Ряд активности металлов это последовательность в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов.
Металлы в ряду активности до водорода (литий Li, рубидий Rb, …, свинец Pb) и металлы в ряду активности после водорода (сурьма Sb, висмут Bi, …, золото Au).
Примером может служить расширенный (полный) ряд активности металлов:
Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Zn→Cr→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au
Что такое ряд активности металлов и окислительно-восстановительные реакции
Отправным пунктом при изучении ряда активности металлов следует взять периодическую систему элементов.
Устанавливается, что активность металла определяется степенью лёгкости отдачи атомом электронов: чем легче атомы металла отдают электроны, тем металл является активнее.
Ряд активности металлов показывает их сравнительную активность в реакциях окисления или восстановления (сверху вниз восстановительная активность уменьшается) металл, находящийся в ряду напряжений левее (или выше) водорода, способен вытеснить водород из кислот.
Рис. Трубка для опытов по вытеснению металлов водородом под давлением
В главных подгруппах при передвижении сверху вниз тоже нарастает активность металлов, в чём можно убедиться на примере тех же щелочных металлов.
Интересный факт об олове: при температуре ниже +13 Сº, металл начинает свои свойства, причем чём чем холоднее тем он активнее крошиться. Переходя альфа-модификация (серое Олово).
Однажды из-за этого свойства погибла арктическая экспедиция, все платы, соединения, швы сделанные из олова раскрошились и после этого начали добавлять к нему другие металлы например свинец.
История
Зависимость последовательности расположения металлов была известна с времен алхимиков, так как они с помощью (трансмутации) восстанавливали другие металлы из их растворов (например медь, серебро).
В 1800 г. Алессандро Вольта сконструировал свой первый генератор электрического тока — «вольтов столб». Это изобретение доставило ему всемирную славу.
Алессандро Вольта установил относительную активность:
Zn цинк , Pb свинец, Sn олово, Fe железо, Cu медь, Ag серебро, Au золото.
В результате опытов выяснилось, что «сила» гальванического элемента становилась больше, чем дальше стояли друг от друга металлы в этом ряду (ряд напряжений).
В 1798 году Иоганн Вильгельм Риттер высказал гипотезу электрического тока в ряду окисления металлов вследствие протекания химической реакции.
Й. Берцелиус на основе электрохимической теории сродства построил классификацию элементов, разделив их на «металлоиды» (сейчас применяется термин «неметаллы») и «металлы» и поставив между ними водород.
Ряд Бекетова
Если металлы стоят в разных периодах и в разных группах, как, например, цинк и свинец, то на основе положения их в периодической системе быстро и правильно охарактеризовать их сравнительную активность довольно трудно.
Это можно выполнить на основе ряда активности металлов, установленного русским учёным Н. Н. Бекетовым и впервые названного им «вытеснительным рядом металлов».
Наиболее выдающимся трудом Н. Н. Бекетова являются его «Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими» (Харьков, 1865).
Исследования показали, что простые вещества (более легкие), могут вытеснять более тяжелые (отсюда и название вытеснительный ряд Бекетова, или просто ряд Бекетова).
Для наиболее важных металлов ряд активности металлов имеет следующий вид:
1. В этом ряду металлы расположены в определённой системе, а именно в порядке убывающей активности. Из двух металлов, стоящих рядом, легче отдают электроны атомы металла, стоящего левее.
2. Каждый металл этого ряда вытесняет все следующие за ним металлы из растворов их солей, иначе говоря, каждый металл окисляется ионами всех следующих за ним металлов, например:
При этом, как видно из уравнений, металл переходит в состояние иона, а ион — в состояние металла.
3. Если в ряду двигаться слева направо, т. е. от калия к золоту, то способность атомов отдавать электроны будет убывать, т. е. будет убывать восстановительная способность атомов и нарастать окислительная способность ионов металлов.
Таким образом, в приведённом ряду активности металлов атомы калия и натрия являются очень сильными восстановителями, а ионы серебра и золота — сильными окислителями.
4. Как следствие из изложенного вытекает, что водород из разбавленных кислот может вытеснять только металлы, которые в ряду стоят левее его.
Металлы же, стоящие вправо от водорода, наоборот, вытесняются водородом, находящимся под давлением, из растворов их солей умеренных концентраций:
2Аl + 6НСl = 2АlСl3 + 3Н2;
H2 + 2AgNO3 = 2Ag + 2HNO3.
