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알칼리 금속과 그 수소화물은 산성 탄화수소, 예를 들어 사이클로펜타다이엔 및 말단 알카인과 반응하여 염을 생성한다. 액체 암모니아, 에터 또는 탄화수소 용매가 사용되며, 가장 일반적인 것은 테트라하이드로푸란이다. 이 화합물 중 가장 중요한 것은 사이클로펜타다이에닐 나트륨(NaC5H5)으로, 많은 전이 금속 사이클로펜타다이에닐 유도체의 중요한 전구체이다. 유사하게, 알칼리 금속은 테트라하이드로푸란에서 사이클로옥타테트라엔과 반응하여 알칼리 금속 사이클로옥타테트라엔화물을 생성한다. 예를 들어, 다이포타슘 사이클로옥타테트라엔화물(K2C8H8)은 우라노센과 같은 많은 금속 사이클로옥타테트라에닐 유도체의 중요한 전구체이다. 크고 매우 약하게 편극하는 알칼리 금속 양이온은 짙은 녹색의 나프탈렌 나트륨(Na+[C10H8•]−)과 같이 크고 방향족이며 편극성이 높은 라디칼 음이온을 안정화할 수 있으며, 이는 강력한 환원제이다.
알칼리 금속의 대표적인 반응.
산소와의 반응.
산소와 반응할 때 알칼리 금속은 산화물, 과산화물, 초과산화물, 아산화물을 형성한다. 그러나 처음 세 가지가 더 흔하다. 아래 표는 산소와 반응하여 형성되는 화합물의 유형을 보여준다. 괄호 안의 화합물은 연소의 부차적인 생성물을 나타낸다.
알칼리 금속 과산화물은 물에 불안정한 이온성 화합물이다. 과산화물 음이온은 양이온과 약하게 결합되어 있으며, 가수분해되어 더 강한 공유 결합을 형성한다.
다른 산소 화합물도 물에 불안정하다.
황과의 반응.
황과 반응하면 황화물과 다황화물을 형성한다.
알칼리 금속 황화물은 본질적으로 약산과 강염기의 염이므로 염기성 용액을 형성한다.
질소와의 반응.
리튬은 상온에서 질소와 직접 결합하는 유일한 금속이다.
Li3N은 물과 반응하여 암모니아를 방출할 수 있다.
수소와의 반응.
수소와 반응하면 염을 형성하는 수소화물을 생성하며, 이는 물에서 가수분해된다.
탄소와의 반응.
리튬은 탄소와 직접 반응하여 다이리튬 아세틸라이드를 생성하는 유일한 금속이다. Na와 K는 아세틸렌과 반응하여 아세틸라이드를 생성할 수 있다.
물과의 반응.
물과 반응하면 수산화물 이온과 수소 가스를 생성한다. 이 반응은 격렬하고 매우 발열성이며, 생성된 수소는 공기 중에서 발화하거나 Rb 및 Cs의 경우 폭발할 수도 있다.
다른 염과의 반응.
알칼리 금속은 매우 좋은 환원제이다. 이들은 전기 양성도가 낮은 금속 양이온을 환원시킬 수 있다. 타이타늄은 산업적으로 400°C에서 Na로 사염화 티타늄을 환원시켜 생산된다 (판 아르켈-드 보어 공정).
유기 할로젠 화합물과의 반응.
알칼리 금속은 할로젠 유도체와 반응하여 부르츠 반응을 통해 탄화수소를 생성한다.
액체 암모니아 속 알칼리 금속.
알칼리 금속은 액체 암모니아 또는 지방족 아민이나 헥사메틸포스포르아마이드와 같은 다른 전자 공여성 용매에 용해되어 파란색 용액을 생성한다. 이러한 용액에는 자유 전자가 포함되어 있다고 여겨진다.
용매화 전자의 존재로 인해 이러한 용액은 유기 합성에서 사용되는 매우 강력한 환원제이다.
반응 1)은 버치 환원으로 알려져 있다.
이 용액으로 수행할 수 있는 다른 환원 반응은 다음과 같다.
프랑슘은 발견된 가장 무거운 알칼리 금속이지만 가상의 더 무거운 알칼리 금속의 물리적, 화학적 특성을 예측하는 이론적 연구가 진행되어 왔다. 첫 번째 8주기 원소인 미발견 원소 우누넨늄(원소 119)은 프랑슘 다음의 알칼리 금속이 될 것으로 예측되며 더 가벼운 동족체와 매우 유사하게 행동할 것으로 예상된다. 그러나 일부 특성에서는 더 가벼운 알칼리 금속과 다를 것으로도 예측된다. 그 화학적 특성은 세슘이나 프랑슘이 아닌 칼륨 또는 루비듐에 더 가까울 것으로 예측된다. 이는 상대론적 효과를 무시한 주기적 성질이 우누넨늄이 세슘과 프랑슘보다 훨씬 더 반응성이 높을 것이라고 예측하는 것을 고려할 때 이례적이다. 이러한 감소된 반응성은 우누넨늄의 원자가 전자의 상대론적 안정화로 인해 우누넨늄의 첫 번째 이온화 에너지가 증가하고 금속 반지름과 이온 반지름이 감소하기 때문이다. 이 효과는 프랑슘에서도 이미 관찰된다. 이는 우누넨늄이 화학적으로 알칼리 금속처럼 행동할 것이라는 가정에 기반하는데, 이는 가능성이 높지만 상대론적 효과 때문에 그렇지 않을 수도 있다. 8s 오비탈의 상대론적 안정화는 또한 우누넨늄의 전자 친화도를 세슘과 프랑슘보다 훨씬 높게 증가시킨다. 실제로 우누넨늄은 자신보다 가벼운 모든 알칼리 금속보다 더 높은 전자 친화도를 가질 것으로 예상된다. 상대론적 효과는 또한 우누넨늄의 편극률에 매우 큰 감소를 초래한다. 반면, 우누넨늄은 족 아래로 내려갈수록 녹는점이 감소하는 경향을 이어갈 것으로 예측되며, 녹는점은 0°C에서 30°C 사이일 것으로 예상된다.
우누넨늄의 원자가 전자의 안정화와 그에 따른 8s 오비탈의 수축은 원자 반지름을 240 pm로 낮춘다. 이는 루비듐(247 pm)의 원자 반지름과 매우 가깝다. 따라서 우누넨늄의 +1 산화수에서의 화학적 특성은 프랑슘의 화학적 특성보다 루비듐의 화학적 특성과 더 유사해야 한다. 반면, Uue+ 이온의 이온 반지름은 Rb+보다 클 것으로 예측되는데, 이는 7p 오비탈이 불안정해지고 따라서 더 낮은 껍질의 p-오비탈보다 크기 때문이다. 우누넨늄은 또한 +3 및 +5 산화수를 보일 수 있는데, 이는 다른 알칼리 금속에서는 볼 수 없는 것이다. 이는 7p3/2 스피너의 불안정화와 팽창 때문인데, 이로 인해 바깥쪽 전자의 이온화 에너지가 예상보다 낮아진다. 실제로 많은 우누넨늄 화합물은 결합에 7p3/2 전자가 관여하기 때문에 큰 공유성을 가질 것으로 예상된다.
