Tabla de Contenidos
Av de metalliska grundämnen som vi kan hitta naturligt är cesium (Cs) det mest reaktiva . Det handlar om grundämne 55 i det periodiska systemet och motsvarar den sjätte periodens alkalimetall. Denna metall reagerar explosivt med vatten och måste noggrant förvaras under en inert atmosfär i förseglade behållare eller nedsänkt i olja, eftersom blotta kontakten med fukt i luften kan utlösa en reaktion.
Eftersom det är en alkalimetall, kännetecknas alla reaktioner som involverar detta element av överföringen av en elektron från metallen till den kemiska art som den reagerar med, vilket gör cesium till ett kraftfullt reduktionsmedel. I alla föreningar som cesium blir en del av efter en kemisk reaktion uppvisar metallen en valens på +1.
När man vet att den mest reaktiva metallen är cesium, undrar man exakt vad det innebär att vara en reaktiv metall och hur denna reaktivitet mäts. Vi kan också fråga oss varför cesium är den mest reaktiva metallen och inte en annan metall? Med andra ord, vilka är de faktorer som bestämmer kemisk reaktivitet i grundämnen i allmänhet och i metaller i synnerhet? Dessa och andra frågor kommer att förtydligas i den här artikeln.
Vad är kemisk reaktivitet?
Som namnet antyder är kemisk reaktivitet ett mått på tendensen hos ett kemiskt ämne, vare sig det är ett element eller en förening, att delta i kemiska reaktioner . När vi säger att ett grundämne eller en kemisk förening är mer reaktiv än en annan menar vi generellt att den första reagerar snabbare eller i högre grad än den andra.
Trots att det är ett till synes enkelt koncept kan det vara tvetydigt. Detta beror på att inte alla grundämnen och inte alla kemiska föreningar nödvändigtvis deltar i samma reaktioner, eller till och med samma typer av reaktioner. Detta gör det förvirrande eller svårt att jämföra reaktiviteten hos olika typer eller klasser av ämnen.
I denna mening, när man talar om kemisk reaktivitet och när man jämför de olika elementens kemiska reaktivitet, är det nödvändigt att gruppera dem och jämföra endast de element som är relaterade till varandra och som kan delta i samma klass av kemiska reaktioner . Detta är det enda sättet att exakt fastställa ordningen för reaktiviteten hos elementen. Det är just av denna anledning som vi, när vi talar om cesium som det mest reaktiva grundämnet, hänvisar till den klass av grundämnen som det tillhör, nämligen metaller.
Hur mäts reaktiviteten hos metaller?
För att jämföra reaktiviteten hos olika element måste en reaktionstyp väljas för att fungera som referens. Denna reaktion måste vara gemensam för alla element i gruppen som jämförs. När det gäller metaller är reaktionen som ofta används som ett test metallens tendens att ersätta eller ersätta väte i en viss förening.
Ett exempel på detta är reaktionen av metaller med vatten, under vilken metallen tränger undan väte för att bilda molekylärt väte och respektive metallhydroxid. När det gäller metaller som inte är tillräckligt reaktiva för att reagera med vatten, reageras de med mineralsyror som salpetersyra eller svavelsyra istället.
När vi beställer metaller först efter deras reaktivitet mot vatten och sedan efter deras reaktivitet mot mineralsyror får vi det som kallas reaktivitetsserien för metaller. Dessa serier kan bland annat användas för att förutsäga om en metall är kapabel att ersätta en annan i en kemisk förening.
Faktorer som bestämmer en metalls reaktivitet
De olika kemiska grundämnenas reaktivitet bestäms av hur elektronerna som utgör dem är ordnade och fördelade. Den senare kallas en elektronisk konfiguration. Av alla elektroner är den mest avgörande för de olika kemiska egenskaperna hos elementen, inklusive metaller, valenselektronerna eller det sista skalet eller energinivån.
Följande beskriver hur denna elektroniska konfiguration, tillsammans med andra faktorer av atomstrukturen, bestämmer reaktiviteten hos en metall.
