Activity Series of Metals (Σειρά αντιδραστικότητας)

Η σειρά δραστηριοτήτων μετάλλων ή σειρά αντιδραστικότητας είναι μια λίστα μετάλλων από τα πιο δραστικά έως τα λιγότερο αντιδραστικά. Η γνώση της σειράς δραστηριοτήτων σάς βοηθά να προβλέψετε εάν θα συμβεί ή όχι μια χημική αντίδραση. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήστε το για να αναγνωρίσετε εάν ένα μέταλλο αντιδρά με νερό ή οξύ ή εάν αντικαθιστά ένα άλλο μέταλλο σε μια αντίδραση. Οι αντιδράσεις αντικατάστασης και η εξόρυξη μεταλλεύματος είναι δύο βασικές χρήσεις της σειράς δραστηριοτήτων.

Διάγραμμα σειράς δραστηριοτήτων μετάλλων

Ακολουθεί ένα διάγραμμα σειρών δραστηριοτήτων για μέταλλα γύρω από τη θερμοκρασία δωματίου.

Μέταλλα (τα περισσότερα έως τα λιγότερο αντιδραστικά)	Αντίδραση
Κήσιο (Cs) Φράγκιο (Fr) Ρουβίδιο (Rb) Κάλιο (Κ) Νάτριο (Na) Λίθιο (Li) Βάριο (Ba) Ράδιο (Ra) Στρόντιο (Sr) Ασβέστιο (Ca)	Αντιδρά με κρύο νερό, αντικαθιστώντας το υδρογόνο και σχηματίζοντας υδροξείδιο
Μαγνήσιο (Mg)	Αντιδρά πολύ αργά με κρύο νερό, αλλά έντονα με οξέα, σχηματίζοντας υδροξείδια
Βηρύλλιο (Be) Αλουμίνιο (Al) Τιτάνιο (Ti) Μαγγάνιο (Mn) Ψευδάργυρος (Zn) Chromium (Cr) Σίδηρος (Fe) Κάδμιο (Cd) Κοβάλτιο (Co) Νικέλιο (Ni) Tin (Sn) Μόλυβδος (Pb)	Αντιδρά με οξέα, σχηματίζοντας γενικά οξείδια
H₂	Για σύγκριση
Αντιμόνιο (Sb) Βισμούθιο (Bi) Χαλκός (Cu) Βολφράμιο (W) Υδράργυρος (Hg) Ασήμι (Ag) Χρυσός (Au) Πλατίνα (Pt)	Εξαιρετικά μη αντιδραστικό (το Sb αντιδρά με ορισμένα οξειδωτικά οξέα)

Αν κοιτάξετε τριγύρω, θα παρατηρήσετε ότι τα γραφήματα από διαφορετικές πηγές μπορεί να ταξινομούν τα στοιχεία ελαφρώς διαφορετικά. Για παράδειγμα, σε ορισμένα γραφήματα, θα βρείτε το νάτριο που αναφέρεται ως πιο αντιδραστικό από το κάλιο. Αυτό συμβαίνει επειδή οι συνθήκες μιας προτεινόμενης αντίδρασης έχουν σημασία. Η σειρά των μετάλλων στον πίνακα προέρχεται από πειραματικά δεδομένα σχετικά με την ικανότητα ενός μετάλλου να εκτοπίζει το υδρογόνο από το νερό και το οξύ. Συγκεκριμένα μέταλλα αντιδρούν περισσότερο με ένα οξύ παρά με ένα άλλο, καθώς και η θερμοκρασία παίζει ρόλο.

Αυτό που είναι σημαντικό είναι να έχετε κατά νου τις γενικές τάσεις. Τα αλκαλικά μέταλλα είναι πιο δραστικά από τις αλκαλικές γαίες, οι οποίες με τη σειρά τους είναι πιο δραστικά από τα μέταλλα μετάπτωσης. Τα ευγενή μέταλλα είναι τα λιγότερο αντιδραστικά.

Τα αλκαλικά μέταλλα, το βάριο, το ράδιο, το στρόντιο και το ασβέστιο αντιδρούν με κρύο νερό. Το μαγνήσιο αντιδρά μόνο αργά με κρύο νερό, αλλά αντιδρά γρήγορα με βραστό νερό ή οξέα. Το βηρύλλιο και το αλουμίνιο αντιδρούν με ατμό ή οξέα. Το τιτάνιο αντέδρασε μόνο με πυκνά ορυκτά οξέα. Τα περισσότερα μέταλλα μετάπτωσης αντιδρούν με οξέα, αλλά δεν αντιδρούν με ατμό. Τα ευγενή μέταλλα αντιδρούν μόνο με ισχυρά οξειδωτικά, όπως το aqua regia.

Τα πιο δραστικά και τα λιγότερο αντιδραστικά μέταλλα

Από τον πίνακα, σημειώστε ότι το πιο δραστικό μέταλλο στον περιοδικό πίνακα είναι το καίσιο. Το λιγότερο αντιδραστικό μέταλλο είναι η πλατίνα.

