Rakettipolttoaineissa käytetyt metallit rakettipolttoaineina kuuluvat pääosin alkuaineiden jaksollisen järjestelmän toiseen jaksoon , ja vain harvat niistä kolmanteen. Zirkoniumin lisääminen johtaa korkeaan polttoaineen tiheyteen, mutta vähentää ominaistyöntövoimaa . Turvallisuusnäkökulmasta boori ei aiheuta vaikeuksia, alumiinilla ja magnesiumilla on alhainen syttyvyys, litium ja zirkonium ovat syttyvimmät, ja berylliumin kanssa työskennellessä on ryhdyttävä erityistoimenpiteisiin sen myrkyllisyyden vuoksi.
Pehmeä hopeanhohtoinen metalli. Kaikista alkalimetalleista sillä on suurin ero sulamis- ja kiehumispisteissä, ja vastaavasti suurin olemassaoloalue nestemäisessä tilassa. Jälkimmäisestä ominaisuudesta johtuen litiumia pidetään erityisen arvokkaana jäähdytyksessä käytettävänä metallina, sillä sen ominaislämpökapasiteetti on myös epätavallisen korkea. Siten litiumia voidaan käyttää nestemäisenä polttoaineena edellyttäen, että metallin alkusulatukseen on energialähde. Litiummetalli saadaan elektrolyysillä sulasta litiumkloridista tai sen liuoksesta orgaanisessa liuottimessa, koska litiumhydroksidia muodostuu vesiliuoksen elektrolyysin aikana. Litiummetallin reaktiot ovat vähemmän rajuja kuin muiden alkalimetallien reaktiot, koska litium on vähiten sähköpositiivista, mutta silti erittäin syttyvää. Litium reagoi kiivaasti veden ja happojen kanssa vapauttaen vetykaasua. Jos litiumia ei lämmitetä, se vain tummuu ilman tai hapen vaikutuksesta. Loput alkalimetallit eivät ole erityisen sopivia ponneainekomponentteiksi korkean reaktiivisuutensa ja suuren molekyylipainonsa vuoksi. Poikkeuksena on cesium, joka alhaisen ionisaatiopotentiaalinsa vuoksi on löytänyt käyttöä sähköstaattisissa moottoreissa.
Voi olla hyödyllinen korkean lämpöarvon vuoksi. Beryllium on kova, hauras, vaaleanharmaa metalli. Sitä käytetään laajalti ydinteknologiassa, koska se hidastaa hyvin neutroneja, sekä metallurgiassa antioksidanttina ja kuparin ja kupariseosten seosaineena. [1] Pääasiallinen berylliummalmi on beryll Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 . Beryyli hajoaa beryllium-kaliumkaksoisfluoridiksi, joka sitten pelkistetään metalliksi elektrolyysillä tai metallisen magnesiumin avulla. Metallista berylliumia, kuten litiumia, voidaan saada sulan kloridin elektrolyysillä, mutta sulan tekemiseksi sähköä johtavammaksi on tarpeen lisätä siihen tietty määrä NaCl:a, koska berylliumsuoloilla on korkea kovalenttisuus. Beryllium on melko vakaa eikä kovin reaktiivinen. Suurin vaara sen kanssa työskenneltäessä on berylliumyhdisteiden myrkyllisyys. Kaikki yksinkertaiset yhdisteet, kuten BeF 2 , BeO, Be(OH) 2 , BeSO 4 , BeCl 2 ja muut, ovat vaarallisia, koska ne aiheuttavat kroonista keuhkokuumetta (keuhkokuume). Mineraali beryll näyttää olevan myrkytön; vapaan metallin myrkyllisyys on kyseenalainen. Yhdysvaltain atomienergiakomission ja American Industrial Hygiene Associationin asettamat suurimmat sallitut berylliumpitoisuudet ilmassa ovat keskimäärin 2 µg/m³ työpäivän aikana, 25 µg/m³ lyhytaikaisessa työssä ja 0,01 µg/m³. keskimääräinen kuukausiannos ilmakehässä lähellä berylliumtehdasta tai laboratoriota. On mahdollista, että luku 2 µg/m³ on liian alhainen, mutta suurin sallittu pitoisuus 25 µg/m³ on määritetty melko luotettavasti.
