Tabla de Contenidos
От металните елементи , които можем да намерим в природата, цезият (Cs) е най-реактивоспособният . Става въпрос за елемент 55 от периодичната таблица и отговаря на алкалния метал от шести период. Този метал реагира експлозивно с вода и трябва внимателно да се съхранява в инертна атмосфера в запечатани контейнери или потопен в масло, тъй като обикновеният контакт с влагата във въздуха може да предизвика реакция.
Тъй като е алкален метал, всички реакции , включващи този елемент, се характеризират с прехвърляне на електрон от метала към химическия вид, с който той реагира, което прави цезия мощен редуциращ агент. Във всички съединения, от които цезият става част след химическа реакция, металът проявява валентност +1.
Като се знае, че най-реактивният метал е цезият, човек се чуди какво точно означава да си реактивен метал и как се измерва тази реактивност. Можем също така да се запитаме защо цезият е най-реактивният метал, а не друг метал? С други думи, какви са факторите, които определят химическата реактивност в елементите като цяло и в металите в частност? Тези и други въпроси ще бъдат изяснени в тази статия.
Какво е химическа реактивност?
Както подсказва името му, химическата реактивност е мярка за склонността на химично вещество, било то елемент или съединение, да участва в химични реакции . Когато казваме, че един елемент или химично съединение е по-реактивоспособно от друго, обикновено имаме предвид, че първото реагира по-бързо или в по-голяма степен от второто.
Въпреки че е привидно проста концепция, тя може да бъде двусмислена. Това е така, защото не всички елементи и не всички химични съединения непременно участват в едни и същи реакции или дори едни и същи видове реакции. Това прави объркващо или трудно сравняването на реактивността на различни видове или класове вещества.
В този смисъл, когато говорим за химическа реактивност и когато сравняваме химичните реактивности на различните елементи, е необходимо да ги групираме и да сравняваме само онези елементи, които са свързани помежду си и които могат да участват в един и същ клас химични реакции . Това е единственият начин да се установи точно редът на реактивност на елементите. Именно поради тази причина, когато говорим за цезий като най-реактивен елемент, ние имаме предвид класа елементи, към който той принадлежи, а именно металите.
Как се измерва реактивността на металите?
За да се сравни реактивността на различни елементи, трябва да се избере тип реакция, който да служи като еталон. Тази реакция трябва да е обща за всички елементи на групата, която се сравнява. В случай на метали реакцията, която често се използва като тест, е тенденцията на метала да замени или измести водорода в определено съединение.
Пример за това е реакцията на метали с вода, при която металът измества водорода, за да образува молекулярен водород и съответния метален хидроксид. В случай на метали, които не са достатъчно реактивни, за да реагират с вода, те реагират вместо това с минерални киселини като азотна киселина или сярна киселина .
Когато подредим металите първо по тяхната реактивност към вода и след това по тяхната реактивност към минерални киселини, получаваме това, което се нарича серия на реактивност за метали. Тези серии могат да се използват, наред с други неща, за да се предвиди дали един метал е способен да измести друг в химическо съединение.
Фактори, които определят реактивността на метала
Реактивността на различните химични елементи се определя от начина, по който електроните, които ги изграждат, са подредени и разпределени. Последното се нарича електронна конфигурация. От всички електрони най-определящият фактор за различните химични свойства на елементите, включително металите, са валентните електрони или последната обвивка или енергийно ниво.
По-долу е описано как тази електронна конфигурация, заедно с други фактори от атомната структура, определят реактивността на метала.
Електронна конфигурация
Както бе споменато наскоро, електронната конфигурация на елемент и по-специално конфигурацията на валентната обвивка е определяща за много химични свойства на елементите, като валентностите или степените на окисление, които те проявяват, когато се комбинират с други елементи .
В случай на метали, тези елементи се характеризират с валентни обвивки с малко електрони или с електрони, разположени в атомни орбитали, от които те са много лесни за отстраняване. В случая на цезий неговата валентна обвивка се формира от един електрон в 6s орбитала. Този електрон обгражда набор от електрони, разпределени по същия начин като електроните на Xe, който е благороден газ с много стабилна електронна конфигурация.
Това улеснява цезия да загуби самотния електрон от валентната си обвивка, като по този начин се постига електронна конфигурация на благороден газ.
ефективен ядрен заряд
Ефективният ядрен заряд е мярка за действителната сила на привличане, усещана от най-външните електрони на атома. Чрез прогресивно запълване на атомните орбитали на атома, като се започне от тези, които са най-близо до ядрото и се продължи с най-външните, присъствието на вътрешните електрони упражнява екраниращ ефект върху външните поради електростатичното отблъскване между зарядите със същия знак. Това прави валентните електрони по-малко привлечени от ядрото и много по-лесни за отстраняване по време на химическа реакция.
Единичният валентен електрон на цезия е на енергийно ниво 6 и е екраниран от останалите 54 вътрешни електрона. Това значително намалява силата на привличане на ядрото върху споменатия електрон, така че се усеща много нисък ефективен ядрен заряд. На свой ред, това прави много лесно отстраняването на този електрон, което обяснява по-високата реактивност на този елемент в сравнение с други алкални метали.
Атомно радио
Поради самия факт, че намаляват силата на привличане на ядрото, елементите с по-малък ефективен ядрен заряд също са склонни да имат по -голям атомен радиус . Тъй като електростатичната сила на привличане между положителното ядро и електроните зависи от разстоянието, по-далечното разстояние от ядрото също помага да се намали силата на привличане за валентните електрони, което прави цезия по-реактивен.
йонизационна енергия
Йонизационната енергия е мярка за количеството енергия, необходимо за отстраняване на последния валентен електрон от атом. Йонизационната енергия е свойство, което е пряко свързано с гореспоменатите фактори. Като се свързват по-слабо с ядрото, елементи като цезий имат по-ниска йонизационна енергия от другите елементи в периодичната таблица.
