Водореактивные вещества
Водореактивные вещества [ 1 ] Это те, которые самопроизвольно вступают в химическую реакцию с водой, поскольку по своей природе они обладают высокой восстановительной способностью. [ 2 ] Яркие примеры включают щелочные металлы , от лития до цезия , и щелочноземельные металлы , от магния до бария .
Некоторые реагирующие с водой вещества также являются пирофорными , например, металлорганические соединения и серная кислота, и их следует хранить вдали от влаги. Необходимо использовать кислотостойкие перчатки и защитную маску, при работе с ними следует использовать вытяжные шкафы. [ 3 ]
Такие вещества классифицируются как R2 по системе классификации ООН и как опасность 4.3 Министерства транспорта США . На белом квадрате огненного ромба NFPA 704 они обозначены как «W̶».
Все химические вещества, которые бурно реагируют с водой или выделяют токсичный газ при контакте с водой, признаны опасными по своей природе в «Утвержденном списке поставок». [ 4 ] или список веществ, на которые распространяется международное законодательство об основных опасностях [ 5 ] многие из которых обычно используются в производственных процессах.
Щелочные металлы
[ редактировать ]
Щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs и Fr) являются наиболее реакционноспособными металлами таблицы Менделеева : все они бурно или даже взрывно реагируют с холодной водой, что приводит к вытеснению водорода.
Металл группы 1 (M) окисляется до ионов металлов , а вода восстанавливается до газообразного водорода (H 2 ) и гидроксид-иона (OH). − ), давая общее уравнение:
- 2 М(т) + 2 Н 2 О(л) ⟶ 2 М + (водный) + 2 ОН − (водн.) + Н 2 (г) [ 6 ]
Металлы группы 1 или щелочные металлы становятся более реакционноспособными по мере увеличения числа энергетических уровней.
Щелочноземельные металлы
[ редактировать ]
Щелочноземельные металлы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba и Ra) являются вторыми по реакционной способности металлами в таблице Менделеева и, как и металлы группы 1, обладают возрастающей реакционной способностью с увеличением числа энергетических уровней. Бериллий (Be) — единственный щелочноземельный металл, который не вступает в реакцию с водой или паром , даже если металл нагреть докрасна. [ 7 ] Кроме того, бериллий имеет стойкий внешний оксидный слой, который снижает его реакционную способность при более низких температурах.
Магний вступает в незначительную реакцию с водой, но энергично сгорает с водяным паром или водяным паром с образованием белого оксида магния и газообразного водорода: [ 8 ]
- Mg(т) + H 2 O(г) ⟶ MgO(т) + H 2 (г)
Магний слабо реагирует с холодной водой. Реакция кратковременна, поскольку слой гидроксида магния, образующийся на магнии, практически нерастворим в воде и предотвращает дальнейшую реакцию.
Mg(тв) + 2H 2 O(л) ⟶ Mg(OH) 2 (тв) + H 2 (г) [ 9 ]
Реакция металла с холодной водой приводит к образованию гидроксида металла и газообразного водорода. Однако, если металл реагирует с паром, например магний, образуется оксид металла в результате расщепления гидроксидов металлов при нагревании. [ 10 ]
Гидроксиды кальция, стронция и бария лишь слегка растворимы в воде, но образуют достаточное количество гидроксид-ионов, чтобы сделать окружающую среду основной , что дает общее уравнение:
- M(т) + 2 H 2 O(ж) ⟶ M(OH) 2 (водн.) + H 2 (г) [ 11 ]
Радий реагирует аналогично остальным щелочноземельным металлам (кроме магния), образуя гидроксид радия и газообразный водород. [ 12 ] Примечательно, что гидроксид радия является наиболее растворимым из всех видов гидроксидов щелочноземельных металлов. [ 13 ]
Ряд реакционной способности металлов
[ редактировать ]| Порядок реактивности | Металл | Реакции с водой или паром |
|---|---|---|
| Самый реактивный | калий (К) | Очень бурная реакция с холодной водой. |
| Второй по реактивности | sodium (Na) | Бурная реакция с холодной водой |
| Третий по реактивности | кальций (Ca) | Менее бурная реакция с холодной водой |
| Наименее реактивный | магний (Mg) | Медленная реакция с холодной водой, энергичная с горячей водой. |
- Если металлы реагируют с холодной водой, гидроксиды . образуются
- Если металлы реагируют с паром, оксиды . образуются
Водород всегда образуется при реакции металла с холодной водой или паром. [ 14 ]
Галогены
[ редактировать ]Галогены названы так из-за их способности образовывать соли и образовывать с водородом множество простых сильных кислот. Из четырех стабильных галогенов только фтор и хлор имеют потенциал восстановления выше, чем у кислорода , что позволяет им образовывать плавиковую кислоту и соляную кислоту непосредственно в результате реакции с водой. [ 15 ] Реакция фтора с водой особенно опасна, так как при добавлении газообразного фтора к холодной воде образуется плавиковая кислота, газообразный кислород и озон . [ 16 ] Однако реакция протекает довольно медленно. [ 17 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Гиперглоссарий MSDS: Реакция металлов» . Компания Interactive Learning Paradigms Incorporated . Проверено 10 мая 2007 г.
