Серия реактивности

В химии ряд реакционной способности (или ряд реакционной способности элементов ) представляет собой эмпирическую, расчетную и структурно-аналитическую прогрессию. ^[1] ряда металлов , упорядоченных по их «реакционной способности» от высшей к низшей. ^[2]^[3]^[4] Используется для обобщения сведений о реакциях металлов с кислотами и водой , реакциях однократного замещения и извлечении металлов из руд . ^[5]

Стол

Металл	Ион	Реактивность	Добыча
Цезий Cs	Cs ⁺	реагирует с холодной водой	Электролиз (он же электролитическая рафинация)
Рубидий Рб	руб. ⁺
Калий К	К ⁺
Sodium Na	Уже ⁺
Литий Ли	Что ⁺
Барий Ба	Нет ²⁺
Стронций старший	старший ²⁺
Кальций Са	Что ²⁺
Магний Мг	мг ²⁺	очень медленно реагирует с холодной водой, но быстро в кипящей воде и очень энергично с кислотами
Бериллий Be	Быть ²⁺	реагирует с кислотами и паром
Алюминий Ал	Ал ³⁺	реагирует с кислотами и паром
Титан Ти	Из ⁴⁺	реагирует с концентрированными минеральными кислотами	пирометаллургическая экстракция с использованием магния , или реже другие щелочные металлы , водород или кальций в процессе Кролла.
Марганец Mn	Мин. ²⁺	реагирует с кислотами ; очень плохая реакция с паром	плавка с коксом
Цинк Цинк	Зн ²⁺		плавка с коксом
Хром Cr	Кр ³⁺		алюминотермическая реакция
Железо Фе	Фе ²⁺		плавка с коксом
Кадмий компакт -диск	компакт-диск ²⁺
Кобальт Ко	Ко ²⁺
Никель Ни	В ²⁺
Олово Сн	Сн ²⁺
Свинец Pb	Pb ²⁺
Сурьма Сб	Сб ³⁺	может реагировать с некоторыми сильными окислителями	тепловое или физическое извлечение
Висмут Б	С ³⁺	может реагировать с некоторыми сильными окислителями
Медная медь	С ²⁺	медленно реагирует с кислородом с образованием CuO
Вольфрам В	В ³⁺	может реагировать с некоторыми сильными окислителями
ртуть Ртуть	ртуть ²⁺
Серебряный Ag	В ⁺
Золото Au	В ³⁺^[6]^[7]
Платина Пт	Пт ⁴⁺

Двигаясь снизу вверх по таблице, металлы:

увеличение реактивности;
теряют электроны ( окисляются ) с образованием положительных ионов; легче
легче подвержены коррозии или потускнению;
требуют больше энергии (и различных методов) для выделения из их соединений;
становятся более сильными восстановителями ( донорами электронов )
Это не электрохимический ряд, но окислительный потенциал золота более чем на полвольта выше, чем у платины. Pt термодинамически выгодно образовывать на воздухе PtO, а затем PtO2; но Au не образует оксиды самопроизвольно. Платина используется в тиглях и т. д., но это связано с ее лучшими механическими свойствами!

Определение реакций

Не существует уникального и полностью последовательного способа определения ряда реактивности, но обычно используются три типа реакций, перечисленных ниже, многие из которых можно провести в лаборатории средней школы (по крайней мере, в качестве демонстрации). ^[6]

Реакция с водой и кислотами

Наиболее реакционноспособные металлы, такие как натрий , вступают в реакцию с холодной водой с образованием водорода металла и гидроксида :

2 Na(тв) + 2 H ₂ O (ж) →2 NaOH (водн.) + H ₂ (г)

Металлы в середине ряда реакционной способности, такие как железо , будут реагировать с такими кислотами, как серная кислота (но не с водой при нормальных температурах), с образованием водорода и соли металла , такой как сульфат железа(II) :

Fe(тв) + H ₂ SO ₄ (ж) → FeSO ₄ (водн.) + H ₂ (г)

На границах между группами существует некоторая неясность. Магний , алюминий и цинк могут реагировать с водой, но реакция обычно протекает очень медленно, если только образцы металла не подготовлены специально для удаления поверхностного пассивационного слоя оксида, который защищает остальную часть металла. Медь и серебро вступают в реакцию с азотной кислотой ; но поскольку азотная кислота является окислительной кислотой , окислителем не является H. ⁺ ион как в обычных кислотах, но NO ₃⁻ ион.

