リチウムイオン電池で話題のリチウムも含む「アルカリ金属」とは？その特徴と豊富な用途を未来の科学者ライターがわかりやすく解説！

ライター／Haru

化学グランプリに挑戦した経験もある、実験が大好きな学生ライター。子どもの頃、元素周期表をポケモンと一緒に覚えてから、物質を見ると化学式が一緒に見えてくる生活を送っている。アインシュタインとニュートンを尊敬しており、彼らの偉業や化学の面白さを分かりやすく伝えていきたい。将来は研究員になって実験を生業とするのが夢。

アルカリ金属とは

まず、アルカリ金属の6元素、リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）、ルビジウム（Rb）、セシウム（Cs）、フランシウム（Fr）が持つ、互いに似た性質について解説しましょう。

1価の陽イオンになりやすい

アルカリ金属は、すべて原子に価電子を1つ持っているのですが、イオン化エネルギーが小さいため、電子を1個放出して1価の陽イオンになりやすい性質を持っています。

水と激しく反応する

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前述の通りイオンになりやすい性質を持つアルカリ金属は、水と激しく反応する性質を持っており、例えばカリウムと水が反応すると、水酸化カリウムと水素が発生します。

また、この反応は発熱反応で、その発熱量は水素を引火させてしまうほどの量なので結果的に爆発が起こるのです。

このように、アルカリ金属は水と激しく反応し、爆発する性質があります。

非常に酸化しやすい

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アルカリ金属は酸素とも反応しやすい性質を持っています。アルカリ金属は名前の通り金属ですが、その外皮は常に酸素によって酸化されてしまうため、金属光沢を失ってしまうのですが、例えばナトリウムの塊をナイフで切ると、切断面が即座に酸化されて、白色に変色してしまうのです。

このように、アルカリ金属は非常に酸化しやすいため、保存するときは石油の中に沈めて保存します。

炎色反応を示す

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アルカリ金属を含む化合物は、高温で加熱すると特有の炎色反応を示すのですが、リチウムは赤、ナトリウムは黄色、カリウムは赤紫、ルビジウムは紅紫、セシウムは青色に炎が変色します。

この炎色反応は花火にも利用されているのです。火薬にアルカリ金属などの化合物を混ぜて、空中で爆発させ、炎色反応を起こすことで、火に様々な色をつけています。

黄色い花火が挙がったら、その花火玉にはナトリウムが使われているのです。

アルカリ金属の水酸化物は強塩基性を示す

アルカリ金属の水酸化物は強い塩基性を示します。例えば水酸化ナトリウムと水酸化カリウムは、それぞれアルカリ金属であるナトリウムとカリウムの水酸化物ですが、どちらの水溶液も強い塩基性を示すのです。

各元素の特徴と利用

そんな似た性質を持つアルカリ金属ですが、それぞれ固有の特徴や用途を持っています。

リチウム

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「リチウム」と聞くと、電池を連想する人が多いでしょう。

ナトリウム

ナトリウムは、身近なところではナトリウムランプとして利用されています。

普段私達は、トンネルなどで、黄色く光っている「ナトリウムランプ」を目にすることがあるでしょう。ナトリウムランプは、排気ガス中の粉塵や煤煙などの影響を受けにくいので、トンネルの遠くまでよく見えるように、照明にはナトリウムランプが用いられているのです。

ナトリウムは、我々の身近な所で、化合物として存在します。数種類のナトリウム化合物と、その特徴・用途についてみていきましょう。

塩化ナトリウム（NaCl）

塩化ナトリウムは、別名で食塩とも呼ばれています。私達が日頃使っている塩や醤油などに含まれ、食事によって摂取することが多いです。取り込まれたナトリウムは、カリウムとともに神経伝達の一役を担うなど、生体内でも重要な役割を担っています。

炭酸水素ナトリウム（NaHCO₃）

炭酸水素ナトリウムは別名で重曹とも呼ばれ、掃除、洗濯、消臭など家事の現場で役に立っているのは知っていましたか？重曹は弱塩基性の物質なので、弱酸性の油汚れなどを中和によって落とすことができるのです。また、重曹は加熱すると熱分解によって二酸化炭素を放出するため発泡性がありますが、それも家事の現場で重宝される一つの所以であるといえるでしょう。

水酸化ナトリウム（NaOH）

最後は水酸化ナトリウムと言う物質で、これは小学校の理科でも出てくる有名なナトリウム化合物です。水酸化ナトリウムの水溶液は、強い塩基性を示す水溶液として有名ですが、その取り扱いには非常に注意しなければなりません。水酸化ナトリウムは目に少量入るだけでも失明してしまうほど危険な物質です。実験等で使う機会があれば、細心の注意を払って扱いましょう。