**알칼리 금속**은 화학 원소 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)으로 구성된 화학 계열이다. 수소와 함께 주기율표의 s-구역에 있는 1족 원소를 구성한다.|name=group-numbering|group="주"}} 모든 알칼리 금속은 최외각 전자를 s 오비탈에 가지고 있다. 이 공유 전자 구성은 알칼리 금속들이 매우 유사한 성질을 갖도록 한다. 대표 원소의 이름을 따서 **리튬족**이라고도 한다.

알칼리 금속은 표준 온도 압력에서 광택이 있고 무르고 반응성이 높은 금속이며, 최외각 전자 껍질의 전자 하나를 쉽게 잃어 +1 전하를 가진 양이온을 이룬다. 무른 금속이므로 칼로 쉽게 자를 수 있으며, 잘린 반짝이는 표면은 공기 중의 수분과 산소와 결합하여 산화하여 빠르게 변색된다. 리튬의 경우엔 공기 중의 질소와도 반응한다. 반응성이 높기 때문에 공기와의 반응을 방지하기 위해 기름 속에 저장해야 하며, 자연적으로는 염의 형태로만 발견되며, 자유 원자로는 발견되지 않는다. 다섯 번째 알칼리 금속인 세슘은 모든 금속 중에서 가장 반응성이 높다. 모든 알칼리 금속은 물과 반응하며, 무거운 알칼리 금속은 가벼운 금속보다 더 격렬하게 반응한다.

발견된 모든 알칼리 금속은 자연에서 화합물 형태로만 발견된다. 나트륨이 가장 풍부하며 그 다음으로 칼륨, 리튬, 루비듐, 세슘 순이며, 높은 방사성을 띤 프랑슘은 매우 드물게 발견된다. 프랑슘은 붕괴 계열의 중간 산물 형태인 미량 동위원소로만 발견된다. 알칼리 금속의 다음 원소 후보인 우누넨늄(Uue)을 합성하기 위한 실험이 진행되었으나 성공을 거두지는 못했다. 우누넨늄은 초중량 원소의 화학적 성질에 큰 영향을 미치는 상대론적 효과의 예측에 의하면 알칼리 금속이 아닐 수 있으며 알칼리 금속에 속하더라도 다른 알칼리 금속과는 물리적, 화학적 성질에 어느 정도 차이가 있을 것으로 예측된다.

대부분의 알칼리 금속은 많은 응용 분야에서 쓰이고 있다. 순수한 원소의 가장 잘 알려진 응용은 원자 시계에 루비듐과 세슘을 사용하는 것이며, 그중 세슘 원자 시계는 1초를 정의하는 기준이 된다. 나트륨은 효율적인 조명 기구인 나트륨등에 사용된다. 먹는 소금은 염화 나트륨이 주성분으로, 고대부터 사용되어 왔다. 리튬은 정신의학 약과 리튬 전지의 산화극 소재로 사용된다. 나트륨과 칼륨은 필수 무기질로, 전해질로 주요한 생물학적 역할을 하고 있으며, 다른 알칼리 금속은 필수는 아니지만, 신체에 유익하고 해로운 다양한 영향을 미친다.

## 역사
나트륨 화합물인 소금(염화 나트륨)은 고대부터 인간 활동에 있어 중요한 상품으로, 급여를 뜻하는 영어 단어 "salary"도 로마 병사에게 소금 구입을 위해 지급된 돈을 가리키는 단어 살라리움(''salarium'')에서 유래되었다.

순수한 칼륨은 1807년 영국의 험프리 데이비에 의해 처음으로 분리되었다. 데이비는 새롭게 발명된 볼타 전지를 이용하여 가성 칼리의 용융된 소금을 전기 분해하여 추출했다. 이전의 칼리 수용액을 이용한 전기 분해 시도는 칼륨의 높은 반응성으로 인해 성공하지 못했다.

