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Serie de reactividad

En química, una serie de reactividad (o serie de reactividad de elementos ) es una progresión empírica, calculada y estructuralmente analítica [ 1 ] de una serie de metales , or...

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En química, una serie de reactividad (o serie de reactividad de elementos ) es una progresión empírica, calculada y estructuralmente analítica [ 1 ] de una serie de metales , ordenados según su "reactividad" de mayor a menor. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Se utiliza para resumir información sobre las reacciones de los metales con ácidos y agua , reacciones de desplazamiento simple y la extracción de metales de sus minerales . [ 5 ]

Mesa

Desde la parte inferior hasta la superior de la mesa, los metales:

Definir reacciones

No existe una forma única y completamente consistente de definir la serie de reactividad, pero es común utilizar los tres tipos de reacción que se enumeran a continuación, muchos de los cuales pueden realizarse en un laboratorio de secundaria (al menos como demostraciones). [ 6 ]

Reacción con agua y ácidos

Los metales más reactivos, como el sodio , reaccionarán con agua fría para producir hidrógeno e hidróxido metálico :

2 Na (s) + 2 H 2 O (l) → 2 NaOH (acuoso) + H 2 (g)

Los metales ligeramente menos reactivos, como el magnesio y el zinc , no reaccionan fácilmente con agua fría, pero sí reaccionan con vapor para producir hidrógeno y el óxido metálico :

Mg (s) + H 2 O (g) → MgO (s) + H 2 (g)

Los metales que se encuentran en el medio de la serie de reactividad, como el hierro , reaccionarán con ácidos como el ácido sulfúrico (pero no con agua a temperaturas normales) para dar hidrógeno y una sal metálica , como el sulfato de hierro(II) :

Fe (s) + H 2 SO 4 (aq) → FeSO 4 (aq) + H 2 (g)

Existe cierta ambigüedad en los límites entre los grupos. El magnesio , el aluminio y el zinc pueden reaccionar con el agua, pero la reacción suele ser muy lenta a menos que las muestras de metal se preparen especialmente para eliminar la capa de óxido de pasivación superficial que protege al resto del metal. El cobre y la plata reaccionan con el ácido nítrico ; pero como el ácido nítrico es un ácido oxidante , el agente oxidante no es el ion H + como en los ácidos normales, sino el ion NO3− .

Comparación con potenciales de electrodo estándar

La serie de reactividad a veces se cita en el orden estrictamente inverso de los potenciales de electrodo estándar , cuando también se la conoce como la " serie electroquímica ". [ 8 ]

La siguiente lista incluye los elementos metálicos de los primeros seis periodos. Se basa principalmente en tablas proporcionadas por el NIST . [ 9 ] [ 10 ] Sin embargo, no todas las fuentes dan los mismos valores: existen algunas diferencias entre los valores precisos proporcionados por el NIST y el Manual CRC de Química y Física . En los primeros seis periodos esto no afecta al orden relativo, pero en el séptimo periodo sí, por lo que se han excluido los elementos del séptimo periodo. (En cualquier caso, los estados de oxidación típicos de los elementos más accesibles del séptimo periodo, el torio y el uranio, son demasiado altos para permitir una comparación directa). [ 11 ]

Se ha incluido el hidrógeno como referencia, aunque no es un metal. Se han incluido el germanio , el antimonio y el astato , elementos que se encuentran en el límite entre los grupos 4d y 5d. Se han omitido otros elementos situados en la parte media de las filas 4d y 5d (Zr–Tc, Hf–Os) cuando sus cationes simples presentan una carga demasiado alta o su existencia es dudosa. Las filas sombreadas indican valores basados ​​en estimaciones, no en experimentos.

En dicha serie, las posiciones del litio y el sodio cambian.

Los potenciales de electrodo estándar ofrecen una medida cuantitativa del poder de un agente reductor, en lugar de las consideraciones cualitativas de otras series reactivas. Sin embargo, solo son válidos para condiciones estándar : en particular, solo se aplican a reacciones en solución acuosa. Incluso con esta salvedad, los potenciales de electrodo del litio y el sodio —y por lo tanto sus posiciones en la serie electroquímica— parecen anómalos. El orden de reactividad, como lo demuestra el vigor de la reacción con el agua o la velocidad a la que la superficie del metal se empaña en el aire, parece ser

Cs > K > Na > Li > metales alcalinotérreos,

es decir, metales alcalinos > metales alcalinotérreos,

lo mismo que el orden inverso de las energías de ionización (en fase gaseosa) . Esto se confirma mediante la extracción de litio metálico por electrólisis de una mezcla eutéctica de cloruro de litio y cloruro de potasio : en el cátodo se forma litio metálico, no potasio. [ 1 ]

Comparación con valores de electronegatividad

La imagen muestra un extracto de la tabla periódica con los valores de electronegatividad de los metales. [ 12 ]

Wulfsberg [ 13 ] distingue: metales muy electropositivos con valores de electronegatividad inferiores a 1,4; metales electropositivos con valores entre 1,4 y 1,9; y metales electronegativos con valores entre 1,9 y 2,54.       

En la imagen se observa que los metales de los grupos 1 y 2, así como los lantánidos y actínidos, presentan una electropositividad muy alta o baja; los metales de transición de los grupos 3 al 12, una electropositividad muy alta o baja; y los metales postransición, una electropositividad alta o baja. Los metales nobles , dentro del borde punteado (como subconjunto de los metales de transición), son muy negativos.

Véase también

  • Reactividad (química) , que analiza la forma inconsistente en que se utiliza el término "reactividad" en química.

Referencias

  1. 1 2 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Química de los elementos . Oxford: Pergamon Press . págs. 82–87 . ISBN  978-0-08-022057-4.
  2. ↑ France, Colin (2008), La serie de reactividad de los metales
  3. ↑ Briggs, JGR (2005), Science in Focus, Chemistry for GCE 'O' Level , Pearson Education, pág. 172 
  4. ↑ Lim Eng Wah (2005), Longman Pocket Study Guide 'O' Level Science-Chemistry , Pearson Education, pág. 190 
  5. ↑ "Extracción de metales y la serie de reactividad - La serie de reactividad de los metales - Repaso de Química GCSE (Ciencia Única) - WJEC" . BBC Bitesize . Consultado el 24 de marzo de 2023 .
  6. 1 2 "Serie de actividades" . Archivado del original el 7 de mayo de 2019. Recuperado el 8 de noviembre de 2016 .
  7. ↑ Wulsberg, Gary (2000). Química inorgánica . pág. 294. ISBN  9781891389016.
  8. ↑ "Póster de la tabla periódica" . Archivado del original el 24/02/2022 . Consultado el 24/02/2022 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace ) por AV Kulsha y TA Kolevich da:
    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
  9. ↑ Potenciales de electrodo estándar y coeficientes de temperatura en agua a 298,15 K , Steven G. Bratsch (NIST)
  10. ↑ Para el antimonio: Antimonio - Propiedades fisicoquímicas - DACTARI
  11. ↑ Lide, David R., ed. (2006). CRC Handbook of Chemistry and Physics (87.ª ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press . ISBN  0-8493-0487-3.
  12. ↑ Aylward, G; Findlay, T (2008). SI Chemical Data (6.ª ed.). Milton, Queensland: John Wiley & Sons. p. 126. ISBN   978-0-470-81638-7.
  13. ↑ Wulfsberg, G (2018). Fundamentos de química inorgánica . Mill Valley: University Science Books. pág. 319. ISBN  978-1-891389-95-5.
  • Química de Science Line