Elektronisk konfiguration
Som nyligen nämnts är den elektroniska konfigurationen av ett element, och i synnerhet konfigurationen av valensskalet, avgörande för många kemiska egenskaper hos elementen, såsom valenser eller oxidationstillstånd som de uppvisar när de kombineras med andra element .
När det gäller metaller kännetecknas dessa grundämnen av att de har valensskal med få elektroner eller med elektroner placerade i atomära orbitaler från vilka de är mycket lätta att ta bort. När det gäller cesium bildas dess valensskal av en enda elektron i 6s-orbitalen. Denna elektron omger en uppsättning elektroner fördelade på samma sätt som elektronerna i Xe, som är en ädelgas med en mycket stabil elektronisk konfiguration.
Detta gör det lätt för cesium att förlora den ensamma elektronen från dess valensskal, och därmed uppnå den elektroniska konfigurationen av en ädelgas.
effektiv kärnladdning
Den effektiva kärnladdningen är ett mått på den faktiska attraktionskraften som känns av en atoms yttersta elektroner. Genom att progressivt fylla en atoms atomorbitaler , börja med de närmast kärnan och fortsätta med de yttersta, utövar närvaron av de inre elektronerna en avskärmande effekt på de yttre på grund av den elektrostatiska repulsionen mellan laddningar av samma tecken. Detta gör valenselektroner mindre attraherade av kärnan och mycket lättare att ta bort under en kemisk reaktion.
Cesiums enkelvalenselektron är i energinivå 6 och är avskärmad av de andra 54 inre elektronerna. Detta minskar avsevärt kärnans attraktionskraft på nämnda elektron, så det känns som en mycket låg effektiv kärnladdning. Detta gör det i sin tur mycket enkelt att ta bort denna elektron, vilket förklarar den högre reaktiviteten hos detta element jämfört med andra alkalimetaller.
Atomradio
Genom själva det faktum att de minskar kärnans attraktionskraft tenderar element med en mindre effektiv kärnladdning också att ha en större atomradie . Eftersom den elektrostatiska attraktionskraften mellan den positiva kärnan och elektronerna beror på avståndet, hjälper det att vara längre bort från kärnan också att minska attraktionskraften för valenselektronerna, vilket gör cesium mer reaktivt.
joniseringsenergi
Joniseringsenergi är ett mått på mängden energi som krävs för att avlägsna den sista valenselektronen från en atom. Joniseringsenergi är en egenskap som är direkt relaterad till ovan nämnda faktorer. Genom att binda mindre tätt till kärnan har element som cesium lägre joniseringsenergier än de andra elementen i det periodiska systemet.
elektronnegativitet
Slutligen är elektronegativitet en annan egenskap som bestämmer reaktiviteten. Denna egenskap mäter en atoms tendens eller förmåga att attrahera bindande elektronpar när atomen bildar en kemisk bindning med en annan atom. Detta är en relativ egenskap, eftersom den mäts utifrån hur mycket den elektroniska densiteten hos den kemiska bindningen lyckas attrahera mot sig själv när den kopplas till en annan atom; dess värde kan dock inte bestämmas om atomen är ensam, det vill säga när den inte är bunden.
Sedan tillåter elektronegativitetsvärdena oss att förutsäga, mellan två atomer, vilken som kommer att kunna attrahera elektroner med större kraft. Cesium är ett av de minst elektronegativa grundämnena i det periodiska systemet, så dess tendens, istället för att dra till sig elektroner, är snarare att ge upp dem för att bilda en katjon.
Periodisk trend av faktorer som påverkar reaktivitet
Nu när vi vet vilka faktorer som påverkar reaktiviteten och varför de påverkar den, är vi bättre förberedda på att förstå varför cesium är det mest reaktiva grundämnet. För att göra detta måste vi tänka på att dessa egenskaper visar ett relativt förutsägbart beteende när vi går från ett element till nästa i det periodiska systemet. Det vill säga, den handlar om elementens periodiska egenskaper.
Över en tid
När vi rör oss genom en period (det vill säga längs samma rad i det periodiska systemet), ökar kärnans laddning progressivt, men eftersom de nya elektronerna alla är belägna i samma valensskal ökar inte skärmningseffekten nämnvärt. .