우누넨늄 이후의 알칼리 금속의 특성을 예측하는 연구는 아직 많이 이루어지지 않았다. 비록 주기율표의 단순한 외삽법(쌓음 원리에 따라)은 우누넨늄 아래에 169번 원소, 언헥세늄을 놓겠지만, 디락-포크 계산은 우누넨늄 다음으로 알칼리 금속과 유사한 특성을 가진 원소가 165번 원소, 언헥스펜튬일 수 있다고 예측한다. 이 원소는 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p1/22 9s1의 전자 배열을 가질 것으로 예측된다. 이 원소는 알칼리 금속과 11족 원소의 중간적인 특성을 가질 것이며, 물리적 및 원자적 특성은 전자에 더 가깝지만 화학적 특성은 후자에 더 가까울 수 있다. 추가 계산에 따르면 언헥스펜튬은 세슘 이후의 이온화 에너지 증가 경향을 이어가며, 나트륨과 비슷한 이온화 에너지를 가질 것으로 예상되며, 세슘 이후의 원자 반지름 감소 경향도 이어가 칼륨과 비슷한 원자 반지름을 가질 것으로 예측된다. 그러나 언헥스펜튬의 7d 전자는 9s 전자와 함께 화학 반응에 참여할 수 있으며, 이는 +1을 초과하는 산화수를 허용하여 언헥스펜튬의 전이 금속적 행동을 가능하게 할 수 있다. 알칼리 금속과 알칼리 토금속이 모두 s-구역 원소이므로, 우누넨늄과 언헥스펜튬에 대한 이러한 경향 및 특성 예측은 해당 알칼리 토금속인 운비닐륨(Ubn)과 언헥스헥슘(Uhh)에도 매우 유사하게 적용된다. 173번 원소인 언셉트트륨은 우누넨늄의 더 좋은 더 무거운 동족체일 수 있다. [Usb] 6g1의 예측 전자 배열을 가지며, 닫힌 p-껍질 위에 에너지가 쉽게 제거되는 하나의 전자를 갖는 알칼리 금속과 유사한 상황으로 돌아가며, 세슘보다 훨씬 더 반응성이 높을 것으로 예상된다.
2019년 현재 언셉트트륨 이후의 알칼리 금속의 예상 특성은 아직 탐구되지 않았으며, 존재 여부도 불확실하다. 주기율표의 8주기 이상에서는 상대론적 및 껍질 구조 효과가 너무 강해져 더 가벼운 동족체로부터의 외삽법이 완전히 부정확해진다. 또한, 상대론적 및 껍질 구조 효과(s-오비탈을 안정화하고 더 높은 껍질의 d, f, g-오비탈을 불안정화 및 팽창시킴)는 상반되는 효과를 가져와, 원자 번호가 매우 높은 원소의 특성에 대한 상대론적 및 비상대론적 계산 사이에 훨씬 더 큰 차이를 초래한다. 우누넨늄, 언헥스펜튬, 언셉트트륨의 화학적 특성에 대한 관심은 이들이 안정성의 섬 예상 위치(원소 122(306Ubb) 및 164(482Uhq) 중심)에 가깝게 위치하기 때문이다.
유사 알칼리 금속.
다른 많은 물은 단일 양이온을 형성하는 경향에서 알칼리 금속과 유사하다. 유사할로젠과 유사하게, 이들은 때때로 "유사 알칼리 금속"이라고 불린다. 이들 물질에는 일부 원소와 더 많은 다원자 이온이 포함된다. 다원자 이온은 특히 큰 크기와 약한 편극력에서 알칼리 금속과 유사하다.
수소.
중성 원자당 전자가 하나인 원소 수소는 일반적으로 전자 배열 때문에 주기율표 1족의 맨 위에 배치된다. 그러나 수소는 일반적으로 알칼리 금속으로 간주되지 않는다. 매우 높은 압력에서만 존재하는 금속성 수소는 화학적 특성이 아닌 전기적 및 자기적 특성으로 알려져 있다. 일반적인 조건에서 순수한 수소는 분자당 두 개의 원자로 구성된 이원자 기체(H2)로 존재한다. 그러나 알칼리 금속은 고온에서 기체 상태일 때만 다이리튬(Li2)과 같은 이원자 분자를 형성한다.
수소는 알칼리 금속처럼 원자가 전자를 하나 가지고 할로젠과 쉽게 반응하지만, 알칼리 금속 양이온에 비해 양성자 H+의 작은 크기 때문에 유사성은 대부분 거기서 끝난다. 수소를 리튬 위에 배치하는 것은 주로 전자 배열 때문이다. 때로는 플루오린 위에 배치되기도 하는데, 이는 유사한 화학적 특성 때문이지만, 그 유사성도 역시 절대적이지는 않다.
수소의 첫 번째 이온화 에너지 (1312.0 킬로줄/몰)는 알칼리 금속보다 훨씬 높다. 수소 원자의 가장 바깥쪽 껍질을 채우는 데 필요한 전자가 단 하나이므로, 수소는 종종 할로젠처럼 행동하여 음전하를 띤 수소화물 이온을 형성하며, 이 점 때문에 가끔 할로젠으로 간주되기도 한다. (알칼리 금속도 알칼리화물이라는 음이온을 형성할 수 있지만, 이는 불안정하여 실험실의 흥미거리 정도에 불과하다.) 이러한 배치에 대한 반론은 수소로부터 수소화물을 형성하는 것이 발열 반응인 할로젠으로부터 할라이드를 형성하는 것과 달리 흡열 반응이라는 것이다. 또한 H− 음이온의 반지름은 할로젠족 아래로 내려갈수록 크기가 증가하는 경향과 일치하지 않는다. 실제로 H−는 하나의 양성자가 두 전자를 쉽게 제어할 수 없기 때문에 매우 확산되어 있다. 한동안 액체 수소가 금속성 특성을 보일 것으로 예상되었지만, 이것이 사실이 아님이 밝혀진 반면 목성과 토성의 핵에서 발견되는 것과 같은 극히 높은 압력 하에서는 수소가 금속성으로 변하여 알칼리 금속처럼 행동한다. 이 상에서 수소는 금속성 수소로 알려져 있다. 3000 K에서 액체 금속성 수소의 비저항은 2000 K에서 액체 루비듐 및 세슘이 비금속-금속 전이를 겪을 때의 비저항과 거의 같다.
수소의 1s1 전자 배열은 알칼리 금속 (ns1)과 유사하지만, 1p 하위 껍질이 없기 때문에 독특하다. 따라서 전자를 잃어 하이드론 H+를 형성하거나, 전자를 얻어 수소화물 이온 H−를 형성할 수 있다. 전자의 경우 겉보기에는 알칼리 금속과 유사하며, 후자의 경우 할로젠과 유사하지만, 1p 하위 껍질의 부족으로 인한 차이가 중요하여 어느 그룹도 수소의 특성에 잘 맞지 않는다. 14족도 이온화 에너지 및 전자 친화도와 같은 열역학적 특성 측면에서 잘 맞지만, 수소는 사가성을 가질 수 없다. 따라서 세 가지 배치 모두 완전히 만족스럽지는 않지만, 전자 배열과 하이드론이 모든 단원자 수소 종 중에서 단연 가장 중요하며 산-염기 화학의 기초라는 사실 때문에 1족이 가장 일반적인 배치이다 (선택해야 한다면). 수소의 특이한 전자 배열과 작은 크기에서 비롯된 수소의 비정통적인 특성의 예로, 수소 이온은 매우 작아서 (반지름 약 150 펨토미터로, 대부분의 다른 원자와 이온의 50–220 pm 크기와 비교) 다른 원자나 분자와의 결합 외에는 응축된 시스템에서는 존재하지 않는다. 실제로 화학 물질 간의 양성자 전달은 산-염기 화학의 기초이다. 또한 수소만이 수소 결합을 형성할 수 있는데, 이는 전하 이동, 정전기, 전자 상관 기여 현상의 효과이다. 유사한 리튬 결합도 알려져 있지만, 이들은 주로 정전기적이다. 그럼에도 불구하고 수소는 일부 분자 결정에서 알칼리 금속과 동일한 구조적 역할을 할 수 있으며, 가장 가벼운 알칼리 금속(특히 리튬)과 밀접한 관계를 가진다.
암모늄 및 유도체.
