Logam alkali

Litium

Kimia litium menunjukkan beberapa perbedaan dari golongan logam alkali lainnya karena kation Li⁺ yang kecil mempolarisasi anion dan menghasilkan senyawa yang lebih memiliki karakter kovalen. Litium dan magnesium memiliki hubungan diagonal karena kemiripan jari-jari atom mereka, sehingga keduanya menunjukkan kemiripan. Sebagai contoh, litium membentuk nitrida stabil, suatu sifat yang umum di antara logam alkali tanah (golongan magnesium) tetapi unik untuk logam alkali. Sebagai tambahan, dalam golongan masing-masing, hanya litium dan magnesium yang membentuk senyawa organologam kovalen (misalnya LiMe dan MgMe2).
Litium fluorida adalah satu-satunya halida logam alkali yang tidak larut dalam air, dan litium hidroksida adalah satu-satunya hidroksida logam alkali yang tidak higroskopis. Sebaliknya, litium perklorat dan garam litium lainnya dengan anion besar yang tidak dapat dipolarisasi jauh lebih stabil daripada senyawa logam alkali analogi lainnya, kemungkinan karena Li⁺ memiliki energi solvasi yang tinggi. Efek ini juga berarti bahwa garam litium yang paling sederhana umumnya berada dalam bentuk terhidrasi, karena bentuk anhidratnya sangat higroskopis: hal ini memungkinkan garam-garam seperti litium klorida dan litium bromida digunakan dalam pengawalembab (bahasa Inggris: dehumidifier) dan penyejuk udara.

Fransium

Fransium juga diprediksi menunjukkan beberapa perbedaan karena massa atomnya yang tinggi, menyebabkan elektron bergerak pada fraksi hampir mendekati kecepatan cahaya dan dengan demikian efek relativistik menjadi lebih menonjol. Berlawanan dengan kecenderungan penurunan elektronegativitas dan energi ionisasi logam alkali, elektronegativitas dan energi ionisasi fransium diprediksi lebih tinggi daripada sesium mengingat stabilisasi relativistik elektron 7s nya; selain itu, jari-jari atomnya diperkirakan pendek yang tidak sewajarnya. Seluruh sifat fisika fransium yang diketahui juga menyimpang dari kecenderungan yang jelas dari litium ke sesium, seperti energi ionisasi pertama, afinitas elektron, dan kemampuan mempolarisasi anion. Molekul CsFr juga terpolarisasi sebagai Cs⁺Fr⁻, menunjukkan bahwa efek relativistik jauh lebih kuat dalam mempengaruhi subkulit 7s fransium daripada subkulit 6s sesium. Sebagai tambahan, fransium superoksida (FrO₂) diperkirakan memiliki karakter kovalen, tidak seperti superoksida logam alkali lainnya, karena kontribusi ikatan dari elektron 6p fransium.

Tren periodik

Logam-logam alkali lebih mirip satu sama lain dibandingkan unsur-unsur dalam satu golongan yang lain. Misalnya, dari atas ke bawah pada tabel, seluruh logam alkali yang diketahui menunjukkan kenaikan jari-jari atom, penurunan elektronegativitas, kenaikan reaktivitas, dan penurunan titik didih dan leleh beserta kalor pembentukan dan penguapan. Secara umum, densitas mereka meningkat sepanjang kolom dari atas ke bawah, dengan perkecualian bahwa kalium memiliki densitas yang lebih kecil daripada natrium.

Jari-jari atom dan ion

Jari-jari atom logam alkali bertambah dalam satu golongan dari atas ke bawah. Karena efek perlindungan, ketika atom memiliki lebih dari satu kulit elektron, masing-masing elektron terpengaruh gaya tolak dari elektron lain seperti gaya tarik dari inti atom. Pada logam alkali, elektron terluar hanya merasakan muatan bersih +1, karena beberapa muatan inti (yang sama dengan nomor atom) dinetralkan oleh elektron-elektron bagian dalam; jumlah elektron dalam logam alkali selalu kurang satu daripada muatan inti. Oleh karena itu, satu-satunya faktor yang mempengaruhi jari-jari atom logam alkali adalah jumlah kulit elektron. Oleh karena jumlah ini meningkat dari atas ke bawah sepanjang golongan, maka dari atas ke bawah dalam golongan logam alkali jari-jari atom meningkat.
Jari-jari ion logam alkali jauh lebih kecil daripada jari-jari atomnya. Hal ini karena elektron terluar logam alkali berada pada kulit elektron yang berbeda dengan elektron dalamnya, sehingga ketika satu elektron tersebut dilepaskan, atom yang dihasilkan mempunyai lebih sedikit kulit elektron sehingga lebih kecil. Selain itu, muatan inti efektif telah meningkat, sehingga elektron tertarik lebih kuat kepada inti atom, akibatnya jari-jari ion menurun.

Energi ionisasi pertama

Energi ionisasi pertama suatu unsur atau molekul adalah energi yang diperlukan untuk menggerakkan elektron dengan ikatan paling longgar dari satu mol atom gas unsur atau molekul untuk membentuk satu mol ion gas dengan muatan +1. Faktor-faktor yang mempengaruhi energi ionisasi petama adalah muatan inti, jumlah penopengan oleh elektron dalam dan jarak elektron terlonggar dari inti atom, yang biasanya merupakan elektron terluar dalam unsur golongan utama. Dua faktor pertama mengubah muatan inti efektif yang dirasakan oleh elektron terlonggar. Oleh karena elektron terluar logam alkali selalu merasakan muatan inti efektif yang sama (+1), satu-satunya faktor yang mempengaruhi energi ionisasi pertama adalah jarak dari elektron terluar ke inti atom. Oleh karena jarak meningkat sepanjang golongan dari atas ke bawah, elektron terluar merasakan daya tarik yang berkurang dari inti atom sehingga energi ionisasi pertama menurun. (Tren ini dipatahkan pada fransium karena stabilisasi dan kontraksi relativistik orbital 7s, sehingga elektron valensi fransium lebih dekat kepada inti daripada perkiraan menggunakan kalkulasi non-relativistik. Hal ini membuat elektron terluar fransium merasakan daya tarik inti atom yang lebih besar, sehingga sedikit menaikkan energi ionisasi pertama di atas sesium.)
Energi ionisasi kedua pada logam alkali jauh lebih tinggi daripada energi ionisasi pertamanya, karena elektron terlonggar kedua adalah bagian dari kulit elektron yang terisi penuh sehingga sulit untuk dibebaskan.

Reaktivitas

Reaktivitas logam alkali meningkat sepanjang golongan dari atas ke bawah. Hal ini dihasilkan oleh kombinasi dua faktor: energi ionisasi pertama dan energi atomisasi logam alkali. Oleh karena energi ionisasi pertama logam alkali menurun seiring dengan peningkatan nomor atom, hal ini menjadikan elektron terluar lebih mudah dilepaskan dari atom dan berperan dalam reaksi kimia, sehingga kereaktivan meningkat sepanjang golongan dari atas ke bawah.
Energi atomisasi menentukan kekuatan ikatan logam suatu unsur, yang melemah sepanjang golongan dari atas ke bawah seiring dengan kenaikan jari-jari atom, sehingga ikatan logam semakin panjang. Hal ini membuat delokalisasi elektron semakin menjauh dari gaya tarik inti pada logam alkali yang lebih berat. Penambahan energi atomisasi dan energi ionisasi pertama menghasilkan jumlah yang berkaitan erat dengan (tetapi tidak sama dengan) energi aktivasi reaksi logam alkali dengan zat lain. Jumlah ini menurun sepanjang golongan dari atas ke bawah, begitu pula dengan energi aktivasinya; sehingga reaksi kimia dapat terjadi lebih cepat dan reaktivitas meningkat sepanjang golongan dari atas ke bawah.

