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I metalli alcalini – litio, sodio, potassio, rubidio, cesio e francio – sono metalli teneri e altamente reattivi che possiedono ciascuno un singolo elettrone nel loro orbitale s più esterno. Sebbene appartengano al Gruppo 1 della tavola periodica, la loro reattività chimica aumenta costantemente all'aumentare del loro numero atomico.
Tre fattori correlati determinano la facilità con cui un metallo alcalino dona il suo elettrone di valenza:la carica positiva del nucleo, l’effetto schermante degli elettroni interni e la distanza dell’elettrone esterno dal nucleo (cioè il raggio atomico). Comprendere ciascun elemento aiuta a spiegare l'andamento della reattività osservato dal litio al francio.
La carica nucleare è uguale al numero atomico, quindi l'effettiva attrazione positiva sull'elettrone di valenza cresce dal litio (Z=3) al francio (Z=87). Se la carica nucleare fosse l'unico fattore determinante, i metalli con Z più alto sarebbero meno reattivi perché l'attrazione più forte manterrebbe l'elettrone esterno legato più strettamente.
Gli elettroni interni schermano parzialmente l’elettrone di valenza dalla piena carica positiva del nucleo. Questa schermatura dipende dalla geometria orbitale e dal numero di elettroni del nucleo. Sebbene la schermatura riduca la carica nucleare effettiva percepita dall'elettrone esterno, essa ha meno influenza sui metalli alcalini rispetto al fattore di distanza radiale.
Il fattore dominante è la separazione spaziale tra il nucleo e l'elettrone esterno. L'attrazione elettrostatica segue la legge dell'inverso del quadrato; pertanto, quando il raggio raddoppia, l'attrazione scende a un quarto. I metalli alcalini mostrano raggi atomici crescenti:litio=167pm, sodio=190pm, potassio=243pm, rubidio=265pm, cesio=298pm e il francio è ancora più grande. Maggiore è il raggio, meno stretto viene trattenuto l'elettrone di valenza, rendendo il metallo più reattivo.
La combinazione di questi fattori produce la chiara sequenza di reattività:francio> rubidio> cesio> potassio> sodio> litio. La tendenza si allinea con l'aumento dei raggi atomici, confermando che la distanza dal nucleo governa la reattività dei metalli alcalini più della carica nucleare o della sola schermatura.