페탈라이트(LiAlSi

루비듐과 세슘은 로베르트 분젠과 구스타프 키르히호프가 1859년 발명한 분광기를 이용해 발견한 최초의 원소이다.

1865년경 존 뉴랜즈는 일련의 논문을 발표했는데 원자량이 증가하는 순으로 원소를 나열했을 때 유사한 물리적 화학적 성질을 가진 원소가 8개 간격으로 되풀이됨을 보였다. 그는 이런 주기성을 음악의 옥타브에 비유하여 한 옥타브 떨어진 음표가 비슷한 음악적 기능을 가지는 것과 비교하였다. 뉴랜즈는 논문에서 당시 알려진 모든 알칼리 금속(리튬에서 세슘까지)을 알칼리 금속처럼 +1 산화 상태 특성을 가진 구리, 은, 탈륨과 한 족으로 묶었다. 뉴랜즈는 할로젠과 수소를 표의 같은 자리에 배치했다.

1869년 이후 드미트리 멘델레예프는 리튬을 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 탈륨을 가진 족의 맨 위에 배치하는 주기율표를 제안했다.

프랑스 파리 퀴리 연구소의 마르게리트 페레가 1939년 220 keV의 붕괴 에너지가를 가진 것으로 보고된 악티늄-227 샘플을 정제하여 프랑슘을 발견하기까지 적어도 네 번의 오류와 불완전한 발견이 있었다.

주기율표에서 프랑슘 아래의 다음 원소(에카프랑슘)는 119번 원소인 우누넨늄(Uue)이 될 것이다. 우누넨늄의 합성은 1985년 캘리포니아주 버클리의 슈퍼HILAC 가속기에서 칼슘-48으로 아인슈타이늄-254의 표적을 폭격하여 처음 시도되었다. 원자가 확인되지 않아 300 nb의 한계 수율로 이어졌다.

## 존재

### 태양계 내부
오도-하킨스 규칙은 수소를 제외하고 원자 번호가 짝수인 원소가 홀수인 원소보다 더 흔하다는 내용이다. 이 규칙은 홀수 원자 번호를 가진 원소는 짝없는 양성자 하나를 가지고 있으며, 다른 양성자를 포획할 가능성이 더 높기 때문에 원자 번호가 증가한다고 주장한다. 짝수 원자 번호를 가진 원소는 양성자가 짝을 가지며, 짝진 양성자 간에 서로의 스핀을 상쇄하여 안정성을 높인다.

### 지구
지구는 태양을 형성한 것과 같은 물질의 구름으로부터 만들어졌지만, 태양계의 형성과 진화 과정에서 행성들은 서로 다른 구성비를 갖게 되었다. 결국, 지구의 자연사는 지구의 각 부분이 다른 원소 농도를 갖게 했다. 지구의 질량은 약 5.98&nbsp;kg이다. 대부분 철(32.1%), 산소(30.1%), 규소(15.1%), 마그네슘(13.9%), 황(2.9%), 니켈(1.8%), 칼슘(1.5%), 알루미늄(1.4%)으로 구성됐으며 나머지 1.2%는 미량의 다른 원소로 구성됐다. 행성의 분화로 인해 지구의 핵은 주로 철(88.8%)로 구성되어 있으며, 소량의 니켈(5.8%), 황(4.5%) 및 1% 미만의 미량 원소로 구성되어 있다고 파악된다.

알칼리 금속은 높은 반응성으로 인해 자연적으로는 순수한 금속 형태로 산출되지 않는다. 산소와 쉽게 결합하며, 이산화 규소와 강하게 결합하며, 상대적으로 밀도가 낮은 광물을 이뤄, 지구 중심부로 가라앉지 않고 지구 표면 근처에 남게 된다. 칼륨, 루비듐, 세슘도 이온 반지름이 크기 때문에 부적합 원소이다.

나트륨과 칼륨은 지구의 지각에서 가장 풍부한 10가지 원소에 속한다.

화학적 유사성에도 불구하고 리튬은 크기가 작아서 일반적으로는 나트륨이나 칼륨과 함께 산출되지 않는다.