암모늄 이온 ()은 무거운 알칼리 금속, 특히 칼륨과 루비듐 사이의 알칼리 금속 중간체로서 매우 유사한 특성을 가진다. 따라서 종종 가까운 친척으로 간주된다. 예를 들어, 대부분의 알칼리 금속 염은 물에 용해되며 암모늄염도 이러한 특성을 공유한다. 암모늄은 매우 높은 압력(100 기가파스칼 근처에서 비금속에서 금속으로의 전이가 일어나는 일반적인 압력보다는 낮지만)에서 금속(비편재화된 전자 바다 속의 이온)으로 안정적으로 행동할 것으로 예상되며, 거대 얼음 행성인 천왕성과 해왕성 내부에 존재하여 내부 자기장에 상당한 영향을 미 미칠 수 있다. 암모니아와 이수소 분자의 혼합물에서 금속성 암모늄으로의 전이는 25 기가파스칼 미만의 압력에서 일어날 수 있다고 추정된다. 표준 조건에서 암모늄은 수은과 금속성 아말감을 형성할 수 있다.
다른 "유사 알칼리 금속"에는 암모늄 양이온의 일부 수소 원자가 알킬 또는 아릴 그룹으로 대체된 알킬암모늄 양이온이 포함된다. 특히, 4차 암모늄 양이온()은 영구적으로 전하를 띠므로 매우 유용하며, 매우 크고 쉽게 편극될 수 있는 음이온, 예를 들어 를 안정화하기 위해 값비싼 Cs+ 대신 자주 사용된다. 테트라알킬암모늄 수산화물은 알칼리 금속 수산화물처럼 매우 강한 염기이며, 대기 중 이산화 탄소와 반응하여 탄산염을 형성한다. 또한, 질소 원자는 인, 비소, 안티모니 원자(더 무거운 비금속 프닉토겐)로 대체되어 포스포늄() 또는 알소늄() 양이온을 생성할 수 있으며, 이들도 유사하게 치환될 수 있다. 스티보늄() 자체는 알려져 있지 않지만, 일부 유기 유도체는 특성이 규명되어 있다.
코발토센 및 유도체.
코발토센, Co(C5H5)2는 페로센의 코발트 유사체인 메탈로센이다. 이것은 짙은 보라색 고체이다. 코발토센은 일반적으로 유기전이 금속 착물, 예를 들어 매우 안정한 상대인 페로센에서 발견되는 것보다 하나 더 많은 19개의 원자가 전자를 가지며, 이는 18 전자 규칙에 따른다. 이 추가 전자는 Co-C 결합에 대해 반결합하는 궤도를 차지한다. 결과적으로 Co(C5H5)2의 많은 화학 반응은 이 "추가" 전자를 잃고 매우 안정한 18전자 양이온인 코발토세늄을 생성하는 경향을 특징으로 한다. 많은 코발토세늄 염은 세슘 염과 함께 공침하며, 수산화 코발토세늄은 대기 중 이산화 탄소를 흡수하여 탄산 코발토세늄을 형성하는 강염기이다. 알칼리 금속처럼 코발토센은 강력한 환원제이며, 데카메틸코발토센은 10개의 메틸 그룹의 유도 효과가 결합되어 더욱 강력하다. 코발트는 더 무거운 동족체인 로듐으로 대체되어 더욱 강력한 환원제인 로도센을 생성할 수 있다. 이리도센 (이리듐 포함)은 아마도 훨씬 더 강력할 것이지만, 불안정성 때문에 잘 연구되지 않았다.
탈륨.
탈륨은 주기율표 13족에서 가장 무거운 안정 원소이다. 주기율표 하단에서는 6s 오비탈의 상대론적 안정화와 원자의 크기가 증가함에 따라 결합 에너지가 감소하기 때문에 비활성 전자쌍 효과가 상당히 강해서, 6s 전자의 높은 이온화 에너지에 비해 두 개의 결합을 더 형성하여 방출되는 에너지의 양이 충분하지 않다. 모든 알려진 알칼리 금속이 보이는 +1 산화수를 보이며, 탈륨이 +1 산화수를 가진 화합물은 Tl+ (164 pm), K+ (152 pm), Ag+ (129 pm) 이온의 유사한 이온 반지름 때문에 해당 칼륨 또는 은 화합물과 화학량론적으로 매우 유사하다. 탈륨은 발견 직후 몇 년 동안 유럽 대륙(영국 제외)에서는 때때로 알칼리 금속으로 간주되었으며, 드미트리 멘델레예프의 1869년 주기율표와 율리우스 로타르 마이어의 1868년 주기율표에서는 세슘 바로 뒤의 여섯 번째 알칼리 금속으로 배치되었다. 멘델레예프의 1871년 주기율표와 마이어의 1870년 주기율표는 탈륨을 현재의 붕소족 위치에 놓고 세슘 아래의 공간을 비워두었다. 그러나 탈륨은 +3의 산화수도 나타내는데, 이는 알려진 어떤 알칼리 금속도 나타내지 않는다 (다만 미발견된 7번째 알칼리 금속인 우누넨늄은 +3 산화수를 보일 것으로 예측된다). 6번째 알칼리 금속은 현재 프랑슘으로 간주된다. Tl+는 비활성 전자쌍 효과에 안정화되지만, 이 비활성 6s 전자쌍은 여전히 화학적으로 참여할 수 있으므로, 이러한 전자들은 수용액에서 입체화학적으로 활성이다. 또한, 탈륨 할라이드(TlF 제외)는 물에 상당히 불용성이며, 아이오딘화 탈륨은 탈륨에 입체화학적으로 활성인 비활성 전자쌍이 존재하기 때문에 특이한 구조를 가진다.
구리, 은, 금.
11족 금속(또는 주화 금속)인 구리, 은, 금은 일반적으로 불완전한 d-껍질을 가진 이온을 형성할 수 있다는 점에서 전이 금속으로 분류된다. 물리적으로는 상대적으로 낮은 녹는점과 높은 전기 음성도를 가지며, 이는 전이후 금속과 관련이 있다. "Cu, Ag, Au의 채워진 d 하위 껍질과 자유 s 전자는 높은 전기 및 열 전도성에 기여한다. 11족 왼쪽의 전이 금속은 s 전자와 부분적으로 채워진 d 하위 껍질 사이의 상호작용으로 인해 전자 이동성을 낮춘다." 화학적으로 11족 금속은 +1 원자가 상태에서 주족 금속처럼 행동하며, 따라서 알칼리 금속과 어느 정도 관련이 있다. 이는 이들이 이전에 알칼리 금속의 "그룹 IA"와 유사하게 "그룹 IB"로 분류되었던 한 가지 이유이다. 이들은 때때로 전이후 금속으로 분류된다. 그들의 스펙트럼은 알칼리 금속과 유사하다. 그들의 단일 양이온은 상자성을 띠며 알칼리 금속처럼 염에 색을 기여하지 않는다.
멘델레예프의 1871년 주기율표에서 구리, 은, 금은 두 번 나열되어 있는데, 한 번은 8족(철 삼인조 및 백금족 금속과 함께) 아래, 다른 한 번은 1B족 아래에 있다. 1B족은 잠정적인 것으로 간주되어 괄호 안에 표시되었다. 멘델레예프의 족 배정 주요 기준은 원소의 최대 산화수였는데, 이 기준에 따르면 11족 원소는 당시 알려진 구리(II) 및 금(III) 화합물이 존재했기 때문에 1B족으로 분류될 수 없었다. 그러나 1B족을 없애면 1족은 A-B 분기가 없는 유일한 주족(8족은 전이족으로 분류되었다)이 될 것이다. 곧이어 대부분의 화학자들은 이러한 원소를 1B족으로 분류하고 8족에서 제거하여 결과적인 대칭을 유지하기로 선택했다. 이것이 현대의 중간-긴 18열 주기율표가 등장하여 알칼리 금속과 11족 금속을 분리하기 전까지는 지배적인 분류였다.