Elektronegativitas

Elektronegativitas adalah suatu sifat kimia yang menjabarkan kecenderungan sebuah atom atau gugus fungsional dalam menarik elektron (atau kerapatan elektron) dalam atom/gugus fungsi itu sendiri. Jika ikatan antara natrium dan klor dalam natrium klorida adalah kovalen, pasangan elektron bersama akan tertarik kepada klor karena muatan inti efektif pada elektron terluar adalah +7 pada klor tetapi hanya +1 pasa natrium. Pasangan elektron tertarik sangat dekat ke atom klor sehingga mereka praktis berpindah ke atom klor (membentuk ikatan ion). Namun, jika atom natrium diganti dengan atom litium, elektron tidak tertarik sangat dekat ke atom klor seperti sebelumnya karena atom litium lebih kecil, yang membuat pasangan elektron tertarik lebih kuat kepada muatan inti efektif dari litium. Oleh karena itu, atom logam alkali yang lebih besar (bagian bawah golongan) menjadi kurang elektronegatif karena ikatan pasangan elektron kurang kuat.
Oleh karena elektronegatifitas litium lebih tinggi, beberapa senyawanya lebih memiliki karakter kovalen. Contohnya, litium iodida (LiI) akan larut dalam pelarut organik, suatu sifat yang dimiliki oleh sebagian besar senyawa kovalen. Litium fluorida (LiF) adalah satu-satunya alkali halida yang tidak larut dalam air, dan litium hidroksida (LiOH) adalah satu-satunya hidroksida logam alkali yang tidak higroskopis.

Titik leleh dan titik didih

Titik leleh suatu zat adalah titik ketika terjadi perubahan keadaan dari padat menjadi cairan, sementara titik didih suatu zat (dalam keadaan cair) adalah titik ketika tekanan uap cairan sama dengan tekanan lingkungan di sekeliling cairan dan seluruh cairan berubah fasa menjadi gas. Ketika suatu logam dipanaskan hingga titik lelehnya, ikatan logam yang menjaga agar atom-atom tetap di tempatnya menjadi melemah, sehingga atom-atom dapat bergerak bebas. Ikatan logam putus total saat mencapai titik didihnya. Oleh karena itu, penurunan titik leleh dan didih logam alkali mengindikasikan penurunan kekuatan ikatan logam sepanjang golongan dari atas ke bawah. Hal ini karena atom logam saling berikatan melalui gata tarik elektromagnetik dari ion positif dengan elektron yang terdelokalisasi. Seiring dengan kenaikan ukuran atom dari atas ke bawah dalam satu golongan (karena jari-jari atomnya meningkat), inti ion bergerak lebih jauh dari elektron terdelokalisasi, sehingga ikatan logam melemah dan logam menjadi lebih mudah meleleh dan mendidih. Inilah sebabnya titik leleh dan didih menjadi lebih rendah. (Kenaikan muatan inti bukan faktor yang relevan karena efek perlindungan.)

Massa jenis

Seluruh logam alkali memiliki struktur kristal yang sama (body-centered cubic), dan oleh karena itu satu-satunya faktor yang relevan adalah jumlah atom yang dapat mengisi dalam volume tertentu dan massa satu atom, karena massa jenis didefinisikan sebagai massa per satuan volume. Faktor pertama bergantung pada volume atom dan jari-jari atom, yang semakin ke bawah meningkat dalam satu golongan; oleh karena itu, volume atom logam alkali meningkat dari atas ke bawah dalam golongan ini. Massa suatu atom logam alkali juga meningkat dari atas ke bawah dalam satu golongan. Oleh karena itu, tren massa jenis logam alkali bergantung pada massa atom dan jari-jari atomnya; jika nilai kedua faktor ini diketahui, rasio antar massa jenis logam alkali dapat dihitung. Hasilnya adalah bahwa massa jenis logam alkali naik dari atas ke bawah dalam golongan yang sama, dengan perkecualian pada kalium. Oleh karena seluruh unsurnya memiliki massa atom yang paling ringan dan jari-jari atom paling besar dalam periode masing-masing, logam alkali adalah logam paling kurang padat dalam tabel periodik. Litium, natrium, dan kalium adalah tiga logam dalam tabel periodik yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada air: kenyataannya, litium adalah padatan paling rendah massa jenisnya pada temperatur kamar.

Senyawa

Logam alkali membentuk serangkaian senyawa lengkap dengan semua anion yang biasa ditemui, yang menggambarkan tren kelompok dengan baik. Senyawa ini dapat digambarkan sebagai keterlibatan logam alkali yang menyumbangkan elektron kepada spesies akseptor dan membentuk ion monopositif. Deskripsi ini paling akurat untuk alkali halida dan menjadi semakin kurang akurat seiring dengan kenaikan muatan kationik dan anionik, dan karena anion menjadi lebih besar dan lebih terpolarisasi. Misalnya, ikatan ion memberi jalan menuju ikatan logam sepanjang seri NaCl, Na₂O, Na₂S, Na₃P, Na₃As, Na₃Sb, Na₃Bi, Na.

Senyawa intermetalik

Logam alkali membentuk banyak senyawa intermetalik satu sama lain dan dengan unsur-unsur dari golongan 2 sampai 13 dalam tabel periodik dengan berbagai stoikiometri, seperti amalgam natrium dengan raksa, termasuk Na₅Hg₈ dan Na₃Hg. Beberapa di antaranya memiliki karakteristik ionik: membentuk paduan dengan emas, logam yang paling elektronegatif, sebagai contoh, NaAu dan KAu adalah logam, tapi RbAu dan CsAu adalah semikonduktor. NaK adalah paduan natrium dan kalium yang sangat berguna karena berbentuk cair pada suhu kamar, meskipun tindakan pencegahan harus dilakukan karena reaktivitasnya yang ekstrem terhadap air dan udara. Campuran eutaktik meleleh pada suhu −12.6 °C. Paduan dari 41% cesium, 47% natrium, dan 12% kalium memiliki titik leleh terendah dari logam atau paduan yang diketahui, yaitu −78 °C.

Senyawa dengan unsur golongan 13

Senyawa intermetalik dari logam alkali dengan unsur berat golongan 13 (aluminium, galium, indium, dan thallium), seperti NaTl, adalah konduktor atau semikonduktor yang buruk, tidak seperti paduan normal dengan unsur-unsur sebelumnya, yang menyiratkan bahwa logam alkali telah kehilangan elektron ke anion Zintl yang terlibat. Meskipun demikian, sementara unsur-unsur dalam golongan 14 dan seterusnya cenderung membentuk gugus anion diskrit, unsur golongan 13 cenderung membentuk ion polimer dengan kation logam alkali yang terletak di antara kisi ion raksasa. Sebagai contoh, NaTl terdiri dari anion polimer (—Tl⁻—)ₙ dengan struktur kubik intan kovalen dengan ion Na⁺ berada di antara kisi anion. Logam alkali yang lebih besar tidak cocok dengan kisi anion dan cenderung memaksa unsut golongan 13 yang lebih berat untuk membentuk gugus anion.
Boron adalah kasus khusus, sebagai satu-satunya nonlogam dalam golongan 13. Borida logam alkali cenderung kaya boron, dengan melibatkan ikatan boron–boron yang cukup besar yang membentuk struktur deltahedral, dan secara termal tidak stabil karena logam alkali memiliki tekanan uap yang sangat tinggi pada suhu tinggi. Hal ini membuat masalah pada sintesis langsung, karena logam alkali tidak bereaksi dengan boron di bawah 700 °C, dan karenanya ini harus dilakukan dalam wadah tertutup dengan logam alkali berlebih. Selanjutnya, sebagai perkecualian dalam golongan ini, reaktivitas dengan boron menurun dalam golongan ini dari atas ke bawah: litium bereaksi sepenuhnya pada 700 °C, tetapi natrium pada suhu 900 °C dan kalium baru bereaksi mulai 1200 °C; dan reaksinya spontan untuk litium namun memerlukan waktu berjam-jam untuk kalium. Rubidium dan cesium borida bahkan belum diketahui karakteristiknya. Telah diketahui berbagai fase, seperti LiB₁₀, NaB₆, NaB₁₅, dan KB₆. Pada tekanan tinggi, ikatan boron-boron dalam litium borida berubah dari mengikuti peraturan Wade menjadi membentuk anion Zintl seperti golongan 13 lainnya.

