Кой е най-реактивният метал? Франций срещу цезий

Най-реактивните метали в периодичната таблица

Най-реактивните метали се намират в най-лявата колона на периодичната таблица – групата на алкалните метали. Колкото по-надолу в колоната се придвижвате, толкова по-реактивни стават те. Хвърлите ли парченце елементарен калий във вода, ще предизвикате пожар, а цезият във вода ще разби съда на трохи. Францият стои още по-долу в колоната, но химичните му свойства са трудни за оценка, защото е изключително рядък, силно радиоактивен и живее много кратко време.

Франций

Францият е открит за първи път през 1939 г. от химика Маргьорит Перей в Париж. Учените могат да произвеждат елемента изкуствено, но количеството, съществуващо на Земята, е невероятно малко – по всяко дадено време има по-малко от една унция. Дори при изкуствено производството е много трудно да се изследва, тъй като могат да бъдат получени само минимални количества. Освен това елементът е силно радиоактивен и се разпада бързо – периодът на полуразпад на най-стабилния му изотоп е едва около 22 минути. Следователно, макар че без съмнение францият е изключително реактивен метал, за неговата химия се знае твърде малко.

Цезий

Според Националната лаборатория в Лос Аламос (LANL) химията на франция е много сходна с тази на цезия. Цезият обаче е далеч по-лесен за изследване, защото се среща в минерала поллуцит и други руди. Изолирането му е изключително трудно именно поради високата му реактивност. Той не само реагира бурно с вода, но е и пирофорен – то есть има тенденция да самовъзпламенява на въздуха. Поради това обикновено се съхранява в минерално масло или под защитна атмосфера от аргон.

Франций срещу цезий

Енергията на йонизация измерва количеството енергия, необходимo за отделяне на електрон от атом. Една от причините цезият и рубидият да са толкова реактивни са техните изключително ниски йонизационни енергии – това означава, че им е много лесно да даряват електрони на други молекули, например на водните молекули в съда ви. При 376 килоджаула на мол цезият всъщност има малко по-ниска йонизационна енергия от франция. Следователно цезият е леко по-реактивен от франция, макар че сравненията са затруднени, тъй като францият е толкова трудно проучваем.

Релативистични ефекти

По принцип йонизационните енергии намаляват, когато се движите надолу по дадена група в периодичната таблица. От петия период нататък обаче приложението на теорията на относителността към квантовата химия става все по-важно, а тези релативистични ефекти играят сложна, но значима роля. Благодарение на тях францият всъщност има малко по-малък атомен радиус от цезия – оттук и лекото, макар и контраинтуитивно увеличение на йонизационната енергия при преминаване от цезия надолу към франция. В крайна сметка и двата метала са силно реактивни и много сходни по своята химическа природа.