알칼리 토금속

이름의 유래

초기 화학자들은 불 속에서 녹거나 변하지 않는 물질을 ‘토류(earth)’라고 불렀다. 석회, 마그네시아, 바리타는 물에 조금 녹아 알칼리성 용액을 만드는 토류였기에 알칼리 토류라 불렸다. 오랫동안 이들은 그 자체로 원소라고 여겨졌다. 1808년 험프리 데이비가 전기 분해로 각각에 금속이 들어 있음을 보였고, 이 이름은 산화물에서 금속으로 넘어갔다.

전자 두 개, 조금 덜한 반응성

알칼리 토금속은 모두 바깥 껍질에 전자가 두 개 있으며, 둘 다 잃고 2+ 이온이 된다. 전자 두 개를 떼어 내는 데는 하나를 떼어 낼 때보다 더 많은 에너지가 들기 때문에, 이 금속들은 1족의 이웃들보다 반응성이 작다. 베릴륨은 물과 거의 반응하지 않고, 마그네슘은 수증기와 반응하며, 칼슘, 스트론튬, 바륨은 차가운 물과 점점 더 빠르게 반응한다.

원자마다 전자 두 개가 금속 결합에 참여하므로, 알칼리 금속보다 단단하고 밀도가 크며 녹는점도 높다.

불꽃 속의 색깔

이 금속들 가운데 몇몇은 화합물을 가열하면 선명한 색을 내는데, 학교 실험실의 불꽃 반응과 불꽃놀이가 바로 이 성질을 이용한다.

• 칼슘: 벽돌색
• 스트론튬: 진홍색, 불꽃놀이와 조명탄의 대표적인 빨강
• 바륨: 연두색
• 마그네슘: 금속 자체가 탈 때 내는 강렬한 흰빛

생명과 건축에 꼭 필요한 원소

칼슘은 사람 몸에 가장 많은 금속이다. 인산 칼슘의 형태로 뼈와 치아를 이루며, 칼슘 이온은 근육 수축과 심장 박동을 조절한다. 마그네슘은 식물이 햇빛을 붙잡는 데 쓰는 분자인 엽록소의 한가운데에 자리한다.

같은 화학이 지형도 빚어낸다. 석회암, 백악, 대리석은 탄산 칼슘이며, 그 상당 부분은 고대 바다 생물의 껍데기에서 만들어졌다. 석회암을 가열하면 생석회가 되는데, 이는 모르타르와 시멘트의 출발 물질이다.

위험한 원소들

베릴륨과 그 화합물은 독성이 있어, 분진을 들이마시면 만성 폐 질환을 일으킬 수 있다. 수용성 바륨 화합물도 유독하지만, 황산 바륨은 물에 거의 녹지 않아 환자들이 엑스선 촬영 전에 안전하게 마신다. 족의 맨 아래에 있는 라듐은 방사능이 매우 강하며, 한때 시계 문자판에 칠해졌다가 작업자들이 입은 피해가 드러난 뒤에야 사용이 멈췄다.