루비듐은 아연만큼 풍부하고 구리보다 더 풍부하다. 백류석, 폴루사이트, 광로석, 진왈다이트, 레피돌라이트 등의 광물로 자연적으로 산출되지만,

## 성질

### 물리적 및 화학적 성질
알칼리 금속의 물리적 및 화학적 성질은 ns 전자 배열 때문에 원자 반지름과 이온 반지름이 매우 크며, 높은 열전도도와 전기 전도도를 가진다. 화학적 성질은 최외곽 s-궤도에 있는 유일한 원자가 전자를 잃고 +1 산화 상태를 가지는 것이 지배적인데 전자를 잃어 이온화되는 것이 쉽고, 두 번째 이온화 에너지는 매우 높기 때문이다. 대부분의 화학 작용은 처음 다섯 원소에서 대부분 관찰된다. 프랑슘의 화학적 성질은 높은 방사성 때문에 잘 확립되어 있지 않다. 프랑슘에 대해 알려진 것이 거의 없지만, 예상대로 세슘과 가깝게 행동한다는 것을 보여준다. 프랑슘의 물리적 성질은 대량으로 관찰한 적이 없기 때문에 더 피상적이다. 문헌에서 찾을 수 있는 데이터는 거의 대부분 추측성 외삽이다.

알칼리 금속은 다른 족 원소끼리에 비해 서로 더 비슷하다.

안정된 알칼리 금속은 세슘을 제외하면 모두 은색 금속이다.

모든 알칼리 금속은 반응성이 매우 높으며, 자연에서 원소 형태로는 결코 발견되지 않는다.

모든 알칼리 금속의 두 번째 이온화 에너지는 핵에 더 가까운 완전한 껍질 안에 있기 때문에 매우 높다. 예외적인 경우로 알칼리화물이 있는데, -1 산화 상태의 알칼리 금속을 함유하고 있는 불안정한 화합물로, 이례적인 알칼리화물의 발견 이전에는 알칼리 금속은 음이온을 형성할 수 없다고 예상되었고 양이온으로만 염을 만들 수 있다고 생각되었다. 알칼리 음이온은 s-전자 껍질을 채웠기 때문에, 존재하기에 충분한 안정성을 제공한다. 리튬을 제외한 모든 안정한 알칼리 금속은 알칼리화물을 형성할 수 있는 것으로 알려져 있으며,

수용액에서 알칼리 금속 이온은 화학식 [M(H의 아쿠아 이온을 형성하며, 여기서 n은 용매화 수이다. 이온의 배위수와 모양은 이온 반지름에서 예측된 결과와 잘 일치한다. 수용액에서 금속 이온에 직접 부착된 물 분자는 일차 배위권에 속한다. 물 분자와 금속 이온 사이의 결합은 산소 원자가 두 전자를 모두 제공하는 공유 결합이다. 배위 결합된 물 분자는 수소 결합을 통해 다른 물 분자에 부착될 수 있다. 이 경우 이차 배위권에 있다고 한다. 그러나 알칼리 금속 양이온의 경우, 양이온의 +1 전하가 이차 배위권과 강한 수소 결합을 형성할 수 있을 만큼 일차 배위권의 물 분자를 편극시킬 만큼 충분히 높지 않아 2차 배위권이 잘 형성되지 않아, 보다 안정적인 실체를 생성한다.

#### 리튬
리튬의 화학은 작은 Li

플루오린화 리튬은 물에 잘 녹지 않는 유일한 알칼리 금속 할로젠화물이며,

#### 프랑슘
프랑슘은 또한 높은 원자량으로 인해 약간의 차이를 보일 것으로 예측되며 전자가 빛의 속도에 상당히 근접한 비율로 이동하게 되어 상대론적 효과가 더욱 두드러진다. 알칼리 금속의 전기 음성도와 이온화 에너지가 감소하는 추세와는 대조적으로 프랑슘의 전자 음성도와 이온화 에너지는 7s 전자의 상대론적 안정화로 인해 세슘보다 높을 것으로 예측되며, 또한 원자 반지름은 비정상적으로 낮을 것으로 예상된다. 따라서 기대와는 달리 세슘은 프랑슘이 아닌 알칼리 금속 중 가장 반응성이 높다.