Πώς να χρησιμοποιήσετε τη σειρά Metal Activity – Παραδείγματα προβλημάτων

Έτσι, ένα μέταλλο που είναι υψηλότερο στη σειρά δραστηριότητας αντικαθιστά ένα χαμηλότερο στη σειρά. Δεν αντικαθιστά μέταλλο ψηλότερα στη σειρά. Όταν ένα μέταλλο αντικαθιστά ένα άλλο, το εκτοπίζει σε αντιδράσεις αντικατάστασης και επίσης εκτοπίζει ιόντα σε υδατικό διάλυμα.

Για παράδειγμα, η προσθήκη μετάλλου ψευδαργύρου σε ένα υδατικό διάλυμα ιόντων χαλκού έχει ως αποτέλεσμα την καθίζηση χαλκού:

Zn(s) + Cu(aq) → Zn(aq) + Cu(s)

Αυτό συμβαίνει επειδή ο ψευδάργυρος είναι πιο δραστικός από τον χαλκό και είναι υψηλότερος στη σειρά δραστηριότητας. Ωστόσο, εάν προσθέσετε μέταλλο ασήμι σε ένα υδατικό διάλυμα χαλκού, δεν αλλάζει τίποτα. Το ασήμι βρίσκεται κάτω από τον χαλκό στη σειρά δραστηριότητας, επομένως δεν λαμβάνει χώρα καμία χημική αντίδραση.

Ωστόσο, ορισμένα μέταλλα δεν εκτοπίζουν το υδρογόνο από το νερό. Μέταλλα χαμηλότερα στη σειρά δραστηριότητας αντιδρούν με οξέα. Για παράδειγμα, ο ψευδάργυρος αντικαθιστά το υδρογόνο από το θειικό οξύ:

Zn(s)+H₂ SO₄ (aq) → ZnSO₄ (aq)+H₂ (ζ)

Τώρα, ας εφαρμόσουμε αυτές τις πληροφορίες σε πιθανά προβλήματα χημείας:

Παράδειγμα #1

Θα συμβεί η ακόλουθη αντίδραση;

Mg(s)+CuCl₂ (aq)→MgCl₂ (aq)+Cu(s)

Το μαγνήσιο είναι υψηλότερο στη σειρά δραστηριότητας από τον χαλκό, επομένως το αντικαθιστά στις αντιδράσεις. Ναι, αυτή η αντίδραση θα συμβεί.

Παράδειγμα #2

Τι συμβαίνει όταν τοποθετείτε ένα κομμάτι ψευδάργυρου σε ένα δοχείο με υδροχλωρικό οξύ;

Από τη σειρά δραστηριοτήτων γνωρίζετε ότι ο ψευδάργυρος εκτοπίζει το υδρογόνο από το οξύ. Το υδροχλωρικό οξύ είναι στην πραγματικότητα ένα υδατικό διάλυμα HCl, έτσι ώστε να μην λαμβάνετε χλωριούχο ψευδάργυρο. Εδώ είναι η αντίδραση:

Zn(s) + 2 HCl(aq) → Zn(aq) + 2 Cl(aq) + H_2(g)

Παράδειγμα #3

Τι συμβαίνει όταν τοποθετείτε ένα κομμάτι χαλκού σε υδροχλωρικό οξύ;

Από τη σειρά αντιδραστικότητας, ξέρετε ότι ο χαλκός είναι αρκετά μη αντιδραστικός. Δεν εμφανίζεται καμία αντίδραση. Δεν συμβαίνει τίποτα.

Κατανόηση της αντιδραστικότητας

Ο λόγος που ορισμένα μέταλλα είναι πιο αντιδραστικά από άλλα έχει να κάνει με τη διαμόρφωση των ηλεκτρονίων τους. Τα αλκαλιμέταλλα χάνουν εύκολα το ηλεκτρόνιο ενός σθένους και αποκτούν σταθερότητα. Εν τω μεταξύ, τα ευγενή μέταλλα είναι στοιχεία d-block που απαιτούν την απώλεια ή κέρδος πολλών ηλεκτρονίων για να φτάσουν σε μια διαμόρφωση ευγενούς αερίου.

Συνήθως, το μέταλλο με περισσότερα ηλεκτρόνια είναι πιο αντιδραστικό από αυτό με λιγότερα ηλεκτρόνια. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μέταλλα με περισσότερα ηλεκτρόνια έχουν κελύφη ηλεκτρονίων που βρίσκονται πιο μακριά από τον πυρήνα, επομένως τα ηλεκτρόνια τους δεν είναι τόσο σφιχτά συνδεδεμένα.

Αναφορές

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Χημεία των Στοιχείων . Oxford:Pergamon Press. σελ. 82–87. ISBN 0-08-022057-6.
Wah, Lim Eng (2007). Οδηγός Σπουδών Longman Pocket ‘O’ Level Science-Chemistry (2η έκδ.). Pearson Education. ISBN-10:981-06-0007-0.
Wolters, L. P.; Bickelhaupt, F. M. (2015). «Το μοντέλο του στελέχους ενεργοποίησης και η μοριακή τροχιακή θεωρία». Διεπιστημονικές κριτικές Wiley:Υπολογιστική Μοριακή Επιστήμη . 5 (4):324–343. doi:10.1002/wcms.1221
Wulfsberg, Gary (2000). Ανόργανη Χημεία . Πανεπιστημιακά επιστημονικά βιβλία. ISBN 9781891389016.