В химии ряд реакционной способности (или ряд реакционной способности элементов ) представляет собой эмпирическую, рассчитанную и структурно-аналитическую прогрессию [1] ряда металлов , расположенных по их «реакционной способности» от самой высокой к самой низкой. [2] [3] [4] Он используется для обобщения информации о реакциях металлов с кислотами и водой , реакциях одиночного замещения и извлечении металлов из их руд . [5]
Снизу вверх таблицы металлы:
Не существует единого и полностью последовательного способа определения ряда реактивности, но обычно используют три типа реакций, перечисленных ниже, многие из которых можно выполнить в школьной лаборатории (по крайней мере, в качестве демонстраций). [6]
Наиболее активные металлы, такие как натрий , будут реагировать с холодной водой с образованием водорода и гидроксида металла :
Металлы, находящиеся в середине ряда реакционной способности, такие как железо , будут реагировать с кислотами, такими как серная кислота (но не с водой при нормальной температуре), образуя водород и соль металла , такую как сульфат железа (II) :
Существует некоторая двусмысленность на границах между группами. Магний , алюминий и цинк могут реагировать с водой, но реакция обычно очень медленная, если только образцы металла не подготовлены специально для удаления поверхностного пассивирующего слоя оксида, который защищает остальную часть металла. Медь и серебро будут реагировать с азотной кислотой ; но поскольку азотная кислота является окисляющей кислотой , окислителем является не ион H + , как в обычных кислотах, а ион NO 3 − .
Ряд реактивности иногда цитируется в строго обратном порядке стандартных электродных потенциалов , тогда он также известен как « электрохимический ряд ». [8]
Следующий список включает металлические элементы первых шести периодов. Он в основном основан на таблицах, предоставленных NIST . [9] [10] Однако не все источники дают одинаковые значения: есть некоторые различия между точными значениями, приведенными NIST и CRC Handbook of Chemistry and Physics . В первых шести периодах это не влияет на относительный порядок, но в седьмом периоде влияет, поэтому элементы седьмого периода были исключены. (В любом случае, типичные степени окисления для наиболее доступных элементов седьмого периода тория и урана слишком высоки, чтобы позволить прямое сравнение.) [11]
Водород был включен в качестве эталона, хотя он не является металлом. Пограничные германий , сурьма и астат были включены. Некоторые другие элементы в середине рядов 4d и 5d были опущены (Zr–Tc, Hf–Os), когда их простые катионы слишком сильно заряжены или их существование довольно сомнительно. Серые строки показывают значения, основанные на оценке, а не на эксперименте.
В таком ряду меняются местами позиции лития , натрия и золота .
Стандартные электродные потенциалы предлагают количественную меру мощности восстановителя, а не качественные соображения других реакционных 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 положения в электрохимическом ряду – кажутся аномальными. Порядок реакционной способности, как показывает сила реакции с водой или скорость, с которой поверхность металла тускнеет на воздухе, по-видимому,
т.е. щелочные металлы > щелочноземельные металлы,
то же самое, что и обратный порядок энергий ионизации (газовой фазы) . Это подтверждается извлечением металлического лития электролизом эвтектической смеси хлорида лития и хлорида калия : на катоде образуется металлический литий, а не калий. [1]
На изображении показан фрагмент периодической таблицы со значениями электроотрицательности металлов. [12]
Вульфсберг [13] различает:
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.
На изображении металлы 1–2 группы, а также лантаноиды и актиноиды являются очень электроположительными к электроположительным; переходные металлы в группах 3–12 являются очень электроположительными к электроотрицательным; а постпереходные металлы являются электроположительными к электроотрицательным. Благородные металлы внутри пунктирной границы (как подмножество переходных металлов) являются очень электроотрицательными.
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