Aktywność chemiczna metali − o co chodzi ?
Aktywność chemiczna metali ściśle wiąże się z szeregiem elektrochemicznym, który będziecie mieć dostępny w maturalnych tablicach. Chodzi generalnie o to, aby umieć ocenić czy dana reakcja chemiczna będzie zachodzić. Przykładowo weźmy dwie takie reakcje i ustalmy czy one zachodzą :
3Cd2+ + 2Al ⟶ 3Cd + 2Al3+
Al3+ + 3Ag ⟶ Al + 3Ag+
W szeregu elektrochemicznym patrzymy na potencjał standardowy (E°), który odpowiada na pytanie : jak bardzo kation chce się redukować? Spiszmy wartość kilku potencjałów do tabeli :
| Kation | Ag+ | Al3+ | Cd2+ | Bi3+ |
| E° (V) | 0,8 | − 1,68 | − 0,4 | 0,3 |
W pierwszej reakcji patrzymy na kadm oraz glin. Kadm ma większy potencjał ( − 0,4 jest większe niż − 1,68 , uważaj na minusa!) więc to on bardziej chce się redukować niż glin, więc ta reakcja zachodzi!
W drugiej reakcji postępujemy tak samo i patrząc po potencjałach widzimy, że kation Ag+ chce się bardziej redukować niż kation glinu Al3+ . W tej reakcji redukuje się kation glinu, a srebro się utlenia. A przecież przed chwilą powiedzieliśmy sobie, że to z tej dwójki (glin i srebro) to srebro bardziej chce się redukować, więc niemożliwe żeby zaszła taka reakcja, gdzie to glin się redukuje. Czyli ta reakcja nie zachodzi!
Czas na maturalne doświadczenia :
Reakcja zajdzie tylko w probówce numer 3.
2AgNO3 + Cd ⟶ 2Ag + Cd(NO3)2
2Ag+ + Cd ⟶ 2Ag + Cd2+
Zauważ, że zapisywanie tych reakcji w postaci jonowej skróconej jest wygodniejsze, ponieważ wtedy łatwiej zauważyć co się utlenia, co się redukuje.
Teraz zadanie w drugą stronę. Zaproponuj doświadczenie, w wyniku którego wykażesz, że glin jest aktywniejszy od niklu.
Patrzymy do tablic maturalnych, z których odczytujemy, że potencjał standardowy dla niklu wynosi − 0,26 V , natomiast dla glinu jest to − 1,68 . Czyli widzimy, że to nikiel chce się bardziej redukować. Można to także zinterpretować w drugą stronę : to glin chce się bardziej utleniać!
A przecież utlenianie to utrata elektronów. I to właśnie jest ta aktywność metali. Przecież pamiętamy, że właściwości metaliczne były powiązane z łatwością do utraty elektronów. Dlatego też, właściwości metaliczne zwiększały się, kiedy przechodziliśmy w dół układu okresowego, bo atom stawał się coraz większy, a elektrony walencyjne były coraz dalej od jądra (i przez to słabiej przez nie przyciągane), zatem łatwiej było je oderwać (wzrost metalicznego charakteru).
Im niższy potencjał tym bardziej aktywny metal. Faktycznie, litowce mają najniższe wartości potencjałów standardowych!
Ja wiem, że to wygląda jak jakaś definicja do zakucia na pałę, ale nie rób tego! To się da zrozumieć.
No dobrze, to jak w takim razie zrobić takie doświadczenie? Musimy zrobić taką reakcję, w które glin się utleni, a nikiel zredukuje. W tym celu zanurzamy płytkę metalicznego glinu w roztworze dobrze rozpuszczalnej soli niklu. I teraz uwaga, bo niklu nie ma w tablicy rozpuszczalności, więc wtedy zawsze najbezpieczniej jest wziąć azotan (V) jako sól, bo one zawsze są rozpuszczalne!
Równania reakcji w formie cząsteczkowej i jonowej skróconej :
2Al + 3Ni(NO3)2 ⟶ 2Al(NO3)3 +3 Ni
2Al + 3Ni2+ ⟶ 2Al3+ + 3Ni
Mam nadzieję, że pamiętasz z postu o identyfikacji kationów i anionów, gdzie wspominaliśmy o tym, że sole niklu są zielone. Dlatego tutaj obserwacją będzie zanik zielonej barwy (lub : odbarwienie roztworu).
Aktywność chemiczna niemetali − też patrzymy na potencjały
Myślę, że idealnie jest omawiać aktywność metali i niemetali za jednym razem, bo tutaj również patrzymy czy reakcja zajdzie po wartościach potencjałów standardowych.
| Aktywność metali | Aktywność niemetali |
| W dół grupy wzrasta, elektrony walencyjne znajdują się coraz dalej od jądra i łatwiej je oderwać. W okresie idąc w prawo maleje ponieważ malejący promień utrudnia oddawanie elektronów przez atomy | W dół grupy maleje ponieważ wzrost promienia powoduje, że pierwiastki słabiej przyciągają elektrony. W okresie idąc w prawo rośnie ponieważ zmniejszenie promienia powoduje łatwiejsze przyjmowanie elektronów |
Z powyższej tabelki ważne są dwie rzeczy :
➦ Aktywność metali i niemetali jest skorelowana z rozmiarem atomów.
➦ Aktywność metali i niemetali zmienia się zupełnie przeciwnie, ponieważ mowa o przeciwnych procesach : metale chcą tracić elektrony, a niemetale przyjmować. Dlatego jeśli metal jest aktywny, to chce tracić elektrony, a jeśli niemetal jest aktywny, to znaczy że chętnie je przyjmuje.
| Fluorowiec | F2 | Cl2 | Br2 | I2 |
| E° (V) | 2,87 | 1,36 | 1,07 | 0,54 |
Zmianę aktywności niemetali widać po wartościach potencjałów standardowych dla fluorowców, które zmniejszają się idąc w dół grupy. Oznacza to, że fluor najbardziej chce przyjmować elektrony (jest najbardziej aktywnym niemetalem).
Zaproponuj doświadczenie, w wyniku którego wykażesz, że chlor jest aktywniejszy od bromu.
Czyli pamiętaj, najpierw musisz zastanowić się o co chodzi, kiedy piszą o aktywności. Chlor to niemetale, zatem jego większa aktywność oznacza, że chętniej chce przyjmować elektrony. W takim razie chlor ma się redukować. Zatem reakcja będzie polegała na tym, aby chlor dorzucić do związku, w którym obecny będzie anion bromkowy, aby on mógł się utlenić.
Niestety nie jest to takie banalne, bo jeszcze potrzebujemy jakoś zobaczyć przebieg tej reakcji, że ona faktycznie zaszła! W tym celu dodaje się jeszcze chloroform. Zobaczmy na schemat doświadczenia :
Warstwa chloroformu zabarwia się na brunatny kolor. Dlaczego? Chodzi o to, że brom jest nierozpuszczalny w wodzie jako cząsteczka niepolarna, natomiast będzie się w takim razie rozpuszczał w innej niepolarnej cząsteczce. Klasycznie używa się do tego organicznego rozpuszczalnika jakim jest chloroform. Powstały brom po prostu przejdzie do warstwy chloroformu i to tam zaobserwujemy zmianę barwy.
Cl2 + 2KBr ⟶ 2KCl + Br2
Cl2 + 2Brー ⟶ 2Clー + Br2
