Химическая активность

Ряд химической активности металлов

Этот термин используется для описания сочетания химических элементов, которые по своей природе являются металлами, в определенном порядке от наименее до наиболее химически активного. Это используется для сравнения активности различных металлов. Помимо металлов, в спектр химических действий входит один неметалл — водород, который является эталонным элементом.

Чем выше в ряду активности находится металл, тем он более реакционноспособен. Это также связано с тем, что он легче окисляется, а значит, является более сильным восстановителем и более химически активным элементом. Напротив, чем ниже в ряду активности находится металл, тем менее он реакционноспособен. Это означает, что он легче вступает в реакцию восстановления и поэтому является более сильным окислителем, менее активным элементом.

Используя значения, приведенные в таблице 1, мы видим, что чем ниже значение стандартного потенциала элемента, тем сильнее восстановитель и тем более химически реактивен металл. Мерой способности к донорству электронов у различных металлов является значение их стандартного потенциала. Для водорода, точнее, для водородного электрода, стандартный потенциал принимается равным нулю. Стандартный потенциал — это электродвижущая сила ячейки, состоящей из стандартной водородной полуячейки и интересующей нас полуячейки, в которой концентрации субстратов и продуктов равны 1 ^{моль/дм3}.

Таблица 1. Электрохимический ряд металлов

Металлы, видимые в верхней части ряда, являются наиболее активными. Те, что выше водорода, легко окисляются и поэтому являются более сильными восстановителями, чем он. Элементы, расположенные ниже водорода в ряду, легче восстанавливаются и являются более сильными окислителями. Если металл имеет более отрицательный потенциал, чем другой, это означает, что он будет вытеснять его из соли. Например, железо вытесняет медь в солях меди, но медь не вытесняет железо из своих солей. Вместо этого он может вытеснять серебро из солей серебра. Литий и бериллий из растворов солей других металлов не вытесняют их, а непосредственно реагируют с водой. Они вытесняют водород и образуют свои соединения — гидроксиды. Такие металлы называются активными.

Активность металлов и периодическая таблица элементов

Как и многие другие свойства, химическая активность элемента может быть обусловлена его положением в периодической таблице. Наиболее активными являются металлы групп I и II, так как они легко вытесняют водород из воды, образуя гидроксиды. Химическая активность металлов, как группы, возрастает с увеличением атомного номера. Период уменьшается по мере увеличения атомного номера.

Драгоценные и цветные металлы

Водород не только служит точкой отсчета активности, но и разделяет драгоценные и неблагородные металлы на линии. Цветными металлами называются те, что выше водорода. Каждая из них реагирует с кислотами, вытесняя из них водород. От калия до кальция они реагируют с водой уже при комнатной температуре, а от магния до железа — при повышенных температурах.

Все металлы, которые находятся ниже водорода в ряду активности, не вытесняют водород из кислот. Однако они могут реагировать с окислительными кислотами с образованием соответствующих солей и оксидов, которые образуются при восстановлении кислотного остатка.

Элементы, расположенные в нижней части ряда, от серебра до золота, настолько устойчивы к химическим реакциям, что вступают в реакцию только с королевской водой. Такой раствор представляет собой смесь концентрированного раствора соляной кислоты и концентрированного раствора азотной кислоты (V), смешанных в объемном соотношении 3:1. Зная эти факты, можно сделать вывод, что для определения активности интересующего нас элемента можно провести несколько реакций: с водой комнатной температуры, с горячей водой, с неокислительной кислотой, с окислительной кислотой и с маточной водой.

Эксперимент по обнаружению металлов, вытесняющих водород из кислот

Самый простой способ подтвердить активность металла — провести эксперимент. Для этого необходимо подготовить десять пробирок, в которые последовательно помещаются: в 1-5: магниевая лента, цинковая проволока, железная проволока, никелевая проволока и медная проволока. Тот же порядок повторите в пробирках 6-10. Затем добавьте несколько миллилитров соляной кислоты в пробирки 1-5 и несколько миллилитров разбавленной серной кислоты (VI) в пробирки 6-10. Нанесите зажженную дугу на каждую трубку. В пробирках с магниевыми лентами и железными, цинковыми и никелевыми проволоками, залитыми кислотами, выделяются пузырьки газа. Наиболее интенсивное выделение наблюдается в пробирках, содержащих магний. Происходят следующие реакции:

Количество выделяемого газа уменьшается в ряду: цинк, железо, никель. Там происходят соответствующие реакции:

В трубках, содержащих медные провода, газ не виден, никаких изменений. Это означает, что такие реакции не происходят:

При подаче горящей дуги в трубках, из которых выходит газ, раздается характерный звук.

Резюме наблюдений и выводы:

Магний, цинк, железо и никель реагируют как с соляной, так и с серной кислотой (VI). Каждый из них вытесняет водород из кислоты, что означает, что они находятся выше в ряду активности металлов, чем кислота. В результате реакций образуются продукты в виде солей и выделяется газ — водород.

Характерный звук, сопровождающий прикладывание раскаленной стрелки к пробирке с вытекающим газом, вызван реакцией водорода с кислородом.

Из всех протестированных металлов магний является самым реактивным, за ним следуют цинк, железо, никель и медь. Это можно определить по интенсивности выделения пузырьков газа, которая указывает на активность металла.

В пробирках, содержащих медь, изменений не наблюдалось. Это показывает, что медь не способна вытеснить водород ни из соляной кислоты, ни из разбавленной серной (VI) кислоты.