Nitrida dan pniktida

Lithium, logam alkali yang paling ringan, adalah satu-satunya logam alkali yang bereaksi dengan nitrogen pada kondisi standar, dan nitridanya adalah satu-satunya nitrida logam alkali yang stabil. Nitrogen adalah gas yang tidak reaktif karena memutus ikatan rangkap tiga yang kuat dalam molekul dinitrogen (N₂) membutuhkan banyak energi. Pembentukan nitrida logam alkali memerlukan energi ionisasi dari logam alkali (membentuk ion M⁺), energi tersebut dibutuhkan untuk memutus ikatan rangkap tiga pada N₂ dan membentuk ion N³⁻, dan semua energi yang dilepaskan dari pembentukan nitrida logam alkali berasal dari energi kisi nitrida logam alkali. Energi kisi dimaksimalkan dengan ion kecil bermuatan tinggi; logam alkali tidak membentuk ion bermuatan tinggi, hanya membentuk ion dengan muatan +1, jadi hanya lithium, logam alkali terkecil, yang bisa melepaskan cukup energi kisi untuk membuat reaksi eksotermik dengan nitrogen, membentuk lithium nitrida. Reaksi logam alkali lainnya dengan nitrogen tidak akan melepaskan cukup energi kisi dan dengan demikian akan menjadi endotermik, sehingga tidak membentuk nitrida pada kondisi standar. (Natrium nitrida (Na₃N) dan kalium nitrida (K₃N), jika ada, sangat tidak stabil, cenderung terdekomposisi balik ke unsur penyusunnya, dan tidak dapat diproduksi dengan mereaksikan unsur-unsurnya satu sama lain pada kondisi standar.)
Semua logam alkali mudah bereaksi dengan fosfor dan arsen untuk membentuk fosfida dan arsenida dengan rumus M₃Pn (dengan M mewakili logam alkali dan Pn mewakili pniktogen). Hal ini disebabkan oleh ukuran ion P³⁻ dan As³⁻ yang lebih besar, sehingga energi kisi yang harus dilepaskan agar terbentuk garam tidak mencukupi. Ini bukan satu-satunya fosfida dan arsenida logam alkali: misalnya, kalium diketahui memiliki sembilan fosfida, dengan rumus K₃P, K₄P₃, K₅P₄, KP, K₄P₆, K₃P₇, K₃P₁₁, KP10.3, dan KP₁₅. Sementara sebagian besar logam membentuk arsenida, hanya logam alkali dan alkali tanah yang sebagian besar membentuk ion arsenida. Struktur Na₃As adalah kompleks dengan jarak Na–Na yang luar biasa pendek antara 328-330 pm yang lebih pendek daripada dalam logam natrium, dan ini menunjukkan bahwa bahkan dengan logam elektropositif ini ikatannya tidak mutlak ionik. Arsenida logam alkali lainnya yang tidak sesuai dengan rumus M₃As telah pula diketahui, seperti LiAs, yang memiliki kilau metalik dan konduktivitas listrik yang menunjukkan adanya beberapa ikatan logam. Antimonida tidak stabil dan reaktif karena ion Sb³⁻ adalah reduktor kuat; reaksi mereka dengan asam membentuk gas beracun dan tidak stabil, stibina (SbH₃). Bismuthida bahkan tidak sepenuhnya ionik; mereka adalah senyawa intermetalik yang mengandung sebagian ikatan logam dan sebagian ionik.

Oksida

Semua logam alkali bereaksi hebat dengan oksigen pada kondisi standar. Mereka membentuk berbagai jenis oksida, seperti oksida sederhana (mengandung ion O²⁻), peroksida (mengandung ion O2−2, di mana ada ikatan tunggal antara dua atom oksigen), superoksida (mengandung ion O−2), dan banyak lagi. Lithium terbakar di udara untuk membentuk lithium oksida, tetapi natrium bereaksi dengan oksigen untuk membentuk campuran natrium oksida dan natrium peroksida. Kalium membentuk campuran kalium peroksida dan kalium superoksida, sedangkan rubidium dan cesium hanya membentuk superoksida. Reaktivitas mereka meningkat sepanjang golongan dari atas ke bawah: sementara lithium, sodium dan potassium hanya menyala di udara, rubidium dan cesium bersifat piroforik (terbakar spontan di udara).
Logam alkali yang lebih kecil cenderung memolarisasi anion yang lebih kompleks (peroksida dan superoksida) karena ukurannya yang kecil. Ini menarik elektron pada anion yang lebih kompleks menuju salah satu atom oksigen penyusunnya, membentuk ion oksida dan atom oksigen. Hal ini menyebabkan lithium membentuk oksida secara eksklusif hasil reaksi dengan oksigen pada suhu kamar. Efek ini melemah secara drastis untuk natrium dan kalium yang lebih besar, yang memungkinkannya membentuk peroksida yang kurang stabil. Rubidium dan cesium, di bagian bawah golongan, berukuran sangat besar sehingga bahkan superoksida yanh paling tidak stabil pun bisa terbentuk. Oleh karena superoksida melepaskan energi paling banyak ketika terbentuk, superoksida lebih mudah terbentuk untuk logam alkali yang lebih besar di mana anion yang lebih kompleks tidak terpolarisasi. (Oksida dan peroksida untuk logam alkali ini ada, tetapi tidak terbentuk pada reaksi langsung logam dengan oksigen pada kondisi standar.) Sebagai tambahan, kecilnya ukuran ion Li⁺ dan O²⁻ memberi kontribusi pada pembentukan struktur kisi ionik yang stabil. Namun, dalam kondisi terkendali, semua logam alkali, kecuali fransium, diketahui membentuk oksida, peroksida, dan superoksidanya. Peroksida dan superoksida logam alkali adalah oksidator kuat. Natrium peroksida dan kalium superoksida bereaksi dengan karbon dioksida membentuk logam alkali karbonat dan gas oksigen, yang memungkinkannya digunakan sebagai pemurni udara kapal selam; adanya uap air, yang secara alami hadir melalui nafas, membuat penyingkiran karbondioksida oleh kalium superoksida menjadi jauh lebih efisien. Semua logam alkali yang stabil, kecuali lithium, dapat membentuk ozonida s merah (MO₃) melalui reaksi suhu rendah dari bubuk hidroksida anhidratnya dengan ozon: ozonida kemudian dapat diekstraksi dengan menggunakan amonia cair.
Rubidium dan cesium bisa membentuk oksida yang lebih rumit daripada superoksida. Rubidium dapat membentuk Rb₆O dan Rb₉O₂ pada oksidasi di udara, sedangkan caesium membentuk berbagai macam oksida, seperti ozonide CsO₃ dan beberapa suboksida berwarna cerah; seperti Cs₇O, Cs₄O, Cs₁₁O₃, Cs₃O (hijau tua), CsO, Cs₃O₂, dan juga Cs₇O₂. Oksida yang disebut terakhir dapat dipanaskan pada kondisi vakum untuk menghasilkan Cs₂O.

Kalkogenida

Analog dengan oksida, logam alkali juga dapat bereaksi dengan kalkogen yang lebih berat (belerang, selenium, tellurium, dan polonium), dan semua alkali logam kalkogenida telah dikenal (kecuali kalkogenida francium). Reaksi dengan kalkogen berlebih juga dapat menghasilkan kalkogenida yang lebih rendah, dengan ion kalkogen yang mengandung rantai atom kalkogen yang bersangkutan. Misalnya, natrium dapat bereaksi dengan belerang membentuk sulfida (Na₂S) dan berbagai polisulfida dengan rumus Na₂Sₓ (x dari 2 sampai 6), yang mengandung ion S2−x. Oleh karena alkalinitas ion Se²⁻ dan Te²⁻, selenida dan tellurida logam alkali bersifat basa dalam larutan; ketika direaksikan langsung dengan selenium dan telurium, poliselenida dan politellurida logam alkali terbentuk bersamaan dengan selenida dan tellurida dengan ion Se2−x dan Te2−x. Polonida logam alkali adalah semua senyawa ionik yang mengandung ion Po²⁻; mereka sangat stabil secara kimia dan dapat diproduksi dengan reaksi langsung dari unsur-unsurnya pada suhu sekitar 300-400 °C.