### 원자핵
모든 알칼리 금속의 원자 번호는 홀수이다. 따라서 알칼리 금속의 동위 원소의 핵은 홀수-홀수(양성자수와 중성자수 모두 홀수) 또는 홀수-짝수이다. 홀수-홀수 핵은 질량수가 짝수이고, 홀수-짝수 핵은 질량수가 홀수이다. 홀수-홀수 원시 핵종은 드물다. 왜냐하면 대부분의 홀수-홀수 핵은 베타 붕괴와 관련하여 매우 불안정한데, 붕괴 생성물이 짝수-짝수 핵이고, 핵 짝짓기 효과로 인해 더 강하게 결합되기 때문이다.

홀수-홀수 핵의 희귀성 때문에 알칼리 금속의 거의 모든 원시 동위 원소는 홀수-짝수(경량의 안정 동위 원소인 리튬-6과 장수명 방사성 동위 원소인 칼륨-40만이 예외이다)이다. 홀수 질량수인 경우, 짝수-홀수 핵과 홀수-짝수 핵 사이의 결합 에너지 차이가 없기 때문에 하나의 베타 안정성 핵종만 있을 수 있다. 동일한 질량수(동중 원소)의 다른 핵종은 최소 질량의 핵종을 향해 자유롭게 베타 붕괴가 일어난다. 두 종륭의 핵자 중 어느 쪽이라도 홀수인 경우에 불안정하다는 효과 때문에 알칼리 금속과 같은 홀수 원자 번호의 원소는 짝수 원자 번호의 원소보다 적은 수의 안정 동위 원소를 갖는 경향이 있다. 안정 동위 원소가 하나인 26개의 원소 중 하나를 제외하고는 모두 홀수 원자 번호를 갖고 있으며, 하나를 제외하고는 모두 짝수 개의 중성자를 가지고 있다. 두 규칙의 유일한 예외는 베릴륨으로, 원자 번호가 낮기 때문이다.

리튬과 세슘을 제외한 모든 알칼리 금속은 적어도 하나의 천연 방사성 동위 원소를 가지고 있다. 나트륨-22와 나트륨-24는 우주선에 의해 생겨나는 미량 방사성 동위 원소이며, 천연 루비듐은 마찬가지로 약한 방사성이 있으며, 27.83%는 장수명 방사성 동위 원소 루비듐-87이다.

30.17년의 반감기를 가진 세슘-137은 스트론튬-90과 함께 사용 후 최대 수백 년까지 사용후 핵연료의 방사능 대부분을 담당하는 두 가지 주요 중생 핵분열 생성물이다. 체르노빌 사고에서 아직 남아 있는 방사능의 대부분을 차지한다. 세슘-137은 고에너지 베타 붕괴를 겪으며 결국 안정적인 바륨-137이 된다. 감마선의 강한 방출체이다. 세슘-137은 중성자 포획률이 매우 낮으며, 가능성은 낮지만, 결국 붕괴하게 된다. 세슘-137은 삼중수소와 유사하게 수문학 연구에서 추적자로 사용되어 왔다.

## 주기성
알칼리 금속은 다른 족 원소끼리에 비해 서로 더 비슷하다.

### 원자 및 이온 반지름
알칼리 금속의 원자 반지름은 아래로 내려갈수록 증가한다.

알칼리 금속의 이온 반지름은 원자 반지름보다 훨씬 작다. 이는 알칼리 금속의 가장 바깥쪽 전자가 내부 전자와 다른 전자 껍질에 있기 때문에, 제거되면 원자는 전자 껍질이 하나 더 적어지고, 크기도 작아진다. 또한 유효 핵 전하가 증가하여 전자가 핵쪽으로 더 강하게 끌려, 이온 반지름이 감소한다.

