現在你周圍有許多鹼金屬。鈉存在於食鹽中，鋰在你的手機電池中，鉀在你的香蕉中。
什麼是鹼金屬？
鹼金屬是元素周期表第一列的六種不同化學元素：鋰（Li），鈉（Na），鉀（K），銣（Rb），銫（Cs）和鍅（Fr）。它們屬於元素周期表中的S區，那些與氫、氦和鈣等一樣，它們的最外層電子位於S軌道中。
鹼金屬是與水和氧高度反應的軟金屬。它們如此柔軟，以至於你可以用塑料刀切開它們。它們還有銀色光澤，並且是很好的熱和光的導體。
為什麼叫做鹼金屬？
鹼金屬之所以如此稱呼，是因為當鹼金屬與水反應時，會生成高度鹼性的物質。鹼性指的是物質的pH值，即中和酸的能力。高度鹼性的物質可以形成能夠中和酸的強鹼，並保持穩定的pH值。
鹼金屬不應與鹼土金屬混淆。
鹼金屬的化學性質
每個元素都有一個由質子和中子組成的核，鹼金屬也不例外。原子核周圍是帶有負電荷的電子。這些電子存在於原子核周圍的能量殼中，每個能量殼可以容納不同數量的電子。第一層最多可容納兩個電子；第二層可容納八個；第三層，18個；第四層，32個。正是這些電子殼和鹼金屬的結構使它們具有高度反應性。
所有的原子自然希望擁有完整的最外層電子。然而，元素周期表第一列中的元素在最外層殼中都有一個電子。這個最外層殼也稱為價殼，居住在那裡的電子稱為價電子。
高反應性與低反應性
最外層殼中只有一個價電子，使鹼金屬原子很容易達到穩定狀態——它們只需要失去一個電子！這種即使失去一個電子也能平衡的願望和容易性稱為高度反應性。事實上，化學中的反應性是由最外層殼中的電子數量定義的。
稀有氣體（如氖和氦等元素）因為它們的最外層電子殼是滿的，所以不太活躍。這就是為什麼化學家談論原子想要實現「稀有氣體配置」。
「由於鹼金屬只有一個價電子，它們通常通過放棄這個電子來實現這一狀態。在這個過程中，鹼金屬被說成是氧化的，而從鹼金屬那裡奪取電子的物質被稱為還原的。所有鹼金屬都想放棄它們唯一的價電子」，賓夕法尼亞州東頓拉法耶特學院的化學教授Chip Nataro博士說。
「由於電子帶有-1的電荷，失去一個電子會使原子具有+1的電荷。此時，原子被稱為離子，並且由於它具有正電荷，因此被稱為陽離子。因此，所有鹼金屬都想形成帶有+1電荷的陽離子。」
鹼金屬在自然界中
由於鹼金屬容易反應，因此它們通常以與其他金屬結合的形式存在於自然界中。例如，氯化鈉（食鹽）和碳酸鈉（純鹼）是廣泛存在的鈉化合物。
如果一種元素具有高度反應性，那麼在自然界中找到其純形式會更加困難。
「所有這些元素最初都是在化合物中發現的，其中一些發現難以歸於某人，這是由於化合物的豐富性和用途所致」，Nataro說。「隨著你在元素周期表中向下移動，鹼金屬更傾向於失去它們的價電子」，因此，「在自然界中找到的元素量也減少了，導致發現日期也晚。」
鹼金屬何時被發現的？
鋰最早於1817年被發現，當時瑞典化學家約翰·奧古斯特·阿爾夫維德森在分析礦石。銫和銣分別於1860年和1861年由德國化學家羅伯特·本生（他名字命名了本生燈）和古斯塔夫·基爾霍夫（他制定了基爾霍夫的電流定律）發現。鍅，當前我們所知的最具反應性的鹼金屬，於1939年由法國科學家瑪格麗特·佩雷伊在巴黎居裡研究所發現。
鈉和鉀是兩種非常常見的鹼金屬，它們的發現日期未知，因為它們已經被使用了很長時間。但是科學家直到1807年著名的化學家漢弗雷·戴維才分離出這些純元素。銣直到1928年才被分離，也是由本生和基爾霍夫完成的。
鹼金屬對水和空氣反應強烈。這些元素會因產生氫氣而跳舞、嘶嘶作響，甚至爆炸。隨著你在元素周期表中向下移動，它們變得更加活躍，銫和鍅如此活躍，它們在暴露於空氣時甚至會起火。隨著元素周期表中位置的下移，它們的原子半徑增加，電負性減少，熔點和沸點降低。
你可能想知道如果它們對空氣和水反應如此劇烈，鹼金屬怎麼能在自然界中被發現。事實上，由於它們強烈反應於並失去那個價電子，大多數鹼金屬在自然界中以離子形式存在。以離子形式存在時，這些金屬的反應性會大大降低。
鹼金屬在日常生活中的應用
鹼金屬具有有趣的化學雙重性，因為它們在日常生活中非常常見，但在其原始元素形式中非常罕見。
銫原子鐘
這幅銫原子鐘的插圖顯示了銫束管。銫原子鐘非常精確。它在數百萬年內只會誤差一秒鐘。
例如，鉀和鈉離子是必需的營養素；作為電解質，它們調節血壓和體內的液體平衡。你無法在商店中購買純鈉原子，但你可以在許多食物中找到它，以及食鹽（氯化鈉）、小蘇打（碳酸氫鈉）和苛性鈉（氫氧化鈉）。
鉀鹽（氯化鉀）可用於治療低血鉀，並且是商業肥料中的重要成分。氫氧化鉀用於肥皂溶液。硝酸鉀（硝石）曾用於製造火藥，順便說一下，它還是一種優秀的食品防腐劑，賦予熱狗和其他加工肉品粉紅色調。
鋰用於電池生產，而鋰鹽用於作為情緒穩定劑。
較活躍的元素，如銫、銣和鍅，具有較少的自然用途。銫用於原子鐘、鑽探和製造光學玻璃等專門應用。銣用於醫學成像和真空管。鍅非常稀有，因此商業應用較少，但它用於研究和診斷某些形式的癌症。
最後，所有鹼金屬在化學領域中也是非常有用的教學工具。老師們喜歡通過把鹼金屬放入水中來展示反應性原理，然後讓學生們驚歎地看著它噴火和爆炸。
現在真的是輻射性的！
鍅是最稀有的鹼金屬，也是地球地殼中第二稀有的元素（估計地球地殼中僅有340-550克，大約1磅）。它還恰好是高度放射性的，最大壽命僅為22分鐘。鍅從未被投入水中，因為它太稀有且昂貴，但科學家確實預期它會有最高的鹼金屬反應。
常見問題解答
什麼是鹼金屬？
鹼金屬是一組在元素周期表中具有相似性質的元素：它們都是有光澤、銀白色的高度反應金屬。鹼金屬包括鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、銣（Rb）、銫（Cs）和鍅（Fr）。