Hidrida dan halida

Logam alkali merupakan unsur yang paling elektropositif pada tabel periodik sehingga cenderung membentuk ikatan ion dengan unsur yang paling elektronegatif pada tabel periodik, halogen, membentuk garam yang dikenal sebagai halida logam alkali. Reaksinya sangat hebat dan terkadang bisa mengakibatkan ledakan. Ini termasuk natrium klorida, yang dikenal sebagai garam pada umumnya. Reaktivitasnya meningkat dari litium ke cesium dan turun dari fluor ke iodium. Semua halida logam alkali memiliki rumus MX dengan M adalah logam alkali dan X adalah halogen. Mereka semua berupa padatan kristal ionik ionik berwarna. Semua halida logam alkali larut dalam air kecuali lithium fluorida (LiF), yang tidak larut dalam air karena entalpi kisinya yang sangat tinggi. Tingginya entalpi kisi lithium fluorida akibat dari ukuran ion Li⁺ dan F⁻ yang kecil, menyebabkan interaksi elektrostatik di antara mereka menjadi kuat: Efek serupa terjadi pada magnesium fluorida, dimana lithium memiliki hubungan diagonal. Logam alkali juga bereaksi serupa dengan hidrogen membentuk hidrida logam alkali.

Larutan amonia

Logam alkali larut perlahan dalam amonia cair, membentuk gas hidrogen dan amida logam alkali (MNH₂, dengan M mewakili logam alkali): ini pertama kali dicatat oleh Humphry Davy pada tahun 1809 dan ditemukan kembali oleh W. Weyl pada tahun 1864. Prosesnya dapat dipercepat menggunakan katalis. Larutan serupa dibentuk oleh logam alkali tanah divalen berat dan lantanida kalsium, stronsium, barium, europium, dan ytterbium. Garam amida tidak mudah larut dan mudah mengendap dari larutan, meninggalkan larutan amonia logam alkali yang berwarna cerah. Pada tahun 1907, Charles Krause mengidentifikasi warnanya karena adanya elektron tersolvasi, yang berkontribusi pada tingginya konduktivitas listrik larutan ini. Pada konsentrasi rendah (di bawah 3 M), larutannya berwarna biru tua dan memiliki sepuluh kali konduktivitas larutan natrium klorida dalam air; pada konsentrasi yang lebih tinggi (di atas 3 M), larutannya berwarna tembaga dan memiliki konduktivitas mendekati konduktivitas logam cair seperti raksa. Selain garam amida logam alkali dan elektron tersolvasi, larutan amonia tersebut juga mengandung kation logam alkali (M⁺), atom logam alkali netral (M), molekul logam alkali diatomik (M₂) dan anion logam alkali (M⁻). Ketiganya tidak stabil dan akhirnya menjadi amida logam alkali yang lebih stabil secara termodinamika dan gas hidrogen. Elektron tersolvasi adalah reduktor kuat dan sering digunakan dalam sintesis kimia.

Organologam

Sebagai logam alkali terkecil, lithium membentuk berbagai senyawa organologam paling beragam dan paling stabil, melalui ikatan kovalen. Senyawa organolithium adalah padatan atau cairan volatil non-konduktif yang meleleh pada suhu rendah, dan cenderung membentuk oligomer dengan struktur (RLi)ₓ dengan R adalah gugus organik. Oleh karena sifat elektropositif lithium menempatkan sebagian besar densitas muatan ikatan pada atom karbon, yang secara efektif membentuk karbanion, senyawa organolithium adalah basa dan nukleofil yang sangat kuat. Butillithium sering digunakan sebagai basa dan tersedia secara komersial. Contoh senyawa organolithium adalah metillithium ((CH₃Li)ₓ), yang hadir dalam bentuk tetramer (x = 4) dan heksamer (x = 6).
Aplikasi senyawa organonatrium dalam kimia terbatas, karena persaingan dari senyawa organolithium, yang tersedia secara komersial dan menunjukkan reaktivitas yang lebih baik. Senyawa organonatrium utama yang penting secara komersial adalah natrium siklopentadiena. Natrium tetrafenilborat juga dapat diklasifikasikan sebagai senyawa organonatrium karena natrium dalam keadaan padat terikat pada gugus aril. Senyawa organologam dari logam alkali yang lebih tinggi lebih reaktif daripada senyawa organonatrium dan manfaatnya terbatas. Pereaksi yang terkenal adalah basa Schlosser, suatu campuran n-butillithium dan kalium tert-butoksida. Pereaksi ini bereaksi dengan propena membentuk senyawa alilkalium (KCH₂CHCH₂). cis-2-Butena dan trans-2-butena berada dalam kesetimbangan ketika bereaksi dengan logam alkali. Sementara isomerisasi berlangsung cepat dengan lithium dan natrium, isomerisasi berlangsung lambat dengan logam alkali yang lebih tinggi. Logam alkali yang lebih tinggi juga menyukai konformasi kongesti akibat halangan sterik. Beberapa struktur kristal senyawa organokalium telah dilaporkan, memantapkan bahwa senyawa tersebut, seperti senyawa natrium, bersifat polimer. Senyawa organonatrium, organokalium, organorubidium dan organocaesium sebagian besar bersifat ionik dan (hampir) tidak larut dalam pelarut nonpolar.

