알칼리 금속 원소들이 모두 물과 반응하는 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 주기율표에서 1족에 해당하는 알칼리 금속 원소들이 모두 물과의 폭발적인 반응을 일으키고 수소 기체를 방출하는 이유는 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요.

알칼리 금속은 1족 원소로 리튬 Li, 나트륨 Na, 칼륨 K, 루비듐 Rb, 세슘 Cs이 해당하고 주기율표에서 가장 왼쪽에 위치하며, 물과의 격렬한 반응으로 잘 알려져 있습니다.

알칼리 금속은 모두 가장 바깥 껍질에 s 전자 1개를 가지고 있는데요 예를 들어, Li: [He]2s¹, Na: [Ne]3s¹, K: [Ar]4s¹의 배치를 갖고 단 하나의 s 전자는 핵으로부터 멀리 떨어져 있고, 다른 전자들에 의해 전자 차폐를 받기 때문에 매우 약하게 묶여 있습니다. 따라서 이 전자는 쉽게 떨어져 나가 양이온(M⁺)을 형성하게 되며, 이것이 알칼리 금속의 강한 환원력의 원인인데요,알칼리 금속이 물에 닿으면 금속 M이 전자 하나를 잃고 M⁺로 산화되며 금속이 전자를 내어주고 물이 그 전자를 받아 수소를 방출하는 전형적인 산화-환원 반응입니다. 이 반응은 매우 발열적인데요, 물과 금속이 접촉하면 금속 표면에서 급격히 전자가 이동하면서 수소 기체와 수산화 금속 용액이 동시에 형성되고, 그 과정에서 큰 열이 방출됩니다. 이때 방출된 열이 주변의 수소 기체에 불을 붙이거나 폭발을 일으키며 특히 K, Rb, Cs 등 무거운 알칼리 금속일수록 외곽 전자가 핵에서 멀리 떨어져 있어 더 쉽게 떨어지므로 반응이 점점 더 격렬해집니다. 감사합니다.