주화 금속은 전통적으로 알칼리 금속 그룹의 하위 그룹으로 간주되었다. 이는 알칼리 금속의 특징적인 s1 전자 배열 (1족: p6s1; 11족: d10s1)을 공유하기 때문이다. 그러나 유사점은 주로 두 그룹의 +1 화합물의 화학량론에 국한되며 화학적 특성에는 해당되지 않는다. 이는 채워진 d 하위 껍질이 채워진 p 하위 껍질보다 가장 바깥쪽 s 전자에 훨씬 약한 가림 효과를 제공하여 주화 금속이 해당 알칼리 금속보다 훨씬 높은 첫 번째 이온화 에너지와 작은 이온 반지름을 가지기 때문이다. 또한, 이들은 더 높은 녹는점, 굳기, 밀도를 가지며, 액체 암모니아에서의 반응성과 용해도가 낮고, 화합물에서 더 많은 공유 결합 특성을 가진다. 마지막으로, 알칼리 금속은 전기화학 계열의 최상단에 있는 반면, 주화 금속은 거의 최하단에 있다. 주화 금속의 채워진 d 껍질은 알칼리 금속의 채워진 p 껍질보다 훨씬 쉽게 파괴되므로, 두 번째 및 세 번째 이온화 에너지가 낮아 +1보다 높은 산화 상태와 더 풍부한 배위 화학을 가능하게 하여 11족 금속에 명확한 전이 금속 특성을 부여한다. 특히 주목할 만한 것은 금이 루비듐 및 세슘과 이온성 화합물을 형성할 때, 금화물 이온 (Au−)을 형성하며, 이는 액체 암모니아 용액에 용매화된 형태로도 존재한다는 점이다. 여기서 금은 5d106s1 배열이 수은의 준닫힌 껍질 5d106s2 배열보다 전자가 하나 부족하므로 유사할로젠으로 행동한다.
생산 및 분리.
순수 알칼리 금속의 생산은 물과 같은 일반적인 물질과의 극심한 반응성 때문에 다소 복잡하다. 규산염 광석에서 모든 안정 알칼리 금속은 같은 방식으로 얻을 수 있다. 먼저 황산을 사용하여 광석에서 원하는 알칼리 금속 이온과 알루미늄(III) 이온을 용해시킨 다음 (침출), 염기성 침전으로 알루미늄 이온을 수산화 알루미늄으로 침전시켜 혼합물에서 제거한다. 그런 다음 남아있는 불용성 알칼리 금속 탄산염이 선택적으로 침전된다. 이 염은 염산에 용해되어 염화물을 생성한다. 그 후 증발시켜 알칼리 금속을 분리할 수 있다. 리튬과 나트륨은 일반적으로 액체 염화물에서 전기 분해를 통해 분리되며, 혼합물의 녹는점을 낮추기 위해 일반적으로 염화 칼슘이 첨가된다. 그러나 더 무거운 알칼리 금속은 일반적으로 다른 방식으로 분리되는데 환원제 (일반적으로 칼륨의 경우 나트륨, 가장 무거운 알칼리 금속의 경우 마그네슘 또는 칼슘)를 사용하여 알칼리 금속 염화물을 환원시킨다. 액체 또는 기체 생성물 (알칼리 금속)를 정제를 위해 분별 증류를 거친다. 순수 알칼리 금속을 얻는 대부분의 경로는 높은 반응성 때문에 전기 분해를 사용해야 한다. 전기 분해를 사용하지 않는 몇 안 되는 방법 중 하나는 해당 알칼리 금속 아자이드의 열분해로, 이는 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘의 경우 금속을, 리튬의 경우 질화물을 생성한다.
리튬 염은 광천수, 염수 웅덩이, 염수 퇴적물에서 추출해야 한다. 금속은 용융된 염화 리튬과 염화 칼륨 혼합물의 전기 분해로 생산된다.
나트륨은 주로 바닷물과 건조된 해저에서 발견되지만, 현재는 염화 나트륨을 다우존스 셀을 사용하여 녹는점을 700°C 미만으로 낮춰 전기 분해하여 생산한다. 극히 순수한 나트륨은 아자이드화 나트륨의 열분해를 통해 생산할 수 있다. 칼륨은 실바이트 (염화 칼륨)와 같은 많은 광물에서 발견된다. 이전에는 캐나다, 러시아, 벨라루스, 독일, 이스라엘, 미국, 요르단 등지에서 광범위하게 발견되는 염화 칼륨 또는 수산화 칼륨의 전기 분해로 칼륨을 생산하는 것이 일반적이었다. 이 방법은 1800년대 후반과 1900년대 초반에 나트륨이 생산된 방식과 유사하다. 또한 바닷물에서도 생산할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 칼륨 금속이 용융 염화물에 용해되는 경향이 있고 생산을 위해 필요한 온도에서 얻은 추출물이 상당히 기화되어 폭발성 초과산화물을 형성할 수 있다는 문제가 있다. 결과적으로, 순수 칼륨 금속은 이제 850°C에서 용융 염화 칼륨을 나트륨 금속으로 환원시켜 생산된다.
나트륨은 칼륨보다 반응성이 낮지만, 이 과정은 이러한 고온에서 칼륨이 나트륨보다 더 휘발성이 강하여 쉽게 증류될 수 있으므로 평형이 오른쪽으로 이동하여 더 많은 칼륨 가스를 생성하고 거의 완전히 진행되기 때문에 작동한다.
나트륨과 같은 금속은 용융 염의 전기 분해로 얻어진다. Rb 및 Cs는 주로 Li 가공의 부산물로 얻어진다. 순수 세슘을 만들기 위해 세슘 및 루비듐 광석을 분쇄하고 650°C에서 나트륨 금속과 함께 가열하여 합금을 생성한 다음, 분별 증류 기술을 통해 분리할 수 있다. 금속성 세슘은 다루기에는 너무 반응성이 강하므로 일반적으로 아자이드화 세슘(CsN3)으로 제공된다. 수산화 세슘은 세슘이 물과 얼음과 격렬하게 반응할 때 형성된다(CsOH).
루비듐은 지구 지각에서 16번째로 풍부한 원소이지만, 상당히 희귀하다. 북미, 남아프리카, 러시아, 캐나다에서 발견되는 일부 광물에는 루비듐이 포함되어 있다. 일부 칼륨 광물 (레피돌라이트, 흑운모, 장석, 카날라이트)에는 세슘과 함께 루비듐이 포함되어 있다. 폴루사이트, 카날라이트, 백류석, 레피돌라이트는 모두 루비듐을 함유한 광물이다. 리튬 추출의 부산물로 레피돌라이트에서 상업적으로 얻어진다. 루비듐은 또한 칼륨 암석과 염수에서도 발견되며, 이는 상업적 공급원이다. 대부분의 루비듐은 현재 리튬 정제의 부산물로 얻어진다. 루비듐은 진공관에서 게터로 사용되며, 게터는 진공관에서 미량 가스를 결합하고 제거하는 물질이다.
1950년대와 1960년대 몇 년 동안 칼륨 생산의 부산물인 알카르브는 루비듐의 주요 공급원이었다. 알카르브는 루비듐 21%를 함유하고 나머지는 칼륨과 소량의 세슘이었다. 오늘날 캐나다 매니토바의 탄코 광산(Tanco Mine)과 같은 주요 세슘 생산 업체는 폴루사이트에서 루비듐을 부산물로 생산한다. 오늘날 루비듐을 칼륨과 세슘에서 분리하는 일반적인 방법은 루비듐과 세슘 명반 (Cs, Rb)Al(SO4)2·12H2O의 분별 결정화로, 약 30회 재결정화를 거쳐 순수 루비듐 명반을 얻는다. 루비듐 화합물의 제한된 응용과 루비듐이 풍부한 광물의 부족으로 루비듐 화합물의 생산량은 연간 2~4 미터톤으로 제한된다. 그러나 세슘은 위 반응으로 생산되지 않는다. 대신, 폴루사이트 광석 채굴이 순수 세슘을 얻는 주요 방법이며, 광석에서 주로 세 가지 방법(산 침출, 알칼리 분해, 직접 환원)으로 추출된다. 두 금속은 리튬 생산의 부산물로 생산된다. 1958년 리튬의 열핵 특성에 대한 관심이 급증한 후, 루비듐과 세슘의 생산량도 그에 따라 증가했다. 순수 루비듐과 세슘 금속은 염화물을 750°C의 저압에서 칼슘 금속으로 환원시켜 생산된다.