Pengembangan

Meskipun fransium adalah logam alkali terberat yang telah ditemukan, telah ada beberapa karya teoretis yang memprediksi karakteristik fisika dan kimia logam alkali hipotetis yang lebih berat. Sebagai unsur unsur periode 8 yang pertama, unsur yang belum ditemukan ununennium (unsur 119) diprediksi menjadi logam alkali berikutnya setelah fransium dan berperilaku seperti kongenernya yang lebih ringan; namun, diperkirakan juga berbeda dari logam alkali yang lebih ringan dalam beberapa sifat. Sifat kimianya diprediksi akan mendekati nilai kalium atau rubidium, bukan cesium atau fransium. Ini di luar kebiasaan tren periodik, dengan mengabaikan efek relativistik akan memprediksi ununennium lebih reaktif daripada cesium dan fransium. Penurunan reaktivitas disebabkan oleh stabilisasi relativistik elektron valensi ununennium, yang meningkatkan energi ionisasi pertama dan menurunkan jari-jari logam dan jari-jari ion; efek ini sudah terlihat pada fransium. Ini mengasumsikan bahwa ununenium akan, secara kimiawi, berperilaku sebagai logam alkali, yang, mungkin tidak benar, merupakan akibat efek relativistik. Stabilisasi relativistik orbital 8s juga meningkatkan afinitas elektron ununenium jauh melampaui cesium dan fransium; memang, ununenium diperkirakan memiliki afinitas elektron tertinggi daripada semua logam alkali yang lebih ringan daripadanya. Efek relativistik juga menyebabkan penurunan yang sangat besar dalam polarisabilitas ununenium. Di sisi lain, ununennium diperkirakan akan melanjutkan tren titik leleh menurun ke bawah golongan, diperkirakan memiliki titik leleh antara 0 °C dan 30 °C.
Stabilisasi elektron valensi ununennium yang berdampak pada kontraksi orbital 8s menyebabkan radius atom turun menjadi 240 pm, sangat dekat dengan rubidium (247 pm), sehingga kimia ununennium pada tingkat oksidasi +1 lebih mirip dengan kimia rubidium daripada fransium. Di sisi lain, jari-jari ion Uue⁺ diperkirakan lebih besar daripada Rb⁺, karena orbital 7p tidak stabil dan dengan demikian lebih besar daripada orbital-p dari kelopak yang lebih rendah. Ununennium juga dapat menunjukkan tingkat oksidasi +3, yang tidak terlihat pada logam alkali lainnya, di samping tingkat oksidasi +1 yang merupakan karakteristik logam alkali lainnya dan juga merupakan tingkat oksidasi utama semua logam alkali yang dikenal: ini karena destabilisasi dan perluasan dari spinor 7p3/2, menyebabkan elektron terluarnya memiliki energi ionisasi yang lebih rendah daripada yang diharapkan. Memang, banyak senyawa ununenium diharapkan memiliki karakter kovalen yang besar, karena keterlibatan elektron 7p3/2 dalam ikatan.
Tidak banyak penelitian yang dilakukan untuk memprediksi sifat-sifat logam alkali setelah ununenium. Meskipun ekstrapolasi sederhana dari tabel periodik akan menempatkan elemen 169, unheksenium, di bawah ununenium, perhitungan Dirac-Fock memprediksi bahwa logam alkali berikutnya setelah ununennium sebenarnya adalah unsur 165, unhekspentium, yang diperkirakan memiliki konfigurasi elektron [Og] 5g¹⁸ 6f¹⁴ 7d¹⁰ 8s² 8p21/2 9s¹. Perhitungan lebih lanjut menunjukkan bahwa unhekspentium akan mengikuti tren peningkatan energi ionisasi setelah cesium, memiliki energi ionisasi yang sebanding dengan natrium, dan juga melanjutkan kecenderungan penurunan jari-jari atom setelah cesium, memiliki jari-jari atom yang sebanding dengan kalium. Namun, elektron 7d dari unhekspentium dapat juga dapat berpartisipasi dalam reaksi kimia bersama dengan elektron 9s, yang memungkinkan tingkat oksidasi lebih dari +1 dan bahkan mungkin membuat unhekspentium berperilaku seperti unsur golongan boron atau unsur golongan 11 daripada logam alkali. Oleh karena logam alkali dan alkali tanah keduanya merupakan unsur blok-s, prediksi tren dan sifat ununennium dan unhekspentium juga sebagian besar sangat mirip dengan logam alkali tanah yang sesuai unbinilium (Ubn) dan unheksheksium (Uhh).
Kemungkinan sifat logam alkali lebih lanjut setelah unhekspentium belum dieksplorasi pada tahun 2012. Pada periode 8 dan selanjutnya pada tabel periodik, efek relativistik dan struktur kelopak menjadi sangat kuat sehingga ekstrapolasi dari kongenernya yang lebih ringan menjadi sama sekali tidak akurat. Selain itu, efek relativistik dan struktur kelopak (yang menstabilkan orbital s dan mendestabilkan serta memperluas orbital d, f, dan g pada kelopak yang lebih tinggi) memiliki efek yang berlawanan, menyebabkan perbedaan yang lebih besar antara perhitungan relativistik dan non-relativistik terhadap sifat unsur dengan nomor atom tinggi tersebut. Minat terhadap sifat kimia ununennium dan unhekspentium berasal dari fakta bahwa kedua unsur tersebut berada dekat dengan lokasi yang diharapkan pada pulau stabilitas, berpusat pada unsur 122 (³⁰⁶Ubb) dan 164 (⁴⁸²Uhq).

Hidrogen

Unsur hidrogen, dengan satu elektron per atom netral, biasanya ditempatkan di puncak Golongan 1 tabel periodik untuk kemudahan, tetapi hidrogen biasanya tidak dianggap sebagai logam alkali; bila dianggap logam alkali, itu pun karena sifat atomnya dan bukan sifat kimianya. Dalam kondisi normal, hidrogen murni berada sebagai gas diatomik yang terdiri dari dua atom per molekul (H₂); namun, logam alkali hanya membentuk molekul diatomik (seperti dilithium, Li₂) pada suhu tinggi, saat berada dalam keadaan gas.
Hidrogen, seperti logam alkali, memiliki satu elektron valensi dan mudah bereaksi dengan halogen namun kesamaannya berakhir sampai di sini. Penempatannya di atas lithium terutama karena konfigurasi elektronnya dan bukan sifat kimianya. Kadang-kadang ditempatkan di atas karbon karena elektronegativitas mereka serupa atau di atas fluor karena sifat kimianya mirip.
Energi ionisasi pertama hidrogen (1312,0 kJ/mol) jauh lebih tinggi daripada logam alkali. Oleh karena hanya satu elektron tambahan yang diperlukan untuk memenuhi kelopak terluar atom hidrogen, hidrogen sering berperilaku seperti halogen, membentuk ion hidrida yang negatif, dan kadang-kadang dianggap sebagai halogen. (Logam alkali juga bisa membentuk ion negatif, yang dikenal sebagai alkalida, tapi ini tidak stabil dan sekadar memenuhi keingintahuan di laboratorium.) Diharapkan untuk beberapa waktu hidrogen cair akan menunjukkan sifat logam; sementara ini terbukti bukan masalah, di bawah tekanan yang sangat tinggi, seperti yang ditemukan pada inti Jupiter dan Saturnus, hidrogen memang menjadi logam dan berperilaku seperti logam alkali; pada fase ini, dikenal sebagai hidrogen metalik. resistivitas listrik hidrogen cair pada 3000 K kira-kira sama dengan rubidium dan cesium cair pada 2000 K pada tekanan masing-masing saat mereka mengalami transisi nonlogam menjadi logam.
Konfigurasi elektron 1s¹ hidrogen, yang secara superfisial mirip dengan logam alkali (ns¹), adalah unik, karena tidak ada subkelopak 1p. Oleh karena itu, ia dapat kehilangan elektron membentuk hidron H⁺, atau menarik elektron membentuk ion hidrida H⁻. Dalam kasus sebelumnya, ini menyerupai logam alkali secara superfisial; dalam kasus berikutnya, menyerupai halogen, tetapi perbedaan karena kurangnya subkelopak 1p cukup penting sehingga kedua golongan tidak sesuai dengan sifat hidrogen. Golongan 14 adalah yang paling sesuai dalam hal sifat termodinamika seperti energi ionisasi dan afinitas elektron, tetapi tidak satu pun dari tiga penempatan sepenuhnya memuaskan. Sebagai contoh sifat tidak lazim hidrogen antara lain konfigurasi elektron yang tidak biasa dan ukurannya yang kecil, ion hidrogen sangat kecil (jari-jari sekitar 150 fm dibandingkan dengan ukuran 50-220 pm untuk kebanyakan atom dan ion lainnya) dan tidak ada sistem yang berhubungan selain dalam asosiasi dengan atom atau molekul lainnya. Memang, transfer proton antara bahan kimia adalah dasar kimia asam-basa. Hal yang juga unik adalah kemampuan hidrogen untuk membentuk ikatan hidrogen, yang merupakan efek dari transfer muatan, elektrostatik, dan fenomana yang berhubungan dengan elektron. Sementara ikatan lithium yang analog juga diketahui, kebanyakan merupakan elektrostatik. Namun demikian, hidrogen dapat melakukan peran struktural yang sama seperti logam alkali dalam beberapa molekul kristal, dan memiliki hubungan dekat dengan logam alkali paling ringan (terutama lithium).

Amonium

Ion amonium (NH+4) memiliki sifat yang sangat mirip dengan logam alkali berat, bertindak selaku intermediat logam alkali antara kalium dan rubidium, dan sering dianggap memiliki hubungan yang dekat. Sebagai contoh, sebagian besar garam logam alkali dapat larut dalam air, suatu sifat yang dimiliki pula oleh garam amonium. Amonium diharapkan berperilaku stabil seperti logam (ion NH+4 dalam lautan elektron) pada tekanan yang sangat tinggi (meskipun kurang dari tekanan tertentu terjadi transisi dari isolator menjadi berperilaku metalik, yaitu pada 100 GPa), dan mungkin bisa terjadi di dalam es raksasa Uranus dan Neptunus, yang mungkin memiliki dampak signifikan pada medan magnet interior mereka. Telah diperkirakan bahwa transisi dari campuran amonia dan molekul dihidrogen menjadi amonium metalik dapat terjadi pada tekanan di bawah 25 GPa.