Для определения места водорода в ряду активности металлов Н. Н. Бекетов производил такие опыты:
В колена изогнутой стеклянной трубки (рис.) помещались раздельно соли металла, кислота и цинк. Трубка запаивалась, потом наклонялась так, что цинк падал в кислоту и выделяющийся водород действовал под давлением на раствор соли.
По явлениям, происходящим в колене трубки с раствором соли, можно было судить о том, вытесняется ли металл водородом или нет.
На основании подобных опытов Н. Н. Бекетов пришёл к выводу, что в «вытеснительном ряду» водород должен занимать место после свинца, а за водородом идут медь, ртуть, серебро, золото и платиновые металлы.
5. Из двух металлов, образующих электроды гальванического элемента, отрицательным электродом, катодом, будет тот из них, который стоит левее в ряду, а положительным электродом, анодом, — тот, который стоит правее.
Интересный факт о серебре: Ag серебро не только ценится как благородный металл из которого изготовляют ювелирные изделия, но и как природный антибиотик. Так например некоторые соли серебра используют в изготовлении лекарств и мазей.
Зависимость окислительно восстановительных реакций в ряду активности металлов
Окислительно-восстановительная реакция в гальваническом элементе протекает тем энергичнее, чем эти металлы дальше отстоят друг от друга в ряду активности металлов.
Следует в заключение подчеркнуть, что ряд активности металлов нельзя рассматривать как абсолютную характеристику свойств металлов, действительную во всех случаях и при всяких условиях.
1) Так, например, в растворах цианистого калия он существенно отличается от обычного ряда, что видно из приводимого ниже сопоставления (при 10°):
а) Обычный ряд: Zn, Fe, Sn, Сu, Ag. Аu;
б) 0,6% раствор KCN: Zn, Сu, Sn, Ag, Аu, Fe;
в) 30% раствор KCN: Zn, Сu, Аu, Ag, Sn, Fe.
При изменившихся условиях активность, например, железа резко снижается, активность меди заметно повышается и т. д.
Пример взаимодействия хлороводорода с серебром
2) Хотя серебро в ряду активности стоит после водорода, но при нагревании металлического серебра в атмосфере хлористого водорода протекает обратимая реакция:
2Ag + 2HCl ⇄ 2AgCl + H2,
причём вытеснение водорода серебром сопровождается выделением тепла.
Если эту реакцию проводить в замкнутом сосуде под атмосферным давлением, то при 600° газовая смесь содержит по объёму 92,8 % НСl и 7,2 Н2, а при 700° соответственно 95% и 5%.
Подобным же образом протекает реакция при тех же условиях и с медью.
Несмотря на свой относительный характер и имеющиеся некоторые исключения, ряд активности металлов всё же очень важен в практическом отношении,
Так как в большинстве случаев он позволяет правильно ориентироваться в направлении окислительно-восстановительной реакции при взаимодействии металла с водным раствором того или иного электролита.
Часто задаваемые вопросы ответы о ряде активности металлов?
Что показывает ряд активности металлов?
Это ряд металлов химическая активность (электрохимический потенциал), которых располагается в порядке увеличения силы
Используется для оценки активности металлов в водных растворах, и для процессов, происходящих при электролизе.
Что такое ряд напряжений металлов?
Электрохимический ряд активности металлов (ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов).
Последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов φ0, отвечающих полуреакции восстановления катиона металла:
Men+: Men+ + nē → Me.
Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.
Как пользоваться рядом активности металлов?
Это ряд металлов, в котором их химическая активность уменьшается. Это чудесная шпаргалка, которой нужно уметь пользоваться: металлы, которые стоят до водорода, могут вытеснять водород из растворов кислот.
То есть литий Li, рубидий Rb, …, свинец Pb будут вытеснять водород из кислот (например из школы взаимодействие цинка с серной кислотой при которой выделяется водород).
Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Zn→Cr→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au
И металлы которые находятся после водорода (сурьма Sb, висмут Bi, …, золото Au) не выделяют водород из кислот.
Ряд активности металлов или ряд Бекетова используют для предварительного определения химической реакции между металлом и кислотой, которая записывается на бумаге.
Всегда нужно учитывать тот факт, что примеси других элементов (например платина, золото и т.д.) могут не давать выделения водорода или наоборот.
Статья на тему Ряд активности металлов