- ^ Раймонд, Чанг (2010). Химия (PDF) (десятое изд.). Америка, Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр.897-898. ISBN 0077274318 . Проверено 27 февраля 2018 г.
- ^ Университет Айовы. «Реактивные химикаты» . Экологическая безопасность и гигиена . Архивировано из оригинала 3 марта 2018 года . Проверено 2 марта 2018 г.
- ^ Куинн, диджей; Дэвис, Пенсильвания (2003). «МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ ХИМИКАТОВ, РЕАГИРУЮЩИХ С ВОДОЙ» (PDF) . Серия симпозиумов . 149 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2018 года . Проверено 25 февраля 2018 г.
- ^ Капиас, Т; Гриффитс, РФ (2001). REACTPOOL: Новая модель аварийных выбросов химикатов, реагирующих с водой (PDF) . Корона. ISBN 0-7176-1995-8 . Проверено 25 февраля 2018 г.
- ^ Ландас, Тревор (2 октября 2013 г.). «Взаимодействие элементов основных групп с водой» . Химия LibreTexts . Проверено 9 февраля 2017 г.
- ^ Пилгаард, Майкл. «Бериллий: Химические реакции» . Таблица элементов Майкла Пилгаарда . Проверено 16 февраля 2018 г.
- ^ «Реакция магния с паром» . РСК Образование . Проверено 11 мая 2024 г.
- ^ «Реакции элементов 2 группы с водой» . Химия LibreTexts . 03.10.2013 . Проверено 8 сентября 2023 г.
- ^ Кларк, Джим. «Реакции элементов 2 группы с водой» . ХимГид . Проверено 16 февраля 2018 г.
- ^ Ландас, Тревор (2 октября 2013 г.). «Взаимодействие элементов основных групп с водой» . Химия LibreTexts . Проверено 16 февраля 2018 г.
- ^ Салуцкий, М.Л.; Кирби, HW (1 декабря 1964 г.). РАДИОХИМИЯ РАДИЯ (Доклад). Mound Lab., Майамисбург, Огайо (Grace (WR) and Co., Кларксвилл, Мэриленд, Вашингтонский исследовательский центр). п. 4.
- ^ Браун, Пол Л.; Матыскин Артем Владимирович; Экберг, Кристиан (27 июня 2022 г.). «Водная химия радия» . Радиохимика Акта . 110 (6–9): 505–513. дои : 10.1515/ract-2021-1141 . ISSN 0033-8230 .
- ^ Галлахер, РоузМари; Ингрэм, Пол (2009). Руководство по пересмотру IGCSE по химии . Грейт-Кларендон-стрит, Оксфорд OX2 6DP: Издательство Оксфордского университета. стр. 114–115.
{{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка ) - ^ «Реакции элементов основных групп с галогенами» . Химия LibreTexts . 30 июня 2023 г.
- ^ Кэди, Джордж Гамильтон (февраль 1935 г.). «Реакция фтора с водой и с гидроксидами» . Журнал Американского химического общества . 57 (2): 246–249. дои : 10.1021/ja01305a006 . ISSN 0002-7863 .
- ^ «Соли фтора растворимые | CAMEO Chemicals | NOAA» . www.cameochemicals.noaa.gov . Проверено 5 февраля 2024 г.