Talium

Talium adalah unsur terberat yang stabil pada golongan 13 tabel periodik. Di bagian bawah tabel periodik, efek pasangan inert cukup kuat, karena stabilisasi relativistik orbital 6s dan penurunan energi ikatan seiring dengan peningkatan ukuran atom sehingga jumlah energi yang dilepaskan dalam pembentukan dua ikatan lagi tidak sebanding dengan tingginya energi ionisasi elektron 6s. Talium menunjukkan tingkat oksidasi +1 seperti yang ditunjukkan oleh semua logam alkali yang diketahui, dan senyawa talium dengan talium dengan tingkat oksidasi +1 sangat mirip dengan senyawa kalium atau perak yang sesuai secara stoikiometri karena kemiripan jari-jari ion Tl⁺ (164 pm), dengan ion K⁺ (152 pm) dan Ag⁺ (129 pm). Ini kadang-kadang dianggap sebagai logam alkali di benua Eropa (tapi tidak di Inggris) pada tahun-tahun awal setelah penemuannya dan diletakkan tepat setelah cesium sebagai logam alkali keenam dalam tabel periodik Dmitri Mendeleev tahun 1869 dan tabel periodik Julius Lothar Meyer tahun 1868. (Tabel periodik Mendeleev tahun 1871 dan tabel periodik Meyer tahun 1870 menempatkan talium pada posisi saat ini dalam golongan boron dan membiarkan ruang di bawah cesium kosong.) Namun, talium juga menampilkan tingkat oksidasi +3, yang tidak ditunjukkan oleh logam alkali yang dikenal (walaupun ununenium, logam alkali ketujuh yang belum ditemukan, diprediksi mungkin menunjukkan tingkat oksidasi +3). Logam alkali keenam yang dikenal sekarang adalah fransium. Sementara Tl⁺ distabilkan oleh efek pasangan inert, pasangan inert elektron 6s ini masih dapat berpartisipasi secara kimiawi, sehingga elektron ini secara stereokimia aktif dalam larutan akuatik. Selain itu, talium halida (kecuali TlF) sukar larut dalam air, dan TlI memiliki struktur yang tidak biasa karena adanya pasangan inert dalam talium.

Tembaga, perak, dan emas

Logam golongan 11 (atau logam koin), tembaga, perak, dan emas, biasanya dikategorikan sebagai logam transisi karena mereka dapat membentuk ion dengan kelopak d yang tidak lengkap. Secara fisik, mereka memiliki titik lebur yang relatif rendah dan nilai elektronegativitas tinggi yang terkait dengan logam pasca-transisi. "Subkelopak d yang terisi dan elektron bebas s pada Cu, Ag, dan Au berkontribusi terhadap tingginya konduktivitas listrik dan termal mereka. Logam transisi di sebelah kiri golongan 11 mengalami interaksi antara elektron s dan subkelopak d yang terisi sebagian sehingga menurunkan mobilitas elektron." Secara kimia, logam golongan 11 berperilaku seperti logam golongan utama dengan tingkat valensi +1 mereka, dan karena itu berkorelasi dengan logam alkali: ini adalah salah satu alasan mengapa label mereka sebelumnya "Golongan IB", yang paralel dengan logam alkali "Golongan IA". Mereka kadang diklasifikasikan sebagai logam pasca-transisi. Bagaimanapun, spektrum mereka analog dengan logam alkali.
Pada tabel periodik Mendeleev tahun 1871, tembaga, perak, dan emas muncul dua kali, pertama di bawah golongan VIII (dengan triad besi dan logam golongan platina), dan kedua, di bawah golongan IB. Golongan IB tetap diberi tanda kurung untuk mencatat bahwa itu adalah tentatif. Kriteria utama Mendeleev dalam melakukan penggolongan adalah tingkat oksidasi maksimum suatu unsur: atas dasar itu, unsur golongan 11 tidak dapat diklasifikasikan dalam golongan IB, karena adanya senyawa Cu(II) dan Au(III) yang diketahui pada saat itu. Bagaimanapun, menghilangkan golongan IB akan menjadikan golongan I sebagai satu-satunya golongan utama (golongan VIII diberi label golongan transisi) sehingga tidak memiliki bifurkasi A-B. Segera setelah itu, sebagian besar kimiawan memilih untuk mengklasifikasikan unsur-unsur ini dalam golongan IB dan menyingkirkannya dari golongan VIII untuk menghasilkan simetri: ini adalah klasifikasi yang dominan sampai munculnya tabel periodik modern 18 kolom, yang memisahkan logam alkali dan logam golongan 11.
Logam koin secara tradisional dianggap sebagai sub golongan logam alkali, karena mereka berbagi karakteristik konfigurasi elektron s¹ logam alkali (golongan 1: p⁶s¹; golongan 11: d¹⁰s¹). Namun, kesamaan tersebut sebagian besar terbatas pada stoikiometri senyawa +1 dari kedua golongan, dan bukan pada sifat kimianya. Ini berasal dari subkelopak d yang terisi yang memberikan efek perisai jauh lebih lemah pada elektron terluar daripada subkulit p yang terisi, sehingga logam koin memiliki energi ionisasi pertama yang jauh lebih tinggi dan jari-jari ion yang lebih kecil daripada logam alkali kesesuaiannya. Selanjutnya, mereka memiliki titik leleh, kekerasan, dan densitas yang lebih tinggi, serta reaktivasi dan kelarutan yang lebih rendah dalam amonia cair, sejalan dengan lebih banyaknya karakter kovalen pada senyawa mereka. Terakhir, logam alkali berada di puncak deret elektrokimia, sedangkan logam koin hampir berada di bagian paling bawah. Kelopak d yang terisi pada logam koin jauh lebih mudah terganggu daripada kelopak p yang terisi pada logam alkali, sehingga energi ionisasi kedua dan ketiga lebih rendah, yang memungkinkan tingkat oksidasi yang lebih tinggi daripada +1 dan kimia koordinasi yang lebih kaya, sehingga memberi karakter logam golongan 11 dengan jelas sebagai logam transisi. Hal terpenting adalah emas membentuk senyawa ionik dengan rubidium dan cesium, di mana ia membentuk ion aurida (Au⁻) yang juga terdapat dalam bentuk tersolvasi dalam larutan amonia cair: di sini emas berperilaku sebagai pseudohalogen karena konfigurasi 5d¹⁰6s¹ nya kekurangan satu elektron dibandingkan konfigurasi kelopak kuasi-tertutup raksa (5d¹⁰6s²).

Dalam sistem tata surya

Aturan Oddo–Harkins menyatakan bahwa unsur dengan nomor atom genap lebih umum daripada mereka dengan nomor atom ganjil, kecuali hidrogen. Aturan ini berpendapat bahwa unsur-unsur dengan nomor atom ganjil memiliki satu proton yang tak berpasangan dan cenderung menangkap yang lain, sehingga meningkatkan nomor atomnya. Dalam unsur dengan nomor atom genap, proton berpasangan, dengan masing-masing anggota pasangan mengimbangi putaran yang lain, sehingga meningkatkan stabilitas. Semua logam alkali memiliki bilangan atom ganjil dan, dalam Tata Surya, tidak selazim unsur-unsur dengan nomor atom yang berdekatan dengan mereka (gas mulia dan logam alkali tanah). Logam alkali yang lebih berat juga kurang berlimpah daripada yang ringan karena logam alkali mulai rubidium dan seterusnya hanya dapat disintesis dalam supernova dan tidak dalam nukleosintesis stelar. Lithium juga jauh lebih sedikit daripada natrium dan kalium karena disintesis dengan buruk dalam nukleosintesis Dentuman Besar dan bintang: Dentuman Besar hanya bisa menghasilkan lithium, berilium dan boron dalam jumlah renik karena tidak adanya inti yang stabil dengan 5 atau 8 nukleon, dan nukleosintesis bintang hanya bisa melewati kemacetan ini dengan proses tripel-alfa, memfusi tiga inti helium untuk membentuk karbon, dan melewatkan ketiga unsur tersebut.