Sillä on vähän käyttöä rakettien ponneaineissa, mutta sitä käytetään laajalti sytyttimissä ja muissa pyroteknisissä laitteissa sekä seosaineena. Raskaampia maa-alkalimetalleja ei yleensä käytetä rakettipolttoaineissa, koska palamistuotteiden molekyylipainot olisivat liian korkeat. Magnesium on reaktiivisempi kuin beryllium; hieno magnesiumjauhe on syttyvää, mutta ei syty itsestään ilmassa. Magnesiummetalli on sulamispisteensä alapuolella erittäin syttyvää, joten sen palaminen tapahtuu höyryfaasissa.
Käytetään usein rakettien ponneaineissa, mutta sillä on haittoja alhaisen palamistehokkuuden vuoksi. Rakettien ponneaineiden lisäksi booria käytetään laajalti sytyttimissä ja neutronien suojauksessa. Boori esiintyy tärkeissä kerrostumissa boorihapon tai boraattien muodossa. Tämä alkuaine saadaan pelkistämällä B 2 O 3 metallilla magnesiumilla, mutta puhtausaste ei yleensä ylitä 95-98 %. Kiteinen boori on erittäin inerttiä. Jos boori kuumennetaan 700 °C:seen, se syttyy ja palaa punertavalla liekillä muuttuen boorihappoanhydridiksi ja vapauttaen suuren määrän lämpöä. Kiehuvat suolahapot (HCl) ja fluorivetyhapot (HF) eivät vaikuta siihen. Hienoksi jauhettu boori hapettuu vain hitaasti kuumalla väkevällä typpihapolla HNO 3 . Boorin heikko reaktiivisuus voi selittää palamisen alhaisen hyötysuhteen.
Sitä käytetään laajalti kiinteissä rakettien ponneaineissa ja myös seosaineena. Se esiintyy mineraalibauksiittina, hydratoituneena oksidina. Alumiinia saadaan Hall-menetelmällä, joka koostuu puhdistetun alumiinioksidin liuottamisesta sulaan kryoliittiin 800-1000 °C:ssa ja sitä seuraavasta elektrolyysistä. Alumiini on kova, kestävä hopeanvalkoinen metalli, jolla on korkea hapetuspotentiaali, mutta se kestää hapettumista suojaavan oksidikalvon muodostumisen vuoksi. Tämä metalli ei ole reaktiivinen, mutta jauhemuodossa muodostaa syttyviä ja räjähtäviä seoksia ilman kanssa, joten se on eristettävä kipinän lähteestä. Jos alumiinijauhetta kuumennetaan voimakkaasti, se syttyy ja palaa häikäisevän valkoisella liekillä muodostaen alumiinioksidia. Polttaminen on erittäin nopeaa.
Voidaan käyttää rakettien ponneaineissa sen suuren tiheyden vuoksi. se esiintyy mineraaleina baddeleyite ZrO 2 ja zircon ZrSiO 4 . Se uutetaan titaanille kehitetyllä Kroll-menetelmällä. Mineraalit avautuvat käsittelemällä hiilellä ja kloorilla punaisessa lämpölämpötilassa . Tuloksena saadaan zirkoniumtetrakloridia ZrCl 4 , joka sitten pelkistetään sulalla metallilla magnesiumilla argonatmosfäärissä 800 °C:ssa. Kuiva zirkoniumjauhe on erittäin reaktiivista ja sillä on alhainen syttymislämpötila (180–195 °C). Se voi syttyä lämmöstä, staattisesta sähköstä tai yksinkertaisesti kitkasta, joten se varastoidaan yleensä märkänä tahnana.