Практическое использование ряда активности металлов
Ряд напряжений используется на практике для сравнительной оценки химической активности металлов в реакциях с водными растворами солей и кислот и для оценки катодных и анодных процессов при электролизе:
Самыми активными считаются щелочные металлы
Рассмотрим на примерах, как можно использовать ряд активности для характеристики химических свойств металлов.
В природе существует множество металлов, обладающих различными характеристиками. Металлы отличить от неметаллов можно с помощью периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева. В таблице есть диагональ «бор В – кремний Si – мышьяк As – теллур Те – астат At», отделяющая металлы от неметаллов. Элементы, находящиеся над диагональю – неметаллы, а под диагональю – металлы. На таблице синим цветом обозначены металлы, а красным – неметаллы.
Многие металлы реагируют с различными кислотами. Кислоты – это сложные вещества, которые состоят из катиона водорода и кислотного остатка. Например, к этому классу неорганических соединений относятся серная Н2SO4, соляная HCl, фосфорная Н3РО4 кислоты. Разные металлы ведут себя с кислотами неодинаково.
Реакции металлов с разбавленными кислотами (кроме азотной кислоты HNO3)
Металлы, стоящие левее водорода в электрохимическом ряду напряжений, способны вытеснить водород из всех разбавленных кислот, кроме азотной.
Данные взаимодействия можно выразить схемой:
Например, возможна следующая реакция:
Реакции металлов с кислотами-окислителями
К группе кислот-окислителей можно отнести три вещества:
В данных взаимодействиях не выделяется водород Н2. Также в продуктах реакции всегда присутствует три вещества.
1. Реакции с разбавленной азотной кислотой
Водород из разбавленной азотной кислоты не вытесняют только платина Pt, палладий Pd и золото Au. Реакцию можно выразить в виде схем:
Чтобы определить, по какой из схем идет реакция, необходимо оценить силу металла и степень разбавленности кислоты.
Например, металл цинк вытесняет водород из разбавленной азотной кислоты:
2. Реакции с концентрированной азотной кислотой
Концентрированная азотная кислота реагирует со всеми металлами, кроме платины Pt, палладия Pd и золота Au. Но холодная кислота пассивирует железо Fe, хром Cr и алюминий Al и они не вытесняют водород. Для проведения реакции с данными металлами смесь необходимо нагреть.
Данная реакция подчиняется схеме:
3. Реакции с концентрированной серной кислотой
Концентрированная серная реагирует с металлами так же как концентрированная азотная кислота. Для данных реакций характерно несколько схем:
Чтобы определить, по какой из схем идет реакция, необходимо найти металл в электрохимическом ряду напряжений.
Таким образом, металлы, в зависимости от положения в ряду активности, неодинаково реагируют с различными кислотами.
Среди металлов традиционно выделяют несколько групп. Входящие в их состав представители характеризуются отличной от других металлов химической активностью. Такими группами являются:
Простые вещества, обладающие металлическими свойствами, в химических реакциях всегда являются . Положение металла в ряду активности характеризует то, насколько активно данный металл способен вступать в химические реакции (т. е. то, насколько сильно у него проявляются свойства восстановителя).
Ряд активности металлов
1. В ряду активности восстановительные свойства металлов снижаются. Самые сильные восстановительные свойства у первых металлов ряда.
2. Более активный металл может вытеснить из растворов солей металлы, расположенные в ряду активности после него.
3. Металлы, расположенные в ряду активности до водорода, вытесняют его из растворов кислот.
4. Щелочные и щелочноземельные металлы в водных растворах сначала вступают в реакцию с водой.
Общие химические свойства металлов
Взаимодействие с простыми веществами-неметаллами
1. Металлы взаимодействуют с кислородом, образуя оксиды.
Например, при взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния:
Горение магния в воздухе
Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.
2. Металлы взаимодействуют с галогенами (фтором, хлором, бромом и иодом), образуя галогениды.
Например, при взаимодействии натрия с хлором образуется хлорид натрия:
3. Металлы взаимодействуют с серой, образуя сульфиды.
Например, при взаимодействии цинка с серой образуется сульфид цинка:
Взаимодействие цинка с серой
4. Активные металлы при нагревании реагируют с азотом, фосфором и некоторыми другими неметаллами.
Например, при взаимодействии лития с азотом образуется нитрид лития:
При взаимодействии кальция с фосфором образуется фосфид кальция:
Взаимодействие со сложными веществами
1. Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой при обычных условиях, образуя растворимое в воде основание (щёлочь) и водород.
Например, при взаимодействии натрия с водой образуются гидроксид натрия и водород:
Взаимодействие натрия с водой
Некоторые металлы средней активности реагируют с водой при повышенной температуре, образуя оксид металла и водород.
Например, раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину
2. Mеталлы, стоящие в ряду активности металлов левее водорода, взаимодействуют с растворами кислот, образуя соль и водород.
Например, при взаимодействии алюминия с серной кислотой образуются сульфат алюминия и водород:
Реакция алюминия с серной кислотой
3. Металлы реагируют с солями менее активных металлов в растворе, образуя соль более активного металла и менее активный металл в свободном виде.
Например, при взаимодействии железа с сульфатом меди((II)) образуются сульфат железа((II)) и медь:
Взаимодействие железа с сульфатом меди