Di Bumi

Bumi terbentuk dari awan materi yang sama dengan yang membentuk Matahari, tetapi planet-planet memperoleh komposisi yang berbeda selama pembentukan dan evolusi tata surya. Pada gilirannya, sejarah alami Bumi menyebabkan bagian-bagian planet ini memiliki konsentrasi unsur yang berbeda. Massa Bumi kira-kira 5,98×10²⁴ kg. Ini terdiri dari sebagian besar besi (32,1%), oksigen (30,1%), silikon (15,1%), magnesium (13,9%), belerang (2,9%), nikel (1,8%), kalsium (1,5%), dan aluminium (1,4%); dan sisanya 1,2% terdiri dari unsur renik lainnya. Karena segregasi massa, wilayah inti diyakini sebagian besar terdiri dari besi (88,8%), dan, dengan jumlah lebih sedikit, nikel (5,8%), belerang (4,5%), dan unsur renik kurang dari 1%.
Logam alkali, karena reaktifitasnya yang tinggi, tidak terjadi secara alami dalam bentuk murni di alam. Mereka adalah litofil dan karena itu tetap dekat dengan permukaan bumi karena mereka mudah bergabung dengan oksigen dan sangat berasosiasi dengan silika, membentuk mineral dengan kepadatan rendah yang tidak tenggelam ke dalam inti bumi. Kalium, rubidium dan cesium juga unsur tak kompatibel karena besarnya jari-jari ion mereka.
Natrium dan kalium sangat melimpah di bumi, keduanya termasuk dalam sepuluh besar unsur terbanyak dalam kerak bumi; natrium menyusun sekitar 2,6% kerak bumi, diukur berdasarkan beratnya, dan membuatnya menjadi, umumnya, unsur paling melimpah keenam dan, khususnya, logam alkali paling melimpah. Kalium menyusun sekitar 1,5% kerak bumi dan merupakan unsur paling melimpah ke-7. Natrium dijumpai dalam banyak mineral yang berbeda, dengan yang paling umum adalah garam biasa (natrium klorida), yang terdapat dalam jumlah masif sebagai terlarut dalam air laut. Deposit padat lainnya antara lain halit, amfibole, kriolit, nitratin, dan zeolit. Banyak dari deposit padat ini terjadi sebagai akibat penguapan laut kuno, yang masih terjadi saat ini di beberapa tempat seperti Great Salt Lake di Utah dan Laut Mati. Selain kelimpahan mereka dalam kerak bumi hampir sama, natrium jauh lebih banyak daripada kalium di samudera, karena ukuran kalium yang lebih besar sehingga garamnya menjadi sukar larut, dan juga karena kalium terikat oleh silikat dalam tanah serta kalium yang terlarut lebih cepat diserap oleh tumbuhan daripada natrium.
Meski memiliki kesamaan kimia, lithium biasanya tidak terjadi bersamaan dengan natrium atau kalium karena ukurannya yang lebih kecil. Karena reaktivitasnya yang relatif rendah, lithium dapat ditemukan dalam air laut dalam jumlah besar; diperkirakan sekitar 0,14 sampai 0,25 bagian per juta (ppm) atau 25 mikromolar. Hubungan diagonalnya dengan magnesium menyebabkan lithium sering menggantikan magnesium dalam mineral feromagnesium, dengan konsentrasi krustal (dalam kerak bumi) sekitar 18 ppm, sebanding dengan galium dan niobium. Secara komersial, mineral lithium yang penting adalah spodumena, yang banyak terdapat sebagai deposit melimpah di seluruh dunia.
Rubidium kira-kira memiliki kelimpahan yang setara dengan seng dan lebih melimpah daripada tembaga. Ia terjadi secara alami dalam mineral leucit, polucit, carnalit, zinwaldit, dan lepidolit, meskipun tidak ada satupun yang hanya berisi rubidium tanpa logam alkali lainnya. Cesium lebih melimpah daripada beberapa unsur umum, seperti antimon, kadmium, timah, dan tungsten, tetapi kelimpahannya jauh di bawah rubidium.
Fransium-223, satu-satunya isotop fransium yang terbentuk secara alami, adalah produk peluruhan alfa dari aktinium-227 dan dapat dijumpai dalam jumlah renik dalam mineral uranium dan thorium. Dalam sampel uranium, terdapat kira-kira 1 atom fransium untuk setiap 10¹⁸ atom uranium. Telah dilakukan perhitungan bahwa terdapat sebanyak-banyaknya 30 g fransium dalam kerak bumi sepanjang masa, akibat waktu paruhnya yang sangat pendek, hanya sekitar 22 menit.

Aplikasi

Lithium, natrium, dan kalium memiliki banyak aplikasi, sementara rubidium dan cesium sangat berguna dalam konteks akademis namun belum memiliki banyak aplikasi. Lithium sering digunakan dalam baterai, dan lithium oksida dapat membantu proses silika. Lithium stearat adalah pengental dan dapat digunakan untuk membuat gemuk pelumas; ia dihasilkan dari litium hidroksida, yang juga digunakan untuk menyerap karbon dioksida dalam kapsul ruang angkasa dan kapal selam. Lithium klorida digunakan sebagai paduan untuk mematri aluminium. Lithium metalik digunakan dalam paduan dengan magnesium dan aluminium untuk menghasilkan paduan yang sangat keras dan ringan.
Senyawa natrium memiliki banyak aplikasi, yang paling terkenal adalah garam dapur. Garam natrium dari asam lemak digunakan sebagai bahan pembuat sabun. Natrium murni memiliki banyak aplikasi, termasuk digunakan dalam lampu uap natrium, yang menghasilkan cahaya yang sangat efisien dibandingkan dengan jenis penerangan lainnya, dan bisa membantu menghaluskan permukaan logam lainnya. Sebagai reduktor kuat, sering digunakan untuk mereduksi banyak logam lainnya, seperti titanium dan zirkonium, dari kloridanya. Selain itu, natrium sangat berguna sebagai cairan penukar panas dalam reaktor nuklir pembiak cepat karena rendahnya titik lebur, viskositas, dan penampang absorpsi neutron.
Senyawa kalium sering digunakan sebagai pupuk karena kalium merupakan unsur penting bagi nutrisi tanaman. Kalium hidroksida adalah basa yang sangat kuat, dan digunakan untuk mengendalikan pH berbagai zat. Kalium nitrat dan kalium permanganat sering digunakan sebagai oksidator kuat. Kalium superoksida digunakan dalam masker pernapasan, karena bereaksi dengan karbon dioksida menghasilkan kalium karbonat dan gas oksigen. Logam kalium murni tidak banyak digunakan, tetapi paduannya dengan natrium dapat menggantikan natrium murni dalam reaktor nuklir pembiak cepat.
Rubidium dan cesium sering digunakan dalam jam atom. Jam atom cesium sangat akurat; jika jam dibuat di zaman dinosaurus, ia akan meleset kurang dari empat detik setelah 80 juta tahun. Oleh karena itu, atom cesium digunakan sebagai definisi detik. Ion rubidium sering digunakan dalam warna ungu kembang api sedangkan cesium sering digunakan dalam pengeboran cairan di industri perminyakan.
Fransium tidak memiliki aplikasi komersial, tetapi karena struktur atom franzium yang relatif sederhana, dibandingkan yang lain, ia digunakan dalam eksperimen spektroskopi, yang menghasilkan lebih banyak informasi mengenai tingkat energi dan tetapan coupling antara partikel subatomik. Studi tentang cahaya yang dipancarkan oleh laser ion fransium-210 telah memberikan data akurat tentang transisi antara tingkat energi atom, serupa dengan yang diprediksi oleh teori kuantum.