### 첫 번째 이온화 에너지
원소 또는 분자의 첫 번째 이온화 에너지는 원소 또는 분자의 기체 원자 한 몰에서 가장 느슨하게 유지되는 전자를 이동시켜 전하 +1의 기체 이온 한 몰을 형성하는 데 필요한 에너지이다. 첫 번째 이온화 에너지에 영향을 미치는 요인은 핵전하, 내부 전자에 의한 차폐 효과, 그리고 핵으로부터 가장 느슨하게 유지되는 전자(전형 원소의 경우엔 항상 가장 바깥 전자이다)와의 거리이다. 처음 두 가지 요인은 가장 느슨하게 유지되는 전자의 유효 핵전하를 변화시킨다. 알칼리 금속의 가장 바깥 전자는 항상 같은 유효 핵전하(+1)를 느끼기 때문에, 첫 번째 이온화 에너지에 영향을 미치는 유일한 요인은 가장 바깥쪽 전자에서 핵까지의 거리 뿐이다. 이 거리가 주기율표에서 아래로 내려갈수록 증가하기 때문에 가장 바깥쪽 전자는 핵으로부터 덜 끌리게 되고, 따라서 첫 번째 이온화 에너지가 감소한다.

알칼리 금속의 두 번째 이온화 에너지는 두 번째로 느슨하게 유지되는 전자가 완전히 채워진 전자 껍질의 일부로 제거하기 어렵기 때문에 첫 번째 이온화 에너지보다 훨씬 높다.

### 반응성
알칼리 금속의 반응성은 아래로 내려가면서 증가한다. 이는 알칼리 금속의 첫 번째 이온화 에너지와 원자화 엔탈피라는 두 요인이 복합적으로 작용한 결과이다. 알칼리 금속의 첫 번째 이온화 에너지가 아래로 갈수록 줄기 때문에, 가장 바깥쪽 전자가 원자에서 제거되어 화학 반응에 참여하기 더 쉬워져 아래로 갈수록 반응성이 증가한다. 원자화 엔탈피는 원소의 금속 결합의 강도를 측정하는데, 아래로 내려갈수록 원자 반지름이 증가하고, 따라서 금속 결합의 길이가 증가하게 되며, 비편재화 전자가 더 무거운 알칼리 금속 핵의 인력에서 더 멀리 벗어나게 된다. 원자화 엔탈피와 첫 번째 이온화 에너지를 더한 값은 알칼리 금속과 다른 물질 사이의 반응의 활성화 에너지와 밀접하게 관련된다. 이 값은 아래로 갈수록 감소하고 활성화 에너지도 감소한다. 따라서 화학 반응이 더 빨리 일어날 수 있고, 반응성은 아래로 갈수록 증가한다.

### 전기 음성도
전기 음성도는 원자나 작용기가 전자(또는 전자 밀도)를 자기 쪽으로 끌어당기는 경향을 설명하는 화학적 성질이다.

리튬의 높은 전기 음성도 때문에, 리튬 화합물 중 일부는 더 공유 결합의 특성을 가지게 된다. 예를 들어 아이오딘화 리튬(LiI)은 대부분의 공유 화합물처럼 유기 용매에 용해된다. 플루오린화 리튬(LiF)은 물에 녹지 않는 유일한 할로젠화 알칼리 금속이며,

### 녹는점과 끓는점
물질의 녹는점은 고체에서 액체로 상이 바뀌는 온도이고, 끓는점은 액체의 증기 압력이 액체를 둘러싼 환경 압력과 같아 따라서 알칼리 금속의 녹는점과 끓는점은 금속 결합의 강도가 아래로 갈수록 감소함을 나타낸다.

### 밀도
알칼리 금속은 모두 같은 결정 구조(체심 입방 격자)를 가지고 있으므로,