자연에서의 극심한 희귀성 때문에, 대부분의 프랑슘은 핵 반응 197Au + 18O → 210Fr + 5 중성자를 통해 합성되며, 프랑슘-209, 프랑슘-210, 프랑슘-211을 생성한다. 지금까지 조립된 프랑슘의 최대량은 약 300,000개의 중성 원자이며, 이는 위에서 주어진 핵 반응을 사용하여 합성되었다. 유일한 천연 동위 원소인 프랑슘-223이 특별히 필요할 경우, 이는 악티늄-227의 알파 붕괴 생성물로 생산되며, 악티늄-227 자체는 천연 라듐-226의 중성자 조사(照射)로 합성적으로 생산된다. 라듐-226은 천연 우라늄-238의 딸핵종 중 하나이다.
리튬, 나트륨, 칼륨은 많은 유용한 응용 분야를 가지는 반면, 루비듐과 세슘은 학문적 맥락에서 매우 주목할 만하지만 아직 많은 응용 분야를 가지지 않는다. 리튬은 리튬 전지의 핵심 성분이며, 산화 리튬은 실리카 가공에 도움이 될 수 있다. 스테아르산 리튬은 증점제이며 윤활유 그리스를 만드는 데 사용될 수 있다. 이는 수산화 리튬에서 생산되며, 이는 우주 캡슐과 잠수함에서 이산화 탄소를 흡수하는 데도 사용된다. 염화 리튬은 알루미늄 부품의 납땜 합금으로 사용된다. 의학에서는 일부 리튬 염이 양극성 장애 (조울증)를 치료하는 기분 안정제로 하루 약 0.5~2그램의 용량으로 사용되지만, 부작용이 있다.
나트륨 화합물은 많은 응용 분야를 가지며, 가장 잘 알려진 것은 식용 소금으로 알려진 염화 나트륨이다. 지방산의 나트륨 염은 비누로 사용된다. 순수 나트륨 금속 또한 나트륨 증기 램프에 사용되는 것을 포함하여 많은 응용 분야를 가지며, 이는 다른 유형의 조명에 비해 매우 효율적인 빛을 생산한다. 또한 다른 금속의 표면을 매끄럽게 하는 데 도움이 될 수 있다. 강력한 환원제이므로 염화물에서 타이타늄과 지르코늄과 같은 다른 많은 금속을 환원하는 데 자주 사용된다. 또한 낮은 녹는점, 점도, 중성자 흡수 단면적 때문에 고속 증식로에서 열 교환 액체로 매우 유용하다. 나트륨 이온 전지는 해당 리튬 기반 전지에 비해 더 저렴한 대안을 제공할 수 있다. 나트륨과 칼륨은 모두 일반적으로 GRAS 역이온으로 사용되어 산성 의약품의 더 수용성이고 따라서 더 생체 이용률이 높은 염 형태를 만든다.
칼륨 화합물은 칼륨이 식물 영양에 중요한 원소이므로 종종 비료로 사용된다. 수산화 칼륨은 매우 강한 염기이며, 다양한 물질의 pH를 조절하는 데 사용된다. 질산 칼륨과 과망가니즈산 칼륨은 종종 강력한 산화제로 사용된다. 초과산화 칼륨은 호흡 마스크에 사용되는데, 이산화 탄소와 반응하여 탄산 칼륨과 산소 가스를 생성하기 때문이다. 순수 칼륨 금속은 자주 사용되지 않지만, 나트륨과의 합금은 고속 증식로에서 순수 나트륨을 대체할 수 있다.
루비듐과 세슘은 종종 원자 시계에 사용된다. 세슘 원자 시계는 놀랍도록 정확하다. 공룡 시대에 시계를 만들었다면 (8천만 년 후) 4초 미만의 오차를 가질 것이다. 이 때문에 세슘 원자는 초의 정의로 사용된다. 루비듐 이온은 종종 보라색 불꽃놀이에 사용되며, 세슘은 석유 산업의 시추 유체에 자주 사용된다.
프랑슘은 상업적 용도가 없지만, 프랑슘의 비교적 단순한 원자 구조를 비롯한 여러 요인 덕분에 분광학 실험에 사용되어 에너지 준위와 약한 상호작용의 결합 상수에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있었다. 레이저 트랩에 포획된 프랑슘-210 이온에서 방출되는 빛에 대한 연구는 양자 역학 이론에 의해 예측된 것과 유사하게 원자 에너지 준위 간의 전이에 대한 정확한 데이터를 제공했다.
생물학적 역할 및 주의 사항.
금속.
순수 알칼리 금속은 공기와 물에 위험할 정도로 반응성이 높으므로 열, 불, 산화제, 산, 대부분의 유기 화합물, 할로탄소, 플라스틱, 습기로부터 멀리 보관해야 한다. 또한 이산화 탄소 및 사염화 탄소와도 반응하므로 일반 소화기는 알칼리 금속 화재에 사용하면 역효과를 낸다. 금속 화재용으로 설계된 일부 D급 건조 분말 소화기는 화재 진화에 효과적이며, 산소를 차단하고 알칼리 금속을 냉각시킨다.
실험은 보통 흄 후드에서 소량의 몇 그램만 사용하여 수행된다. 소량의 리튬은 차가운 물과 반응시켜 폐기할 수 있지만, 더 무거운 알칼리 금속은 반응성이 낮은 아이소프로판올에 용해시켜야 한다. 알칼리 금속은 광물유 또는 불활성 분위기에서 보관해야 한다. 사용되는 불활성 분위기는 아르곤 또는 질소 가스일 수 있지만, 리튬은 질소와 반응하므로 제외된다. 루비듐과 세슘은 공기로부터 멀리 보관해야 한다. 기름 아래에서도 소량의 공기가 기름 속으로 확산되어 위험한 폭발성 과산화물을 형성할 수 있기 때문이다. 같은 이유로 칼륨은 산소를 포함하는 분위기에서 기름 아래에 6개월 이상 보관해서는 안 된다.
이온.
알칼리 금속 이온의 생무기 화학은 광범위하게 검토되었다.
작은 펩타이드, 핵산 구성 요소, 탄수화물 및 이온 운반체 착물에서 알칼리 금속 이온 착물의 고체 결정 구조가 결정되었다.
리튬은 생물학적 시스템에서 자연적으로 극미량으로만 존재하며 알려진 생물학적 역할은 없지만, 섭취 시 신체에 영향을 미친다. 탄산 리튬은 정신건강의학에서 양극성 장애 (조울증)를 치료하는 기분 안정제로 매일 약 0.5~2그램 용량으로 사용되지만, 부작용이 있다. 리튬 과다 섭취는 졸음, 어눌한 말투, 구토 등의 증상을 유발하며, 중추신경계를 독성으로 해친다. 이는 양극성 장애 치료에 필요한 리튬 용량이 독성 용량보다 약간만 낮아 위험하다. 그 생화학적 작용, 인체에서 처리되는 방식, 쥐와 염소를 이용한 연구는 리튬이 필수 미량 원소임을 시사하지만, 인간에서 리튬의 자연적인 생물학적 기능은 아직 밝혀지지 않았다.