Сравнение со стандартными электродными потенциалами

Ряд реактивности иногда приводится в порядке, строго обратном стандартным электродным потенциалам , тогда он также известен как « электрохимический ряд ». ^[8]

Следующий список включает металлические элементы первых шести периодов. В основном он основан на таблицах, предоставленных NIST . ^[9]^[10] Однако не все источники дают одинаковые значения: существуют некоторые различия между точными значениями, данными NIST и Справочником по химии и физике CRC . В первых шести периодах это не влияет на относительный порядок, но в седьмом периоде это имеет значение, поэтому элементы седьмого периода были исключены. (В любом случае типичные степени окисления наиболее доступных элементов седьмого периода тория и урана слишком высоки, чтобы их можно было провести прямое сравнение.) ^[11]

Водород был включен в качестве эталона, хотя он не является металлом. пограничные германий , сурьма и астат Включены . Некоторые другие элементы в середине 4d и 5d рядов опущены (Zr–Tc, Hf–Os), поскольку их простые катионы имеют слишком большой заряд или существование весьма сомнительно. Серые строки указывают значения, основанные на оценке, а не на эксперименте.

С	Сим	Элемент	Реакция	Е° (В)
3	Что	литий	Что ⁺ + и ⁻ → Это	−3.04
55	Cs	Цезий	Cs ⁺ + и ⁻ → Кс	−3.03
37	руб.	рубидий	руб. ⁺ + и ⁻ → Рубль	−2.94
19	К	калий	К ⁺ + и ⁻ → К	−2.94
56	Нет	барий	Нет ²⁺ + 2 и ⁻ → Нет	−2.91
38	старший	стронций	старший ²⁺ + 2 и ⁻ → Старший	−2.90
20	Что	кальций	Что ²⁺ + 2 и ⁻ → Нравится	−2.87
11	Уже	натрий	Уже ⁺ + и ⁻ → Вот и все	−2.71
57		лантан	La³⁺ + 3 и ⁻ →	−2.38
39	И	иттрий	И ³⁺ + 3 и ⁻ → И	−2.38
12	мг	магний	мг ²⁺ + 2 и ⁻ → Мг	−2.36
59	Пр	празеодим	Пр ³⁺ + 3 и ⁻ → Пр	−2.35
58	Этот	церий	Этот ³⁺ + 3 и ⁻ → Это	−2.34
68	Является	эрбий	Является ³⁺ + 3 и ⁻ → Есть	−2.33
67	К	гольмий	К ³⁺ + 3 и ⁻ → Кому	−2.33
60	Нд	неодим	Нд ³⁺ + 3 и ⁻ → Нд	−2.32
69	Тм	тулий	Тм ³⁺ + 3 и ⁻ → Тм	−2.32
62	см	самарий	см ³⁺ + 3 и ⁻ → См	−2.30
61	вечера	прометий	вечера ³⁺ + 3 и ⁻ → Пс.	−2.30
66	Те	диспрозий	Те ³⁺ + 3 и ⁻ → Те	−2.29
71	Лу	Лютеций	Лу ³⁺ + 3 и ⁻ → Пн	−2.28
65	Тб	тербий	Тб ³⁺ + 3 и ⁻ → Тб	−2.28
64	Б-г	гадолиний	Б-г ³⁺ + 3 и ⁻ → Б-г	−2.28
70	Ыб	иттербий	Ыб ³⁺ + 3 и ⁻ → Ыб	−2.19
21	наук	скандий	наук ³⁺ + 3 и ⁻ → Науч.	−2.09
63	Евросоюз	европий	Евросоюз ³⁺ + 3 и ⁻ → ЕС	−1.99
4	Быть	бериллий	Быть ²⁺ + 2 и ⁻ → Быть	−1.97
13	Ал	алюминий	Ал ³⁺ + 3 и ⁻ → Аль	−1.68
22	Из	титан	Из ³⁺ + 3 и ⁻ → Да	−1.37
25	Мин.	марганец	Мин. ²⁺ + 2 и ⁻ → Мн	−1.18
23	V	ванадий	V ²⁺ + 2 и ⁻ → V	−1.12
24	Кр	хром	Кр ²⁺ + 2 и ⁻ → Кр	−0.89
30	Зн	цинк	Зн ²⁺ + 2 и ⁻ → Цинк	−0.76
31	Здесь	галлий	Здесь ³⁺ + 3 и ⁻ → Перейти	−0.55
26	Фе	железо	Фе ²⁺ + 2 и ⁻ → Фе	−0.44
48	компакт-диск	кадмий	компакт-диск ²⁺ + 2 и ⁻ → Диск	−0.40
49	В	индий	В ³⁺ + 3 и ⁻ → В	−0.34
81	Тл	таллий	Тл ⁺ + и ⁻ → Тл	−0.34
27	Ко	кобальт	Ко ²⁺ + 2 и ⁻ → Ко	−0.28
28	В	никель	В ²⁺ + 2 и ⁻ → Это	−0.24
50	Сн	полагать	Сн ²⁺ + 2 и ⁻ → Сн	−0.14
82	Pb	вести	Pb ²⁺ + 2 и ⁻ → Пб	−0.13
1	ЧАС	водород	2 часа ⁺ + 2 и ⁻ → Ч ₂	0.00
32	Ге	германий	Ге ²⁺ + 2 и ⁻ → Ге	+0.1
51	Сб	сурьма	Сб ³⁺ + 3 и ⁻ → Сб	+0.15
83	С	висмут	С ³⁺ + 3 и ⁻ → С	+0.31
29	С	медь	С ²⁺ + 2 и ⁻ → С	+0.34
84	Po	полоний	Po ²⁺ + 2 и ⁻ → Po	+0.6
44	Ру	рутений	Ру ³⁺ + 3 и ⁻ → Ру	+0.60
45	резус	родий	резус ³⁺ + 3 и ⁻ → Резус	+0.76
47	В	серебро	В ⁺ + и ⁻ → В	+0.80
80	ртуть	Меркурий	ртуть ²⁺ + 2 и ⁻ → Ртуть	+0.85
46	ПД	палладий	ПД ²⁺ + 2 и ⁻ → Пд	+0.92
77	И	иридий	И ³⁺ + 3 и ⁻ → И	+1.0
85	В	астат	В ⁺ + и ⁻ → В	+1.0
78	Пт	платина	Пт ²⁺ + 2 и ⁻ → Пт	+1.18
79	В	золото	В ³⁺ + 3 и ⁻ → В	+1.50

