알칼리 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 뿜어내고, 반응열로 수소에 불이 붙으면 함께 달궈진 나트륨 때문에 노란 불꽃이 보여요. 조각이 크면 폭발할 수도 있어요.

반응이 다 끝나고 남은 물은 강한 염기성(알칼리성)으로 바뀌어요. '알칼리'라는 이름은 '식물을 태운 재'를 뜻하는 아랍어 al-qalī에서 왔어요. 이 재를 물에 우려낸 잿물이 염기성을 띠기 때문이에요. 워낙 주변 물질과 쉽게 반응하기 때문에, 실험실에서는 공기와 수분을 피해 리튬·나트륨·칼륨은 석유나 미네랄 오일 속에 보관하고, 반응성이 더 큰 루비듐·세슘은 비활성 기체를 채운 밀봉 유리관에 보관한답니다.

많은 원자는 가장 바깥쪽 전자 껍질을 전자 8개(가장 안쪽 껍질만 있으면 2개)로 꽉 채워서 편안하게 쉬고 싶어 해요. 화학에서는 이 경향을 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 떼어 내는 데 드는 에너지는 아주 작은데, 전자를 내주고 물과 새 물질을 만들 때는 훨씬 큰 에너지가 나와요. 그래서 전체적으로 많은 열과 빛이 생기며 눈앞에서 격렬한 반응이 일어나는 거예요.

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.