나트륨과 칼륨은 알려진 모든 생물학적 체계에 존재하며, 일반적으로 세포 내외에서 전해질로 기능한다. 나트륨은 혈액량, 혈압, 삼투압 균형 및 pH를 조절하는 필수 영양소이다. 나트륨의 최소 생리적 필요량은 하루 500 밀리그램이다. 염화 나트륨(일반적인 소금으로도 알려짐)은 식단에서 나트륨의 주요 공급원이며, 양념 및 피클링 및 저키와 같은 보존제로 사용된다. 대부분의 나트륨은 가공 식품에서 나온다. 나트륨의 식품 섭취 참고량은 하루 1.5 그램이지만, 미국 대부분의 사람들은 하루 2.3 그램 이상을 섭취하는데, 이는 고혈압을 유발하는 최소량이다. 이는 전 세계적으로 760만 명의 조기 사망을 야기한다.
칼륨은 동물 세포 내에서 주요 양이온 (양전하 이온)이며, 나트륨은 동물 세포 외에서 주요 양이온이다. 이 하전된 입자들의 농도 차이는 세포막 내외의 전위 차이를 유발하며, 이를 막 전위라고 한다. 칼륨과 나트륨의 균형은 세포막의 이온 수송 단백질에 의해 유지된다. 칼륨과 나트륨 이온에 의해 생성된 세포막 전위는 세포가 활동전위—전기 방전의 "스파이크"—를 생성할 수 있게 한다. 세포가 전기 방전을 생성하는 능력은 신경전달, 근육 수축, 심장 기능과 같은 신체 기능에 중요하다. 이 균형이 깨지면 치명적일 수 있다. 예를 들어, 다량의 칼륨 화합물을 섭취하면 고칼륨혈증이 발생하여 심혈관계에 강한 영향을 미칠 수 있다. 염화 칼륨은 미국에서 독살형 집행에 사용된다.
루비듐과 세슘은 원자 반지름이 비슷하여 체내에서 칼륨을 모방하여 유사하게 흡수된다. 루비듐은 알려진 생물학적 역할이 없지만, 물질대사를 자극하는 데 도움이 될 수 있으며, 세슘과 유사하게, 체내에서 칼륨을 대체하여 칼륨 결핍을 유발한다. 부분적인 대체는 충분히 가능하며 비교적 무독성이다. 70kg의 사람은 평균 0.36g의 루비듐을 함유하고 있으며, 이 수치가 50~100배 증가해도 피실험자에게는 부정적인 영향이 나타나지 않았다. 쥐는 칼륨의 50%까지 루비듐으로 대체되어도 생존할 수 있다. 루비듐 (그리고 훨씬 덜하지만 세슘)은 일시적인 저칼륨혈증 치료제로 기능할 수 있다. 루비듐은 일부 시스템에서 칼륨을 생리적으로 적절하게 대체할 수 있지만, 세슘은 결코 그럴 수 없다. 루비듐이 염소에서 필수적일 수 있다는 결핍 증상 형태의 증거는 매우 제한적이다. 설령 사실이라 하더라도 일반적으로 음식에 존재하는 미량의 양으로도 충분하다.
세슘 화합물은 대부분의 사람들에게는 거의 접해지지 않지만, 대부분의 세슘 화합물은 약한 독성을 띤다. 루비듐과 마찬가지로 세슘은 체내에서 칼륨을 대체하는 경향이 있지만, 훨씬 더 커서 더 좋지 않은 대체재이다. 과도한 세슘은 저칼륨혈증, 부정맥, 급성 심장 마비를 유발할 수 있지만, 그러한 양은 일반적으로 자연적인 원천에서 접할 수 없다. 생쥐에 대한 염화 세슘의 반수 치사량 (LD50) 값은 킬로그램당 2.3 그램으로, 염화 칼륨과 염화 나트륨의 LD50 값과 비슷하다. 염화 세슘은 대체 암 치료법으로 홍보되었으나, 과학적으로 검증되지 않은 암 치료의 일환으로 사용된 50명 이상의 환자의 사망과 관련이 있다.
세슘의 방사성 동위 원소는 특별한 예방 조치가 필요하다. 세슘-137 감마선 선원을 부적절하게 다루면 이 방사성 동위 원소가 방출되고 방사선 부상을 입을 수 있다. 가장 잘 알려진 사례는 1987년 고이아니아 시의 버려진 병원에서 부적절하게 처분된 방사선 치료 시스템이 고물상에서 약탈당하고, 빛나는 세슘 염이 호기심 많고 교육받지 못한 구매자에게 팔려나간 고이아니아 방사능 유출사고이다. 이는 방사선 노출로 인한 4명의 사망자와 심각한 부상으로 이어졌다. 세슘-134, 아이오딘-131, 스트론튬-90과 함께 세슘-137은 체르노빌 원자력 발전소 사고로 인해 확산된 동위 원소 중 건강에 가장 큰 위험을 초래하는 것 중 하나였다. 프랑슘의 방사성 동위 원소도 높은 붕괴 에너지와 짧은 반감기로 인해 위험할 것으로 추정되지만, 심각한 위험을 초래할 만큼 충분한 양이 생산된 적은 없다.
수소(水素, )는 주기율표의 가장 첫 번째(1족 1주기) 화학 원소로, 원소 기호는 H(←), 원자 번호는 1이다. 표준 원자량은 1.008로, 질량 기준으로 우주의 75%를 구성하는 우주에서 가장 흔한 원소이기도 하다. 순물질은 실온에서 기체상태의 H2로 존재하며, 1족 원소 중에서 유일한 비금속 원소이다. 동위원소로는 중수소(2H)와 삼중수소(3H)가 일반적으로 알려져 있으나 질량수 7까지의 수소 동위원소가 보고되었다. 양성자이다.
수소(水素)라는 이름의 어원은 ‘물을 만들다’의 독일어 Wasserstoff에서 유래하였다. 영어로도 Hydrogen은 라틴어의 Hydro(물)와 비금속 원소의 접미사 -gen(만들다)이 합쳐진 뜻을 가지고 있다. 프랑스어 hydrogène 역시 앙투안 라부아지에가 1783년에 '물을 생성한다'의 의미로 명명하였다.
족의 분류.
수소는 현재 주기율표에서 가장 바깥쪽 껍질에 전자를 하나 가진 리튬 위에 배열한다. 하지만 수소는 사실상 알칼리 금속들이 위치해있는 1족 원소치고는 화학적 성질이 할로젠 원소들과 여러면에서 더 비슷하기 때문에, IUPAC에서는 수소를 17족으로 옮겨야 한다고 주장하기도 한다.
연소.
급격히 불에 타는 과민성 연료이다. 수소가 연소할 때에는 폭발음과 함께 무색의 불꽃을 내며 타는데, 이때 수소와 산소가 반응하여 물 분자가 형성된다.
따라서 연소열은 −286 kJ/mol이다.
수소 기체는 공기 중에서는 4~74%의 농도, 염소 화합물에는 5~95%의 농도일 때 강한 폭발성을 띤다. 혼합물은 자연스레 불꽃, 열 또는 태양광에 의해 폭발하며, 자연발화 온도는 대략 500° C이다. 순수한 수소-산소 불꽃은 자외선과 맨눈으로는 거의 볼 수 없는 매우 밝은 빛을 방출한다. 때문에 수소 가스의 누출을 감지하기 위해서는 불꽃 감지기가 필요하다.
산으로서의 작용.
동위원소.
수소에는 세 개의 자연에서 발견되는 동위원소(1H, 2H, 3H)가 있다. 다른 매우 불안정한 동위원소들은 실험실에서 합성된 적이 있으나(4H,5H,6H,7H),자연에서는 발견되지 않는다.
1H는 자연에서 발견되는 수소 중 99.98%를 차지하는 가장 흔한 동위원소로 원자핵이 양성자 단 하나로 이루어져 있어 경수소라는 형식적 이름을 가지나 이 이름은 잘 사용되지 않는다. 중수소와 구분하기 위해 Protium이라는 이름으로 불리기도 한다.