положения лития , натрия и золота В таком ряду изменяются .

Стандартные электродные потенциалы предлагают количественную меру мощности восстановителя, а не качественную меру других реактивных рядов. Однако они действительны только для стандартных условий: в частности, они применимы только к реакциям в водном растворе. Даже с этой оговоркой электродные потенциалы лития, натрия и золота – и, следовательно, их положение в электрохимическом ряду – кажутся аномальными. Порядок реакционной способности, о котором свидетельствует сила реакции с водой или скорость, с которой поверхность металла тускнеет на воздухе, по-видимому, таков:

Cs > K > Na > Li > щелочноземельные металлы,

т.е. щелочные металлы > щелочноземельные металлы,

(газовой фазы) то же, что и обратный порядок энергий ионизации . Это подтверждается извлечением металлического лития электролизом эвтектической смеси хлоридов лития и хлоридов калия : на катоде образуется металлический литий, а не калий. ^[1]

Сравнение со значениями электроотрицательности

На изображении показан фрагмент таблицы Менделеева со значениями электроотрицательности металлов. ^[12]

Вульфсберг ^[13] отличает:
   очень электроположительные металлы со значениями электроотрицательности ниже 1,4.
   электроположительные металлы со значениями от 1,4 до 1,9; и
   электроотрицательные металлы со значениями от 1,9 до 2,54.

Судя по изображению, металлы группы 1–2, а также лантаноиды и актиниды обладают очень электроположительными или электроположительными свойствами; переходные металлы в группах с 3 по 12 от электроположительных до электроотрицательных; а постпереходные металлы от электроположительных до электроотрицательных. Благородные металлы внутри пунктирной границы (как разновидность переходных металлов) очень электроотрицательны.