Logam

Logam alkali murni berbahaya karena reaktif dengan udara dan air dan harus dijauhkan dari panas, api, oksidator, asam, senyawa organik, halokarbon, plastik, dan kelembaban. Mereka juga bereaksi dengan karbon dioksida dan karbon tetraklorida, sehingga alat pemadam api normal menjadi kontraproduktif bila digunakan pada kebakaran logam alkali. Beberapa pemadam bubuk kering Kelas D yang dirancang untuk kebakaran logam efektif mengurangi oksigen dari api dan mendinginkan logam alkali.
Percobaan biasanya dilakukan dengan hanya menggunakan sejumlah kecil (beberapa gram) dalam sungkup asap. Sejumlah kecil lithium dapat dibuang dengan mereaksikannya dengan air dingin, tetapi logam alkali yang lebih berat harus dilarutkan dalam isopropanol yang kurang reaktif. Logam alkali harus disimpan di dalam minyak mineral atau atmosfer inert. Atmosfer inert yang dapat digunakan adalah gas argon atau nitrogen, kecuali untuk lithium, yang bereaksi dengan nitrogen. Rubidium dan cesium harus dijauhkan dari udara, bahkan di bawah minyak, karena sedikit saja udara yang berdifusi ke dalam minyak dapat memicu terbentuknya peroksida yang mudah meledak; untuk alasan yang sama, kalium tidak boleh disimpan di bawah minyak dalam atmosfer yang mengandung oksigen selama lebih dari 6 bulan.

Ion

Kimia bioanorganik ion logam alkali telah ditinjau secara ekstensif.
Struktur kristal fasa padat telah ditentukan untuk banyak kompleks ion logam alkali dalam peptida kecil, konstituen asam nukleat, karbohidrat dan kompleks ionofor.
Lithium secara alami hanya terjadi dalam jumlah renik dalam sistem biologi dan tidak memiliki peran biologis yang diketahui, tetapi memang memiliki efek pada tubuh jika tertelan. Lithium karbonat digunakan sebagai penstabil mood (bahasa Inggris: mood stabiliser) dalam psikiatri untuk mengobati gangguan bipolar (depresi manik) dalam dosis harian sekitar 0,5 sampai 2 gram, meski ada efek samping. Konsumsi lithium berlebihan menyebabkan kantuk, cadel dan muntah, di antara gejala lain, dan meracuni sistem saraf pusat, ini berbahaya karena dosis lithium yang dibutuhkan untuk mengobati gangguan bipolar hanya sedikit lebih rendah dari dosis toksik. Biokimianya, cara penanganannya oleh tubuh manusia dan penelitian yang menggunakan tikus dan kambing, menunjukkan bahwa itu adalah unsur renik esensial, walaupun fungsi biologi alami lithium pada manusia belum diidentifikasi.
Natrium dan kalium terdapat pada semua sistem biologis yang diketahui, umumnya berfungsi sebagai elektrolit di dalam dan di luar sel. Natrium adalah nutrisi penting yang mengatur volume darah, tekanan darah, kesetimbangan osmotik dan pH; persyaratan fisiologis minimum natrium adalah 500 mg per hari. Natrium klorida (juga umum dikenal sebagai garam) adalah sumber utama natrium dalam makanan, dan digunakan sebagai bumbu dan pengawet, seperti untuk acar dan dendeng; sebagian besar berasal dari makanan olahan. Referensi Asupan Harian untuk natrium adalah 1,5 gram per hari, namun kebanyakan orang di Amerika Serikat mengkonsumsi lebih dari 2,3 gram per hari, jumlah minimum yang memicu hipertensi; hal yang menyebabkan 7,6 juta kematian dini di seluruh dunia. Sementara itu, data dari Indonesian Society of Hypertension (INASH) menunjukkan asupan garam harian di Indonesia dapat mencapai angka 15 gram di atas jumlah yang direkomendasikan WHO (Organisasi Kesehatan Dunia).
Kalium adalah kation (ion positif) utama di dalam sel hewan, sementara natrium adalah kation utama di luar sel hewan. Perbedaan konsentrasi dari partikel bermuatan ini menyebabkan perbedaan potensial listrik antara bagian dalam dan luar sel, yang dikenal sebagai potensial membran. Keseimbangan antara kalium dan natrium dipertahankan oleh protein pengangkut ion dalam membran sel. Potensial membran sel yang diciptakan oleh ion kalium dan natrium memungkinkan sel menghasilkan potensial aksi—sebuah "lonjakan" pelepasan listrik. Kemampuan sel untuk menghasilkan debit listrik sangat penting untuk fungsi tubuh seperti neurotransmisi, kontraksi otot, dan fungsi jantung. Gangguan terhadap keseimbangan ini dapat berakibat fatal: misalnya, konsumsi sejumlah besar senyawa kalium dapat menyebabkan hiperkalemia yang sangat mempengaruhi sistem kardiovaskular. Kalium klorida digunakan di Amerika Serikat untuk eksekusi suntik mati (Euthanasia).
Karena jari-jari atom mereka yang serupa, rubidium dan cesium dalam tubuh menyerupai kalium dan diserap dengan cara yang sama. Rubidium tidak memiliki peran biologis yang diketahui, tetapi dapat membantu merangsang metabolisme, dan, seperti dengan cesium, mengganti kalium dalam tubuh yang menyebabkan defisiensi kalium. Substitusi parsial sangat mungkin dan kurang beracun: seseorang dengan berat badan 70 kg mengandung rata-rata 0,36 g rubidium, dan nilai ini ditingkatkan sebesar 50 sampai 100 kali tidak menunjukkan efek negatif pada orang yang diuji. Tikus dapat bertahan hingga 50% substitusi kalium oleh rubidium. Rubidium (dan pada tingkat yang lebih rendah cesium) dapat berfungsi sebagai obat sementara untuk hipokalemia; sementara rubidium cukup mampu secara fisiologis mengganti kalium dalam beberapa sistem, cesium tidak pernah mampu melakukannya. Hanya ada bukti yang sangat terbatas berupa gejala defisiensi rubidium pada kambing; bahkan jika ini benar, jumlah renik yang biasanya ada dalam makanan lebih dari cukup.
Senyawa cesium jarang ditemui oleh kebanyakan orang, tetapi sebagian besar senyawa cesium agak beracun. Seperti rubidium, cesium cenderung menggantikan kalium dalam tubuh, tetapi karena secara signifikan lebih besar maka cesium adalah pengganti yang lebih buruk. Kelebihan cesium dapat menyebabkan hipokalemia, aritmia, dan serangan jantung akut, namun jumlah tersebut biasanya tidak akan ditemui dalam sumber-sumber alami. Dengan demikian, cesium bukanlah polutan lingkungan kimia utama. Nilai dosis letal medium (LD₅₀) untuk cesium klorida pada tikus adalah 2,3 g per kilogram, yang sebanding dengan nilai LD₅₀ kalium klorida dan natrium klorida. Cesium klorida telah dipromosikan sebagai terapi kanker alternatif, namun telah dikaitkan dengan kematian lebih dari 50 pasien, yang digunakan sebagai bagian dari perawatan kanker yang tidak teruji secara ilmiah.
Radioisotop cesium memerlukan tindakan pencegahan khusus: penanganan sinar gamma cesium-137 yang tidak tepat dapat menyebabkan pelepasan radioisotop dan cedera akibat radiasi. Mungkin kasus yang paling terkenal adalah kecelakaan Goiânia pada tahun 1987, di mana sistem terapi radiasi yang tidak dibuang dengan benar dari sebuah bekas klinik di kota Goiânia, Brasil, dipulung dari tempat barang rongsokan, dan garam cesium yang bercahaya dijual kepada pembeli yang penasaran, tetapi tidak berpendidikan. Hal ini menyebabkan empat kematian dan luka serius akibat paparan radiasi. Bersama-sama dengan cesium-134, iodium-131, dan strontium-90, caesium-137 termasuk di antara isotop yang disebarkan oleh bencana Chernobyl yang merupakan risiko terbesar terhadap kesehatan. Radioisotop fransium mungkin berbahaya karena energi peluruhan yang tinggi dan waktu paruh yang pendek, tetapi tidak ada yang diproduksi dalam jumlah yang cukup besar untuk menimbulkan risiko serius.