1족 알칼리 금속 원소 - 리튬, 나트륨, 칼륨

 

 

주기율표 맨 왼쪽 세로줄에 위치하는 1족에는 수소, 리튬, 나트륨, 칼륨 등이 있습니다. 수소를 제외한 리튬 아래부터가 알칼리 금속 원소이며, 알칼리 금속은 밀도가 낮고 비교적 부드러운 은백색의 금속입니다. 

 

 

1. 리튬 (Li, Lithium) - 가장 가벼운 금속, 불꽃반응

첫 번째 알칼리 금속인 리튬은 모든 금속 중에서 가장 밀도가 낮아 물 위에 뜹니다. 밀도는 0.53g/cm^3으로 질량이 같은 부피의 물과 비교하면 반 정도밖에 되지 않습니다. 알칼리 금속은 모두 상온에서 물과 격렬히 반응하고, 수소 기체를 발생시키면서 수사니화물이 됩니다. 알칼리 금속 중에서 물과 가장 천천히 반응하는 리튬은 수소기체를 내면서 수산화리튬이 되어 물에 용해됩니다. 우리 주변에서 찾을 수 있는 리튬의 대표적인 사용은, 작은 크기로 높은 성능을 자랑하는 리튬이온 건전지이며 노트북이나 휴대 전화 같은 휴대용 전자 기기의 이차전지입니다. 리튬이온 건전지를 사용하면 기기를 작고 가볍게 만들 수 있기 때문에 가격이 비싸다는 단점에도 불구하고 소형, 고성능 기기의 부품으로 널리 사용되고 있습니다. 무색의 불꽃에 리튬이나 염화리튬을 넣으면 아름다운 붉은색의 불꽃반응이 일어납니다. 불꽃반응이란 알칼리 금속과 알칼리 토금속(2족 칼슘 아래부터), 구리와 그 화합물을 무색의 불꽃 안에 넣어 세게 태우면 불꽃이 각 원소 특유의 색을 보이는 현상입니다. 출제일과 기념일 야외 행사에서 볼 수 있는 불꽃놀이의 다양한 색은 기본적으로 이 원소들의 불꽃반응을 이용한 것입니다. 불꽃놀이란 흑색 화약과 금속 분말을 혼합하여 송진으로 굳힌 것을 종이로 싸서 점화시키면 이것이 연소, 파열되면서 나오는 소리, 색, 불꽃 등을 일으키는 것입니다. 

 

2. 나트륨 (Na, Sodium) - 천연소금

나트륨은 할로젠족에 속한 부드러운 은색의 금속으로, 공기중의 산소와 빠르게 결합하거나 물과 격렬하게 반응하는 등 화학 반응성이 매우 크기때문에 석유에 넣어 보관합니다. 쌀알 크기의 나트륨을 물에 넣으면 수소 기체를 발생시키면서 수면을 빙글빙글 돌다가 물에 녹아 수산화나트륨이 됩니다. 하지만 큰 덩어리를 물에 넣으면 물기둥을 일으키며 폭발합니다. 소듐 화합물을 무색 불꽃에 넣어 가열하면 황색의 불꽃반응이 나타나는데, 터널의 황색 조명이 바로 소듐 램프입니다. 염화 나트륨은 암염이나 해수 중에 함유되어 있으며 우리에게 소금으로 알려진 매우 친숙한 화합물입니다. 나트륨은 물속에 넣으면 폭발적으로 반응하는 금속이고 염소는 독성이 강해 화학무기로 사용된 악명 높은 기체입니다. 아이러니하게도 둘이 만나 화학적 변화를 일으키면 우리가 평소에 먹는 소금이 됩니다. 감칠맛을 내는 조미료의 글루타민산나트륨, 베이킹 소다에 들어가는 탄산수소나트륨, 비누도 나트륨 화합물입니다. 

 

3. 칼륨 (K, Potassium) - 자주색의 불꽃 

칼륨은 푸른색이 도는 부드러운 은백색의 금속으로 나트륨과 같은 부드러운 은백색의 금속이지만 나트륨보다 더 격렬한 반응성을 보입니다. 밀도가 낮고 강하게 발열하여 작은 조각이라도 물속에 넣으면 물 위를 미끄러지듯 돌아다니며 자주색의 불꽃을 튀기기 때문에 나트륨보다 더 위험한 금속입니다. 자주색은 칼륨의 불꽃반응 색입니다. 칼륨은 쉬게 양이온이 되며, 천연 상태에서 화합물로만 존재합니다. 칼륨의 어원은 잿물이라는 의미가 있으며, 이는 식물을 태웠을 때 그 재에 많이 포함되어 있기 때문입니다. 식물에게 있어서 반드시 필요한 3대 영양소는 질소, 인, 칼륨입니다. 염화칼륨, 황화칼륨과 같은 칼륨 화합물은 비료로 사용이 됩니다. 칼륨은 불꽃놀이의 주성분으로도 사용됩니다. 칼륨은 체내에도 존재하는데, 체중 70kg의 사람의 몸 안에 약 150g의 칼륨이 있고, 대부분 근육 세포 안에 존재합니다. 세포 안에 있는 양이온은 대부분 칼륨이온이며, 나트륨 이온과 함께 신경 세포의 흥분 전달과 세포 내외의 삼투압의 조절에 관여합니다. 칼륨 원자의 대부분은 칼륨39(93.22@)와 칼륨 41(6.77%)로 방사능을 가지고 있지 않지만 약 0.01%의 칼륨40은 방사능을 가지고 있습니다.