Logam alkali
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 10 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.
Produksi logam alkali murni sulit dilakukan karena ekstremnya reaktivitas mereka dengan bahan yang umum digunakan, misalnya air. Dari bijih silikat mereka, semua logam alkali stabil dapat diperoleh dengan cara yang sama: pertama kali digunakan asam sulfat untuk melarutkan ion logam alkali yang diinginkan dan ion aluminium (III) dari bijih ("leaching"), kemudian presipitasi basa menghilangkan
ion aluminium dari campuran dengan mengendapkannya sebagai hidroksidanya. Sisanya, karbonat logam alkali yang tidak larut kemudian diendapkan secara selektif; garamnya kemudian dilarutkan dalam asam klorida untuk menghasilkan kloridanya. Hasilnya kemudian dibiarkan menguap sehingga logam alkali kemudian bisa diisolasi. Lithium dan natrium biasanya diisolasi melalui
elektrolisis dari klorida cairnya, biasanya ditambahkan kalsium klorida untuk menurunkan titik leleh campuran. Namun, logam alkali yang berat lebih sering diisolasi dengan cara yang berbeda, yaitu menggunakan reduktor (biasanya natrium untuk kalium dan magnesium atau kalsium untuk logam alkali yang lebih berat) untuk mereduksi klorida logam alkali. Kemudian dilakukan pemurnian dengan cara distilasi fraksi terhadap produk cairan atau gasnya.
Garam litium harus diekstraksi dari mata air mineral, kolam air garam, dan deposit air garam. Logam diproduksi secara elektrolisis dari campuran litium klorida dan kalium klorida.
Natrium sebagian besar terjadi dalam air laut dan dasar laut kering, tetapi sekarang diproduksi melalui elektrolisis natrium klorida dengan menurunkan titik leleh zat di bawah 700 °C menggunakan sel Downs. Natrium yang sangat murni dapat diproduksi melalui dekomposisi termal natrium azida.
Kalium terdapat pada banyak mineral, seperti sylvite (kalium klorida). Sebelumnya, kalium umumnya dibuat dari elektrolisis kalium klorida atau kalium hidroksida, yang ditemukan secara luas di tempat-tempat seperti Kanada, Rusia, Belarus, Jerman, Israel, Amerika Serikat, dan Yordania, dengan metode yang serupa dengan cara produksi natrium pada akhir 1800-an dan awal 1900-an. Kalium dapat juga
diproduksi dari air laut. Namun, metode ini bermasalah karena logam kalium cenderung larut dalam lelehan kloridanya dan menguap secara signifikan pada suhu operasi, yang berpotensi membentuk superoksida yang mudah meledak. Akhirnya, logam kalium murni sekarang diproduksi dengan mereduksi kalium klorida cair dengan logam natrium pada suhu 850 °C..
Meskipun natrium kurang reaktif dibanding kalium, proses ini dapat berlangsung karena pada suhu tinggi kalium lebih mudah menguap daripada natrium dan dapat dengan mudah didistilasi, sehingga keseimbangan bergeser ke arah untuk menghasilkan lebih banyak gas kalium.
Selama beberapa tahun pada tahun 1950an dan 1960an, produk sampingan dari produksi potasium yang disebut Alkarb merupakan sumber utama rubidium. Alkarb mengandung 21% rubidium sedangkan sisanya adalah kalium dan sebagian kecil cesium. Saat ini produsen cesium terbesar, misalnya Tanco Mine, Manitoba, Kanada, memproduksi rubidium sebagai produk sampingan dari pollucite. Saat ini, metode umum untuk memisahkan
rubidium dari kalium dan cesium adalah kristalisasi fraksional dari tawas rubidium dan cesium (Cs, Rb) Al (SO)12HO, yang menghasilkan tawas rubidium murni setelah sekitar 30 reaksi berbeda. Terbatasnya aplikasi dan kurangnya mineral yang kaya akan rubidium membatasi produksi senyawa rubidium hanya 2 sampai 4 ton per tahun. Namun, cesium tidak dihasilkan
dari reaksi di atas. Sebagai gantinya, penambangan bijih pollucite adalah metode utama untuk mendapatkan cesium murni, yang diekstraksi dari bijih terutama dengan tiga metode: pencernaan asam, dekomposisi basa, dan reduksi langsung. Kedua logam diproduksi sebagai produk sampingan dari produksi lithium: setelah tahun 1958, ketika minat terhadap sifat termonuklir lithium meningkat tajam, produksi rubidium dan cesium juga meningkat dengan sendirinya.
Fransium-223, satu-satunya isotop alami fransium, diproduksi secara alami sebagai hasil peluruhan alfa aktinium-227. Fransium dapat ditemukan dalam mineral uranium dan thorium dalam jumlah renik; telah dihitung bahwa paling banyak ada 30 g fransium di kerak bumi pada waktu tertentu. Akibat kelangkaannya di alam yang ekstrem, sebagian besar fransium disintesis dengan reaksi nuklir
menghasilkan fransium-209, fransium-210, dan fransium-211. Jumlah terbesar fransium yang pernah dibuat sampai saat ini adalah sekitar 300000 atom netral, yang disintesis menggunakan reaksi nuklir tersebut di atas.
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, namun 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.