 수소 기체를 뿜어내며 노란 불꽃을 일으키고 폭발해요.
반응이 다 끝나고 남은 물은 강한 염기성(알칼리성)으로 바뀌어요. '알칼리'라는 이름도 물에 녹아 염기성을 띠는 잿물(alkali)을 만든다는 옛 아랍어에서 유래했어요. 워낙 주변 물질과 쉽게 반응하기 때문에, 실험실에서는 공기와 수분을 피해 미네랄 오일이나 석유 속에 푹 담가서 보관한답니다.
왜 이렇게 전자를 버리지 못해 안달일까요?
세상의 모든 원자는 가장 바깥쪽 전자 껍질에 전자 8개를 꽉 채워서 편안하게 쉬고 싶어 해요. 화학에서는 이 성질을 옥텟 규칙(8개의 전자를 채우려는 규칙)이라고 불러요.
그런데 알칼리 금속의 바깥 껍질에는 애매하게 전자 딱 1개만이 혼자 돌고 있어요. 8개를 채우기 위해 7개의 전자를 어디선가 억지로 구해오는 것보다, 귀찮은 전자 1개를 밖으로 훌훌 던져버리는 편이 훨씬 빠르고 효율적이에요.
이 때문에 알칼리 금속은 주변에 산소나 물처럼 전자를 받아줄 수 있는 짝꿍이 보이기만 하면 망설임 없이 전자를 줘버려요. 전자를 내주는 순간 엄청난 에너지가 열과 빛으로 터져 나오면서 눈앞에서 격렬한 반응이 일어나는 거예요.
조금 더 정확히 말하면: 아래로 갈수록 폭발력이 커져요
알칼리 금속 가족이라고 해서 모두 성격이 똑같이 급한 것은 아니에요. 주기율표를 보면 위에서부터 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 순서로 아래로 배치되어 있어요.
아래로 내려갈수록 원자가 가진 전자 껍질 수가 늘어나면서 원자의 덩치(반지름)가 점점 커져요. 원자 중심에 있는 플러스(+) 전하의 원자핵과 맨 바깥의 마이너스(-) 전자는 자석처럼 서로를 끌어당기는데, 둘 사이의 거리가 멀어질수록 붙잡는 힘이 약해져요.
원자핵의 손길이 잘 닿지 않으니 맨 바깥 전자는 더 쉽게 떨어져 나가요. 이를 전문 용어로 '이온화 에너지가 작아진다'고 해요. 결국 리튬은 물속에서 조용히 보글거리지만, 세슘은 물에 닿자마자 유리 수조를 깨뜨릴 만큼 무시무시하게 폭발한답니다.
🤔 흔한 오해
수소(H)도 주기율표 1족 맨 위에 있으니 알칼리 금속이다.
수소는 바깥 전자가 1개여서 1족 자리에 놓였을 뿐, 금속이 아니라 기체 비금속이에요. 알칼리 금속은 1족 원소 중 수소를 뺀 리튬부터 시작해요.
🧺 일상에서 만나요
알칼리 금속은 바깥 전자 1개를 던져버리고 안정해지기 위해 물과 산소를 만나면 격렬하게 폭발하는 무르고 반응성 큰 금속들이에요.