Витискувальний ряд металів

Поняття про витискувальний ряд металів

У багатьох хімічних реакціях беруть участь прості речовини, зокрема метали. Однак різні метали проявляють різну активність у хімічних взаємодіях, і від цього залежить, буде протікати реакція чи ні.

Чим більша активність металу, тим енергійніше він реагує з іншими речовинами. За активністю всі метали можна розташувати в ряд, який називають рядом активності металів, або витискувальним рядом металів, або рядом напруг металів, а також електрохімічним рядом напруг металів. Цей ряд уперше дослідив видатний український учений М. М. Бекетов, тому цей ряд називають також рядом Бекетова.

Ряд активності металів Бекетова має такий вигляд (наведені найбільш уживані метали):

К > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > >H₂ > Cu > Hg > Ag > Au.

У цьому ряді метали розташовані за зменшенням їхньої активності. Серед наведених металів найбільш активний калій, а найменш активний — золото. За допомогою цього ряду можна визначити, який метал активніший від іншого. Також у цьому ряді присутній водень. Звісно ж, водень не є металом, але в цьому ряді його активність прийнята за точку відліку (своєрідний нуль).

Взаємодія металів з кислотами

Чимало металів доволі активно реагують із кислотами. У багатьох випадках атоми металічних елементів заміщають атоми Гідрогену з кислот. При цьому утворюються водень та сіль відповідної кислоти:

Чим лівіше розташований метал у ряді активності, тим активніше він взаємодіє з кислотами. Найбільш інтенсивно витісняють водень ті метали, які розташовані на самому початку ряду. Приміром, магній взаємодіє дуже бурхливо (рідина начебто закипає), залізо взаємодіє значно спокійніше, свинець реагує зовсім повільно (пухирці водню ледь утворюються), а мідь зовсім не реагує з кислотою. Якщо метал стоїть у ряді активності після водню, то він не здатний витісняти водень із розчинів кислот і тому з ними не реагує.

Взаємодія металів з водою

Метали здатні витісняти водень не тільки з розчинів кислот, але й з води. Так само, як і з кислотами, активність взаємодії металів з водою збільшується зліва направо.

Метали, які стоять у ряді активності до магнію, здатні реагувати з водою за звичайних умов. При взаємодії цих металів утворюються луги й водень, наприклад:

Інші метали, які стоять до водню в ряді активностей, також можуть взаємодіяти з водою, але це відбувається в більш жорстких умовах. Для взаємодії через розжарені металічні ошурки пропускають перегріту водяну пару. У таких умовах гідроксиди вже існувати не можуть, тому продуктами реакції є оксид відповідного металічного елемента й водень:

Залежність хімічних властивостей металів від місця в ряді активності

К

Ca

Na

Mg

Al

Zn

Fe

Ni

Sn

Pb

H₂

Cu

Hg

Ag

Au

← активність металів збільшується

Витісняють водень із кислот

Не витісняють водень із кислот

Витісняють водень із води, утворюють луги

Витісняють водень із води при високій температурі, утворюють оксиди

3 водою не взаємодіють

Із водного розчину солі витіснити неможливо

Можна одержати витісненням більш активним металом із розчину солі або з розплаву оксиду

Взаємодія металів із солями

Якщо сіль розчинна у воді, то атом металічного елемента в ній може бути заміщений атомом більш активного елемента. Якщо занурити в розчин купрум(ІІ) сульфату залізну пластинку, то за якийсь час на ній виділиться мідь у вигляді червоного нальоту:

Але якщо в розчин купрум(ІІ) сульфату занурити срібну пластину, то ніякої реакції відбуватися не буде:

Купрум можна витіснити будь-яким металом, який стоїть лівіше від нього в ряді активності металів. Однак метали, які стоять на самому початку ряду,— натрій, калій тощо — для цього не придатні, тому що вони настільки активні, що будуть взаємодіяти не із сіллю, а з водою, у якій ця сіль розчинена.

Витіснення металів із солей більш активними металами дуже широко використовують у промисловості для добування металів.

Взаємодія металів з оксидами

Оксиди металічних елементів також здатні взаємодіяти з металами. Більш активні метали витісняють менш активні з оксидів:

Але, на відміну від взаємодії металів із солями, у цьому разі оксиди необхідно розплавити, щоб реакція відбулася. Для добування металу з оксиду можна використовувати будь-який метал, що розташований у ряді активності лівіше, навіть найбільш активний натрій і калій, адже в розплавленому оксиді вода не міститься.

Взаємодію металів з оксидами використовують у промисловості для добування інших металів. Найбільш практичний для цього методу метал — алюміній. Він досить широко розповсюджений у природі й дешевий у виробництві. Можна також використовувати й більш активні метали (кальцій, натрій, калій), але вони, по-перше, дорожчі від алюмінію, а по-друге, через надвисоку хімічну активність їх дуже складно зберігати на заводах. Такий спосіб добування металів з використанням алюмінію називають алюмінотермією.

Хімічні властивості кислот