В химии ряд реакционной способности (или ряд реакционной способности элементов ) — это эмпирическая, расчетная и структурно-аналитическая прогрессия [1] ряда металлов , упорядоченная 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 их руд . [5]
Двигаясь снизу вверх по таблице, металлы:
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]
Наиболее реакционноспособные металлы, такие как натрий , вступают в реакцию с холодной водой с образованием водорода и гидроксида металла :
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) :
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 пассивирующего слоя оксида, который защищает остальную часть металла. Медь и серебро вступают в реакцию с азотной кислотой ; но поскольку азотная кислота является кислотой-окислителем , то окислителем является не ион Н + , как в обычных кислотах, а ион NO 3 - .
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 CRC по химии и физике . 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. Включены пограничные германий , сурьма и астат . 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 обозначают значения, основанные на оценке, а не на эксперименте.
В таком ряду изменяются позиции лития , натрия и золота .
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 чем свидетельствует сила реакции с водой или скорость, с которой поверхность металла тускнеет на воздухе, по-видимому, таков:
т.е. щелочные металлы > щелочноземельные металлы,
то же, что и обратный порядок энергий ионизации (газовой фазы) . Это подтверждается извлечением металлического лития электролизом эвтектической смеси хлоридов лития и хлоридов калия : на катоде образуется металлический литий, а не калий. [1]
На изображении показан фрагмент таблицы Менделеева со значениями электроотрицательности металлов. [12]
Вульфсберг [13] выделяет:
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.
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