"Химия (изд. Астрель)", Оржековский П.А., Мещерякова Л.М. и др.
Ряд напряжений, или ряд активности, показывает металлы в порядке убывания их способности отдавать электроны. По положению элемента можно предсказать, вытеснит ли он другой металл из раствора соли и будет ли реагировать с разбавленной неокисляющей кислотой. Чем левее расположен металл, тем он активнее и тем сильнее его восстановительные свойства. Особое значение имеет положение водорода — водородная граница.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Ряд напряжений (активности) металлов — последовательность металлов, расположенных по убыванию их химической активности. Он нужен, чтобы сравнивать металлы и заранее определять возможность некоторых реакций. В школьном ряду слева находятся более активные элементы, справа — менее активные.
Активность металла — способность его атомов отдавать электроны и превращаться в положительно заряженные ионы. Чем легче атом расстаётся с внешними электронами, тем активнее металл. Это понятие помогает понять, почему один металл вытесняет другой из соединения.
Реакция замещения — реакция, в которой более активный металл вытесняет менее активный металл из раствора его соли. В результате образуются новая соль и свободный металл. Например, цинк может заменить медь в растворе сульфата меди(II).
Водородная граница — положение водорода в ряду, по которому определяют, способен ли металл вытеснять водород из разбавленных кислот. Металлы левее H обычно реагируют с такими кислотами, а расположенные правее — обычно нет. Это правило применяют прежде всего к разбавленным неокисляющим кислотам.
Положение металла в ряду связано со строением его атома и удержанием внешних электронов. Если внешние электроны связаны с атомом слабее, их легче отдать, поэтому металл проявляет большую химическую активность. После отдачи электронов атом превращается в положительно заряженный ион, а металл выступает восстановителем.
Металлы расположены от наиболее активных к наименее активным, потому что их способность отдавать электроны постепенно уменьшается. Поэтому металл обычно вытесняет из раствора соли только тот металл, который стоит правее него. Такой обмен возможен, если более активный металл действительно соприкасается с раствором соли менее активного.
Водород помещён между свинцом и медью как удобная граница сравнения. Металл левее H легче отдаёт электроны, поэтому его атомы могут передать их ионам водорода, после чего образуются молекулы H₂. Металл правее водорода не обладает достаточной восстановительной способностью для такой реакции с разбавленной неокисляющей кислотой.
При реакции металла с раствором соли происходит перенос электронов. Атом более активного металла превращается в ион и переходит в раствор, а ионы менее активного металла принимают электроны и выделяются в виде простого вещества. Поэтому в уравнении одновременно появляются новая соль и свободный металл.
Ряд показывает общую закономерность, но не отменяет влияния условий. Алюминий покрыт прочной оксидной плёнкой, которая временно изолирует его от реагента, а некоторые металлы взаимодействуют с водой или кислотами медленно и заметно реагируют только при нагревании. Поэтому отсутствие видимых изменений сразу ещё не всегда означает невозможность реакции.
| Участок ряда | Металлы и водород | Основной вывод |
|---|---|---|
| Наиболее активные металлы | Li, K, Ba, Ca, Na | Легко отдают электроны; многие активно взаимодействуют с водой |
| Среднеактивные металлы до водорода | Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb | Вытесняют водород из разбавленных неокисляющих кислот с учётом условий реакции |
| Водородная граница | H2 | Разделяет металлы, способные и неспособные вытеснять водород из разбавленных кислот |
| Металлы после водорода | Cu, Hg, Ag, Pt, Au | Обычно не вытесняют водород из разбавленных неокисляющих кислот |
| Полный порядок активности | Li → K → Ba → Ca → Na → Mg → Al → Mn → Zn → Cr → Fe → Cd → Co → Ni → Sn → Pb → H → Cu → Hg → Ag → Pt → Au | Чем левее расположен металл, тем сильнее его восстановительные свойства |
Чтобы воспользоваться таблицей, сначала найдите в ряду оба металла или металл и водород. Затем сравните их положения: левый участник обычно активнее правого. Для реакции с кислотой ориентируйтесь именно на положение относительно H и учитывайте, что правило относится к разбавленным неокисляющим кислотам.
Условие: определите, пойдёт ли реакция между цинком и раствором CuSO4, и составьте уравнение. Свободный цинк сравниваем с медью, входящей в состав соли.
Ответ: реакция идёт: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu.
Условие: определите, какие из Mg, Cu и Ag реагируют с разбавленной HCl. Для этого сравниваем положение каждого металла с водородной границей.
Ответ: реагирует только магний: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑. Для Cu и Ag уравнения реакции с разбавленной HCl не записывают.
Условие: железную пластинку опустили отдельно в растворы FeSO4, CuSO4 и AgNO3. Каждую соль проверяем отдельно, потому что результат зависит от металла в её составе.
Ответ: в FeSO4 реакции нет. В остальных пробирках: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu; Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag.
«Любой металл реагирует с любой солью». Это неверно: свободный металл должен быть активнее металла в составе соли. Проверьте оба элемента в ряду и убедитесь, что свободный металл расположен левее.
Активность возрастает слева направо. Ошибку вызывает привычка читать последовательности как усиление свойства. В школьном ряду активность убывает слева направо, поэтому сначала определите направление стрелки: левый металл активнее.
Правило кислот применяют ко всем кислотам. Водородная граница надёжно работает прежде всего для разбавленных неокисляющих кислот. Перед выводом уточните вид кислоты и её концентрацию, иначе возможны исключения.
Алюминий считают неактивным из-за отсутствия видимой реакции. Его поверхность покрыта защитной оксидной плёнкой, поэтому реакция может быть заторможена. Проверьте, не объясняется ли наблюдение плёнкой и условиями опыта.
Для понимания ряда нужны знания о строении атома и внешних электронах: именно они объясняют отдачу электронов. Также понадобятся понятия окисления и восстановления и умение составлять формулы солей. Ряд связан с электрохимическим рядом, восстановительными свойствами металлов, коррозией, получением металлов и работой гальванических элементов.
Почему медь не вытесняет водород из разбавленной соляной кислоты?
Медь расположена правее водорода, поэтому её атомы недостаточно легко отдают электроны и не восстанавливают ионы водорода до H₂. Поэтому Cu с разбавленной HCl обычно не реагирует.
Можно ли по ряду определить, будет ли металл реагировать с водой?
Ряд помогает сделать предварительный вывод: наиболее активные металлы часто реагируют с водой. Однако скорость и возможность реакции зависят от температуры, защитных плёнок и других условий, поэтому одного положения в ряду недостаточно.
Почему алюминий стоит среди активных металлов, но иногда кажется неактивным?
Алюминий действительно легко отдаёт электроны и находится в активной части ряда. Но его поверхность покрыта плотной оксидной плёнкой, которая мешает воде или раствору соприкасаться с металлом.
Как определить, вытеснит ли один металл другой из раствора соли?
Нужно найти оба металла в ряду и сравнить их положения. Если свободный металл стоит левее металла в составе соли, реакция замещения обычно возможна.
Всегда ли металл, стоящий левее другого, реагирует с его солью?
Нет, правило действует при непосредственном контакте металла с раствором соли и с учётом условий реакции. Помешать реакции могут оксидная плёнка, малая скорость процесса или особенности вещества.
1. Ряд напряжений (активности) металлов