2H는 다른 안정한 동위원소로 중수소라고 불리며, 원자핵이 양성자 하나와 중성자 하나로 이루어져 있다. 모든 중수소는 대폭발 때 생겨나 지금까지 남아 있는 것으로 여겨진다. 중수소는 방사성을 띠지 않으며 독성 위험도 크지 않다. 중수소와 그 화합물은 화학 실험에서 방사능을 띠지 않는 표지나 1H-NMR 분광법의 용매로 사용되며, 상업적 핵융합의 잠재적 연료이다.
3H는 삼중수소라고 불리며, 원자핵이 양성자 하나와 중성자 두 개로 이루어져 있다. 삼중수소는 방사성을 띠어 12.32년의 반감기를 갖는 베타 붕괴를 통해 3He로 붕괴된다. 적은 양의 삼중수소가 우주선과 대기의 상호작용으로 생겨나 자연에 존재한다. 삼중수소는 핵무기 실험에서 방출되기도 한다. 삼중수소는 핵융합 반응에 사용되거나 동위원소 지구화학에서 추적자로 사용된다.
수소는 각 동위원소의 다른 이름이 흔히 사용되는 유일한 원소이다. D와 T라는 표기가 2H와 3H 대신 중수소와 삼중수소를 나타내는 데 사용한다. 여전히 2H, 3H를 권장하지만 IUPAC도 D와 T를 인정하고 있다 방사능의 초기 연구에서 많은 방사성 동위원소가 이름 지어졌으나 수소 이외에는 더 이상 사용하지 않는다.
발견과 사용.
16세기의 연금술사 파라켈수스는 금속이 산에 녹을 때 어떤 기체가 발생한다는 사실을 발견했으나, 그 기체에 대해 더 깊이 있는 탐구를 하지는 않았다. 그 당시에는 수소가 일산화탄소와 같은 다른 가연성 기체와 혼동되었으나, 1766년 헨리 캐번디시는 수소가 다른 가연성 기체와 다르다는 것을 증명한다. 1776년 월타이어는 수소가 연소할 때 물을 만든다는 것을 발견하고, 몇 년 후 앙투안 라부아지에는 이 기체를 수소라고 명명하였다.
수소 기체는 파라셀수스가 금속과 강산을 섞어 처음 만들었다. 그는 이 화학 반응으로 만들어지는 가연성 기체가 새로운 화학 원소임을 알지 못했다. 1671년, 로버트 보일이 수소 기체가 발생하는 반응인 철가루와 묽은 산 용액 간의 반응을 재발견하고 기술하였다.
수소 기체를 개별적인 물질로 처음 인식한 것은 헨리 캐번디시였다. 그는 1766년 금속-산 반응에서 나오는 기체를 “인화성 공기”로 확인했고,1781년에는 그 기체를 연소시키면 물이 생김을 발견했다. 헨리 캐번디시는 보통 수소의 발견자로 인정받는다. 그 뒤 1783년에 앙투안 라부아지에가 피에르시몽 라플라스와 함께 수소가 연소되면 물이 생긴다는 캐번디시의 발견을 재현한 뒤 원소에 수소라는 이름을 붙였다.
수소는 제임스 듀어에 의해 재생식 냉각법과 그의 발명품인 진공 보온병을 이용해 1898년 처음 액화되었다. 그는 그 다음 해에 고체 수소도 만들었다.
중수소는 해럴드 유리가 1931년 12월에 발견했고, 삼중수소는 어니스트 러더퍼드, 마크 올리펀트, 파울 하르텍이 1934년 만들었다. 물 분자에서 보통 수소의 자리가 중수소로 대체된 중수는 1932년 헤롤드 유리의 그룹이 발견하였다. 에드워드 다니엘 클라크는 1819년에 수소 기체 취관을 발명했다. 1823년에는 되베라이너 등과 석회광이 발명되었다.
수소 충전 풍선은 자크 알렉상드르 세사르 샤를이 1783년에 처음 발명하였다. 앙리 지파르가 수소를 이용해 뜨는 비행선을 1852년에 발명하면서 수소가 항공 교통 수단이 공중에 뜨는 수단을 제공하기 시작했다. 그 뒤 독일의 페르디난트 폰 체펠린 백작이 수소를 충전하여 공중에 뜨는 경식 비행선의 아이디어를 발전시켰다. 이 비행선은 나중에 체펠린 비행선으로 불리게 되었으며, 1900년에 처음 비행했고, 1910년에는 규칙적으로 비행하게 되었다. 1914년 8월에 제1차 세계 대전이 발발할 때까지 체펠린 비행선은 중대한 사고 없이 3만5천 명의 탑승객을 운반했다. 전쟁 도중에 수소로 뜨는 비행선들은 관찰대나 폭격기로 이용되었다.
첫 무착륙 대서양 횡단은 1919년 영국 비행선 R34가 이루었다. 정기적인 여객 서비스가 1920년대에 재개되었고 미국에서의 헬륨의 발견은 비행선에 더 큰 안전성을 보장했으나 미국 정부는 비행선에 사용할 목적으로 쓰이는 헬륨을 파는 것을 거부했다. 그래서 LZ 129 힌덴부르크에는 수소가 사용되었고 힌덴부르크는 1937년 5월 6일에 비행 도중의 화재로 파괴되었다. 이 사고는 라디오로 생방송되었다. 새어나온 수소에 불이 붙어 화재가 발생했다고 여겨졌으나, 수사 결과 알루미늄 섬유의 정전기 때문에 불이 났다고 밝혔다. 하지만 수소의 비행선에의 사용은 이 사건으로 막을 내렸다. 현재 비행선에는 거의 헬륨을 사용하고 있다.
니켈-수소 전지는 1977년 미 해군의 NTS-2에 처음 사용되었고, 국제 우주 정거장과 마스 오디세이, 마스 글로벌 서베이어 에도 장착되었다. 수소는 공기보다 가벼워 한때 풍선속 공기로 활용되었지만 위험성이 알려지며 지금은 헬륨으로 대체되고 있지만 수소가 싸다는 이유로 일부 상인은 불법으로 풍선에 수소를 넣고 있는데 이는 아직까지도 논란과 파문이 되고 있다.
양자 이론에서의 역할.
양성자 하나와 전자 하나만으로 구성되는 비교적 간단한 원자 구조 때문에, 수소 원자와 수소 원자가 내는 스펙트럼은 원자 구조 이론의 발전에 중심이 되어 왔다. 게다가 그에 따르는 수소 분자와 그 양이온 H2+의 간단함은 화학 결합의 본질에 대해 더 완전히 이해할 수 있도록 해 주었다. 이 간단함으로 인해 수소 양이온과 수소 분자 양이온에 대해 슈뢰딩거 방정식의 완전해를 구할 수 있다.
뚜렷하게 관찰된 양자적 효과 중 하나는 양자역학 이론이 완전히 정립되기 반세기 이전에 이루어진 수소에 대한 맥스웰의 관찰이다. 맥스웰은 수소 분자의 비열용량이 상온에서는 이원자 분자의 비열용량 경향을 따르고 극저온으로 내려가면 단원자 분자의 비열용량 경향과 비슷해지는 설명할 수 없는 현상을 관찰했다. 양자역학에 따르면, 이 현상은 양자화된 회전 에너지 수준 사이의 차이가 수소의 낮은 질량 때문에 매우 커지기 때문이다. 이런 에너지 수준 간의 큰 차이가 낮은 온도에서 같은 양의 열 에너지가 회전 운동으로 바뀌는 것을 막는다. 한편 더 무거운 원자로 구성된 이원자 분자에서는 에너지 수준 간의 차이가 크지 않기 때문에 이런 효과가 나타나지 않는다.
생물학적 반응H2는 혐기성 생물이 하는 물질 대사의 결과물로써 수소화효소라고 부르는 철 혹은 니켈이 포함된 효소의 촉매 반응을 하는 미생물이 생성하기도 한다. 이 효소는 H2와 그 구성 물질인 두 개의 양성자와 두 개의 전자 간에 이루어지는 역산화·환원 반응을 촉진시킨다. 기체 수소는 피루브산이 발효 과정에 관여하면서 생성된 같은 양의 물질이 전달 도중에 변형되어 발생한다..