См. также

Реакционная способность (химия) , в которой обсуждается непоследовательное использование термина «реакционная способность» в химии.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 82–87. ISBN 978-0-08-022057-4 .
^ Франция, Колен (2008), Серия реакционной способности металлов
^ Бриггс, JGR (2005), Наука в фокусе, Химия для уровня GCE «O» , Pearson Education, стр. 172
^ Лим Энг Ва (2005), Карманное учебное пособие Longman по науке и химии уровня O , Pearson Education, стр. 190
^ «Извлечение металлов и ряд реакционной способности - Ряд реакционной способности металлов - GCSE Chemistry (Single Science) Revision - WJEC» . BBC Bitesize . Проверено 24 марта 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Серия занятий в Wayback Machine (архивировано 7 мая 2019 г.)
^ Вулсберг, Гэри (2000). Неорганическая химия . п. 294. ИСБН 9781891389016 .
^ Плакат с периодической таблицей на Wayback Machine (архивировано 24 февраля 2022 г.), авторы А. В. Кульша и Т. А. Колевич, дает:
Li > Cs > Rb > K > Ba > Sr > Ca > Na > La > Y > Mg > Ce > Sc > Be > Al > Ti > Mn > V > Cr > Zn > Ga > Fe > Cd > In > Tl > Co > Ni > Sn > Pb > ( H ) > Sb > Bi > Cu > Po > Ru > Rh > Ag > Hg > Pd > Ir > Pt > Au
^ Стандартные электродные потенциалы и температурные коэффициенты в воде при 298,15 К , Стивен Г. Братч (NIST)
^ Для сурьмы: Сурьма - Физико-химические свойства - DACTARI
^ Лиде, Дэвид Р., изд. (2006). Справочник CRC по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . ISBN 0-8493-0487-3 .
^ Эйлуорд, Дж; Финдли, Т. (2008). SI Химические данные (6-е изд.). Милтон, Квинсленд: Джон Уайли и сыновья. п. 126. ИСБН 978-0-470-81638-7 .
^ Вульфсберг, Г. (2018). Основы неорганической химии . Милл-Вэлли: Университетские научные книги. п. 319. ИСБН 978-1-891389-95-5 .

Внешние ссылки

Научная линия Химия

[G&E-1] Jump up to: ^а ^б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 82–87. ISBN 978-0-08-022057-4 .

[2] Франция, Колен (2008), Серия реакционной способности металлов

[3] Бриггс, JGR (2005), Наука в фокусе, Химия для уровня GCE «O» , Pearson Education, стр. 172

[4] Лим Энг Ва (2005), Карманное учебное пособие Longman по науке и химии уровня O , Pearson Education, стр. 190

[5] «Извлечение металлов и ряд реакционной способности - Ряд реакционной способности металлов - GCSE Chemistry (Single Science) Revision - WJEC» . BBC Bitesize . Проверено 24 марта 2023 г.

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Серия занятий в Wayback Machine (архивировано 7 мая 2019 г.)

[7] Вулсберг, Гэри (2000). Неорганическая химия . п. 294. ИСБН 9781891389016 .

[8] Плакат с периодической таблицей на Wayback Machine (архивировано 24 февраля 2022 г.), авторы А. В. Кульша и Т. А. Колевич, дает:
Li > Cs > Rb > K > Ba > Sr > Ca > Na > La > Y > Mg > Ce > Sc > Be > Al > Ti > Mn > V > Cr > Zn > Ga > Fe > Cd > In > Tl > Co > Ni > Sn > Pb > ( H ) > Sb > Bi > Cu > Po > Ru > Rh > Ag > Hg > Pd > Ir > Pt > Au

[9] Стандартные электродные потенциалы и температурные коэффициенты в воде при 298,15 К , Стивен Г. Братч (NIST)

[10] Для сурьмы: Сурьма - Физико-химические свойства - DACTARI

[CRC-11] Лиде, Дэвид Р., изд. (2006). Справочник CRC по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . ISBN 0-8493-0487-3 .

[12] Эйлуорд, Дж; Финдли, Т. (2008). SI Химические данные (6-е изд.). Милтон, Квинсленд: Джон Уайли и сыновья. п. 126. ИСБН 978-0-470-81638-7 .

[13] Вульфсберг, Г. (2018). Основы неорганической химии . Милл-Вэлли: Университетские научные книги. п. 319. ИСБН 978-1-891389-95-5 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]