електроотрицателност
И накрая, електроотрицателността е друго свойство, което определя реактивността. Това свойство измерва тенденцията или способността на атома да привлича свързващи двойки електрони, когато атомът образува химическа връзка с друг атом. Това е относително свойство, тъй като се измерва въз основа на това доколко електронната плътност на химическата връзка успява да привлече към себе си, когато е свързана с друг атом; стойността му обаче не може да се определи, ако атомът е сам, т.е. когато не е свързан.
Тогава стойностите на електроотрицателността ни позволяват да предвидим между два атома кой от тях ще може да привлича електрони с по-голяма сила. Цезият е един от най-малко електроотрицателните елементи в периодичната таблица, така че неговата тенденция, вместо да привлича електрони, е по-скоро да ги отдаде, за да образува катион.
Периодична тенденция на факторите, влияещи върху реактивността
Сега, когато знаем какви фактори влияят на реактивността и защо я влияят, сме по-добре подготвени да разберем защо цезият е най-реактивният елемент. За да направим това, трябва да вземем предвид, че тези свойства показват относително предсказуемо поведение, докато преминаваме от един елемент към следващия в периодичната таблица. Тоест, той се занимава с периодични свойства на елементите.
В течение на период
Докато се движим през период (тоест по същия ред в периодичната таблица), зарядът на ядрото прогресивно нараства, но тъй като всички нови електрони са разположени в една и съща валентна обвивка, екраниращият ефект не се увеличава значително .
Следователно, докато се движим надясно в период, ефективният ядрен заряд се увеличава. Това също води до намаляване на атомния радиус. И двата ефекта допринасят за увеличаване на силата, с която ядрото привлича валентни електрони, поради което йонизационната енергия също се увеличава отляво надясно.
Всичко по-горе води до намаляване на реактивността на металите отляво надясно в периодичната таблица, което е същото като да се каже, че се увеличава отдясно наляво. Поради тази причина най-реактивните метали в периодичната таблица са алкалните метали.
в цяла група
Докато се движим нагоре или надолу по група в периодичната таблица, обвивката или енергийното ниво, в което се намират валентните електрони, се променя. Докато слизаме в група, броят на екраниращите електронни обвивки под валентната обвивка се увеличава, което намалява ефективния ядрен заряд и увеличава атомния радиус. Слизайки по група, електроотрицателността също намалява, което е същото като да кажем, че елементите стават по-електроположителни.
Поради същите причини, споменати по-горе, това намалява йонизационната енергия, което прави по-ниските атоми в групата по-реактивни като метали.
Цезий (Cs) срещу франций (Fr)
Разглеждайки периодичната тенденция на свойствата, описани по-горе, става ясно, че най-реактивният метал е този, който е най-вляво и по-надолу в периодичната таблица. Когато обаче погледнем кой елемент е в това положение, виждаме, че това не е цезий, а франций.
Защо тогава казваме, че цезият е най-реактивният метал? Не трябва ли да е francium?
Наистина, въз основа на наблюдение на периодични тенденции и теоретични изчисления, се прогнозира, че францият трябва да бъде по-реактивен от цезия. Причината, поради която цезият се счита за най-реактивен, а не франций, е, че последният е синтетичен елемент. Тоест франций не съществува в природата, а трябва да се синтезира в ускорител на частици чрез ядрен синтез.
Както всички синтетични елементи, след като ядрото на франция се синтезира или образува, то бързо се разпада, тъй като е изключително нестабилно ядро. Поради тази причина значителни количества франций не могат да бъдат синтезирани, за да реагират с вода или други химикали, за да се определи неговата реактивност. В обобщение, приемаме, че францият трябва да е по-реактивен от цезия, но няма начин да знаем, така че оставаме с най-реактивния метал, чиято реактивност можем да измерим.
Най-реактивният метал срещу най-реактивния елемент
И накрая, струва си да направите малък коментар по отношение на най-реактивния елемент. Както бе споменато в началото, реактивността може да се сравнява само когато веществата, които сравняваме, участват в едни и същи типове характерни реакции.
Поради тази причина е двусмислено да се говори за най-реактивния елемент в периодичната таблица, като се има предвид, че металите и неметалите участват в напълно противоположни химични реакции. Въпреки това, флуорът обикновено се счита за най-реактивния елемент в цялата периодична таблица поради способността му да реагира с множество различни химични вещества, дори да атакува стъкло и други обикновено инертни материали.
Препратки
Би Би Си. (n.d.). Серията за реактивност – Серия за реактивност – GCSE Chemistry (Single Science) . BBC Bitesize. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zcxn82p/revision/1
Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Химия (11-то издание). McGraw-Hill Interamericana de España SL
Libretexts. (2020 г., 15 август). Група 1: Реактивност на алкални метали . Химия LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/
MINEDUC. чили. (n.d.). Водород, изместен от метали. Серия от дейности с метал. Национална програма. https://www.curriculumnacional.cl/portal/Educacion-General/Ciencias-Naturales-1-Medio-Eje-Quimica/CN1M-OA-19/133544:Hidrogeno-desplazado-por-metales-Serie-de-actividad- от металите
Серия за реактивност . (2019 г., 25 август). Физика и химия . https://lafisicayquimica.com/serie-de-reactividad/
Веданту. (2020 г., 6 октомври). Най-реактивният метал е? (A) Натрий (B) Магнезий (C) Калий (D) Калций . Vedantu.Com. https://www.vedantu.com/question-answer/the-most-reactive-metal-is-a-sodium-b-magnesium-class-10-chemistry-cbse-5f7c7d3763e3867bef7676d9