Seria activităţii metalelor

Lecția trecută am vorbit despre procesele de oxidare și reducere, care împreună formează o reacție redox.

Să ne reamintim că oxidarea înseamnă cedare de electroni și creșterea numărului de oxidare a speciei care se oxidează,

iar reducerea înseamnă acceptare de electroni și scăderea numărului de oxidare a speciei care se reduce.

Singurul lucru ce trebuie să se întâmple pentru ca o reacție redox să aibă loc e ca electronii să migreze de la o specie la alta,

adică să aibă loc un transfer de electron.

Dacă asta se întâmplă indiferent de tipul speciilor chimice implicate, atunci acea reacție este clasificată ca fiind o reacție redox.

Un exemplu simplu, dar foarte important de reacție redox este reacția care are loc dacă introducem o bucată de zinc într-o soluție de sulfa de cupru.

Pe suprafața zincului va apărea un strat de cupru, iar o parte din atomii de zinc se vor dizolva sub formă de ion de zinc plus 2,

deci atomii de zinc au cedat electroni și s-au oxidat la ionii zinc plus 2.

În plus, pentru că ionii de cupru plus 2 din soluția de sulfa de cupru s-au transformat în atomi de cupru prin acceptare de electroni,

supunem că ionii de cupru s-au redus. Această reacție redox ar putea părea neinteresantă, însă este chiar reacția care stă la baza apariției sistemelor de comunicații moderne.

Ce se întâmplă de fapt în reacție? Vedem că prin transferul de electron care are loc, zincul înlocuiește cuprul din sulfatul de cupru.

Aceasta se numește reacție de substituție sau reacție de simplă înlocuire.

Explicația înlocuirii cuprului cu zincul stă în serie activității metalelor.

Vedem în această serie că zincul este un metal activ, iar cuprul este un metal mai puțin activ.

Asta înseamnă că zincul poate scoate cuprul din soluție.

Astfel, cu ajutorul acestei serii, putem prezice produsul de reacție fără să fie neapărat nevoie să facem experimentul în laboratoriu.

Hidrogenul apare în serie ca termen de comparație pentru reactivitatea metalelor.

Haideți să vedem ce se întâmplă dacă adăugăm o bucată de argint în soluția de sulfat de cupru.

Ne uităm în serie activității metalelor și vedem că argintul este chiar mai departe de hidrogen față de cuprul.

Deci, este și mai puțin activ decât cuprul.

Și astfel, ne dăm seama că argintul nu poate substitui cuprul, deci, de fapt, în acest caz, nu există produs de reacție.

În schimb, dacă într-o soluție de nitrat de argint introducem un fir de cuprul, cuprul va putea înlocui argintul din soluție

pentru că, după cum știm din serie activității elementelor, cuprul este mai activ decât argintul.

Astfel, putem prezice că produsele acestei reacții sunt nitratul de cuprul și precipitatul de argint.

Ca să le convingem, putem face experimentul în laboratoriu.

Iată ce se va întâmpla. Pe suprafața sârmei de cuprul va apărea un strat de argint solid.

Deci, atomii de cuprul s-au oxidat la ion de cuprul 2+, iar ionii de argint plus s-au redus la atomi de argint.

Serie activității metalelor ne mai spune și cum reacționează acestea cu apa sau cu acizii.

De exemplu, toate metalele de aici până la hidrogen înlocuiesc hidrogenul din aciz, punându-l în libertate.

Dacă peste o eprubetă cu pulbere de zinc turnăm acid clorhidric, vom observa că se degajă niște bule de gaz.

Atunci când apropiem un chibrit aprins de eprubetă, aceste bule de gaz se vor aprinde și vor arde cu o pognitură.

Acesta este, deci, hidrogenul care se degajă din reacție.

Zincul a luat locul hidrogenului și astfel s-a format clorura de zin.

La fel se întâmplă și în reacția aluminiului cu acidul clorhidric.

Hidrogenul se degajă, iar aluminiul formează clorura de aluminiu.

Să stabilim și coeficienții stoichiometrice ai reacției.

Se obțin 3 molecule de hidrogen, deci coeficientul acidului clorhidric va fi 6.

Astfel, la clorura de aluminiu avem coeficientul 2 și 2 la aluminiu.

Imediat vom vorbi și despre cum am stabilit coeficienții stoichiometrice a acestei reacții.

Pe de altă parte, cuprul, fiind un metal cu o reactivitate redusă, nu va înlocui hidrogenul din acidul clorhidric.

Deci această reacție nu are produs de reacție.

La fel, nici argintul, platina sau aurul nu vor înlocui hidrogenul dintr-un acid.

Așadar, vedem că serie activității metalelor poate fi folosită pentru a prezice comportamentul metalelor în anumite reacții.

Explicația e foarte simplă.

Reactivitatea metalelor se datorează diferenței dintre stabilitatea configurației electronice a metalului când se află sub formă de atom,

față de stabilitatea configurației când metalul se găsește sub formă de ion.

De exemplu, potasiul are un singur electron în stratul electronic exterior, de care ar trebui să scape pentru a ajunge la o configurație stabilă de gaz nobil.

Metalele prețioase din blocul D, precum argintul, platina, paladiu, aurul, deci aceste metale,

nu pot forma structuri electronice mai stabile decât structura din starea lor elementală, doar prin cedarea câțiva electroni.

Metalele care trebuie să piardă un singur electron pentru a forma ion stabil sunt cu mult mai reactive decât cele care ar trebui să cedeze mai mulți electroni.

De aceea, metalele din grupa a întâi principală sunt cele mai reactive.

Dacă vă mai amintiți, am mai discutat despre asta chiar în capitolul dedicat tabelului periodic și proprietăților chimice și fizice ale elementelor.