물은 전기분해시 양성자와 전자, 산소 원자로 분리되며, 광합성을 하는 모든 생명체의 명반응 과정에서 일어난다. 이런 생물들 중에는 엽록체 내의 특별한 수소화 효소가 작용하여 양성자와 전자가 기체 수소로 환원되도록 진화한 개체도 있다. 대표적으로 , 남조류가 있다. 산소가 존재하는 경우에도 효율적으로 H2를 합성하는 남조류의 수산화효소를 유전자적으로 변화시키기 위한 노력은 지금도 진행되고 있으며, 생물반응기 내의 유전자 조작 조류에 대한 연구도 진행되고 있다.
안전과 주의사항.
수소는 공기와 혼합되었을 때 폭발과 함께 화재를 동반할 수 있다. 하지만, 수소는 원자번호 1번, 즉 공기보다 14배 가벼운 기체이기 때문에 공기중에 누출시에 매우 급속도로 확산되며, 점화 온도(약 500°C)가 높아 자연적 발화 자체가 극히 낮다. 액체 수소 (영하 253도 이하에서 액체화)는 극저온 유체로써 기체수소에 비해 부피기준 1/800 수준이기 때문에 약 10배 이상의 수소효율성이 예상된다. 액체상태의 수소를 직접 피부와 접촉하면 동상에 걸릴 수 있으나 일반인이 직접 접촉하게 되는 경우는 매우 드물다. 수소는 또한 금속재료에 흡수되어 수취화(Hydrogen Embrittlement , 水素脆化)하는 특성이 있기 때문에, 어딘가 수소가 누출되면 수소 취성이 일어나거나, 균열이 가거나, 심할 경우에는 폭발할 가능성도 있다. 외부 공기와 접촉하게 된 수소 기체는 산소 등이 존재할 경우 폭발할 수 있는데 이 때 일어난 화재의 경우 매우 뜨겁고, 거의 보이지도 않아 우연치 않게 화상을 입을 수도 있다.
동위 원소 (同位元素, Isotope)는 원자 번호가 같지만 질량수가 다른 원소를 말한다. 어떤 원소의 동위원소는 그 원소와 같은 수의 양성자와 전자를 가지지만, 다른 수의 중성자를 가진다. 원소의 화학적 성질은 양성자와 전자의 수에 의해 결정되므로 동위 원소의 화학적 성질은 원래 원소와 같다. 하지만 중성자의 수가 달라서 질량이 다르므로 물리적 방법으로 분리할 수 있다. 즉, 동위 원소는 서로 다른 물리적 성질을, 비슷한 화학적 성질을 가진다.
예수 사망
1세기는 1년부터 100년까지의 시점이다.
율리우스 카이사르는 《갈리아 전쟁기》에서 아퀴타니아가 벨가이 및 나머지 갈리아와 언어, 풍습, 제도가 다르다고 기술했다. 갈리아 전쟁 3년째 (기원전 56년)에 정벌되었으며 전후 갈리아 코마타 속주에 포함되었다가 후에 아퀴타니아 속주로 재편되었다.
로마 속주로서의 아퀴타니아는 황제 속주로서, 수도는 기원전 1세기 편성당시 메디올라눔 산토눔(생트), 48년부터 3세기까지 부르디갈라(보르도)였다. 그 이후의 수도는 불분명하나 레모눔(푸아티에)였을 가능성이 있다.
로마의 지배가 끝나고 몇 차례에 걸친 게르만족 침입이 있은 뒤 서프랑크 왕국에, 그리고 후에 프랑스의 일부가 되었다. 중세를 거치는 동안 아퀴타니아 일대는 오크어로 아키타니오(Aquitània)라 불렸고, 아키타니오 공국이 되었다. 현재 아퀴타니아는 프랑스의 레지옹 아키텐이다. 이 일대는 현재 가스코뉴라고도 불리며 프랑스어와 다른, 오크어의 갈래인 가스코냐어를 사용한다.
민주당(民主黨)은 대한민국의 민주당계 정당이었다. 당 대표는 박상천이었고, 당사 소재지는 서울 영등포구 여의도동 25-4번지였다. 2000년 1월 20일 기존의 여당이었던 새정치국민회의를 확대 개편해 새천년민주당(새千年民主黨)을 창당하였으며, 2005년 5월 6일에 민주당으로 당명을 변경하였다.
2002년 대통령 선거.
국민경선.
2002년 3월 9일부터 제주를 필두로 전국 16개 시도를 돌면서 당원(50%)들과 국민(50%)들이 직접 투표하는 방식으로 진행됐다. 국민 경선제에는 노무현을 비롯해 김근태, 김중권, 유종근, 이인제, 정동영, 한화갑 등이 후보로 출마하였다.
국민 경선이 도입되기 이전에 민주당 부동의 1위는 이인제였고, 노무현은 군소 후보로 지지율은 10% 미만이었다. 경선 국면이 시작되면서 노무현은 “영남 후보론” 및 이인제 후보를 겨냥한 “정체성 시비”로 20%대 지지율에 진입하기 시작했다.
첫 번째 지역이었던 제주에서 한화갑 후보가 의외의 1위를 차지했고, 노무현은 득표 3위를 기록했다. 두 번째 울산에서는 인상적인 연설을 한 노무현이 예상대로 1위를 차지했다.
한편 여론조사에서는 대선 판도에 큰 변화가 나타나기 시작했다. 3월 13일 문화일보와 SBS가 공동으로 실시한 조사에 따르면, 노무현과 이회창이 양자 대결을 벌일 경우 노무현이 41.7%로 40.6% 지지율을 기록한 이회창을 앞서는 것으로 조사되었다. 대선 주자 지지도 여론 조사에서 이회창이 민주당 후보에 뒤처지는 결과가 나온 것은 대선 구도가 형성된 이후 처음 있는 일이었다.
관건은 3월 16일에 실시한 광주 경선이었다. 무엇보다도 광주는 김대중 대통령의 정치적 기반이자 새천년민주당의 근거지로서 이곳의 결과가 사실상 새천년민주당 대선후보를 결정짓는다고 해도 과언이 아닐 정도로 최대의 승부처였다. 결과는 노무현의 승리였다. 이회창을 이길 수 있는 유일한 카드라는 여론 조사 결과가 유리하게 작용했던 것이다.
이후 노무현은 단숨에 지지율이 급상승하며 ‘노풍’의 주인공이 되었다. 광주 경선 직후 이인제의 지역 기반인 대전· 충청권에서 일격을 당해 노풍이 꺾이는 듯싶었지만 대구광역시 경선 결과, 종합 1위가 확정되었다. 이후 노무현은 강원도와 전남, 전북, 경남, 대구를 비롯한 거의 전 지역을 석권해 나갔고, 2002년 4월 26일, 서울 경선에서 새천년민주당의 제16대 대통령 선거 후보로 공식 선출됐다.
그러나 새천년민주당은 지방 선거에서 호남과 제주의 광역단체장만 당선시키며 참패했다. 노무현은 선거 전 약속한 대로 후보 재신임을 물었고, 민주당 당무 회의는 만장일치로 재신임을 의결했다. 이에 대해 민주당 내 최대 계파 모임인 중도 개혁 포럼은 불복하고 ‘후보, 지도부 즉각 사퇴론’을 주장했다.
이런 상황에서 정몽준의 국민통합21에 입당하기 위한 김민석의 탈당은 노무현에게 반전의 계기가 되었다. 그의 탈당은 노무현에게 악재가 되지 않겠느냐는 관측이 있었으나, 답보 상태였던 그의 지지율은 20%대를 회복하고 후원금 액수도 크게 늘었다.