Därför, när vi rör oss till höger under en period, ökar den effektiva kärnladdningen. Detta medför också som en konsekvens att atomradien minskar. Båda dessa effekter bidrar till att öka kraften med vilken kärnan attraherar valenselektroner, varför joniseringsenergin också ökar från vänster till höger.
Allt ovanstående gör att reaktiviteten hos metaller minskar från vänster till höger på det periodiska systemet, vilket är samma sak som att säga att den ökar från höger till vänster. Av denna anledning är de mest reaktiva metallerna i det periodiska systemet alkalimetallerna.
i en grupp
När vi rör oss upp eller ner i en grupp på det periodiska systemet ändras skalet eller energinivån där valenselektronerna finns. När vi går ner i en grupp ökar antalet skärmande elektronskal under valensskalet, vilket minskar den effektiva kärnladdningen och ökar atomradien. Går man ner i en grupp minskar också elektronegativiteten, vilket är samma sak som att man säger att grundämnena blir mer elektropositiva.
Av samma skäl som nämnts ovan sänker detta joniseringsenergin, vilket gör de lägre atomerna i en grupp mer reaktiva som metaller.
Cesium (Cs) kontra Francium (Fr)
Om man tittar på den periodiska trenden för egenskaperna som beskrivs ovan, blir det tydligt att den mest reaktiva metallen är den som ligger längst till vänster och längre ner i det periodiska systemet. Men när vi tittar på vilket grundämne som är i den positionen ser vi att det inte är cesium utan francium.
Varför säger vi då att cesium är den mest reaktiva metallen? Borde det inte vara francium?
Faktum är att, baserat på observation av periodiska trender och teoretiska beräkningar, förutspås det att francium skulle vara mer reaktivt än cesium. Anledningen till att cesium anses vara det mest reaktiva och inte francium är dock att det senare är ett syntetiskt grundämne. Det vill säga francium finns inte i naturen utan måste syntetiseras i en partikelaccelerator genom kärnfusion.
Liksom alla syntetiska grundämnen, när franciumkärnan väl syntetiseras eller bildas, sönderdelas den snabbt eftersom den är en extremt instabil kärna. Av denna anledning kan avsevärda mängder francium inte syntetiseras för att få det att reagera med vatten eller andra kemikalier för att bestämma dess reaktivitet. Sammanfattningsvis antar vi att francium borde vara mer reaktivt än cesium, men vi har ingen möjlighet att veta, så vi står kvar med den mest reaktiva metallen vars reaktivitet vi kan mäta.
Den mest reaktiva metallen kontra det mest reaktiva elementet
Slutligen är det värt att göra en liten kommentar i förhållande till det mest reaktiva elementet. Som nämndes inledningsvis kan reaktivitet endast jämföras när de ämnen vi jämför deltar i samma typer av karakteristiska reaktioner.
Av denna anledning är det tvetydigt att tala om det mest reaktiva elementet i det periodiska systemet, med tanke på att metaller och icke-metaller deltar i totalt motsatta kemiska reaktioner. Fluor anses dock vanligtvis vara det mest reaktiva grundämnet i hela det periodiska systemet på grund av dess förmåga att reagera med en mängd olika kemiska ämnen, även angripa glas och andra vanligtvis inerta material.
Referenser
BBC. (n.d.). Reaktivitetsserien – Reaktivitetsserien – GCSE Chemistry (Single Science) . BBC Bitesize. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zcxn82p/revision/1
Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chemistry (11:e upplagan). McGraw-Hill Interamericana de España SL
Libretexter. (2020, 15 augusti). Grupp 1: Alkalimetallers reaktivitet . Kemi LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/
MINEDUC. Chili. (n.d.). Väte undanträngt av metaller. Metal aktivitetsserie. Nationella läroplanen. https://www.curriculumnacional.cl/portal/Educacion-General/Ciencias-Naturales-1-Medio-Eje-Quimica/CN1M-OA-19/133544:Hidrogeno-desplazado-por-metales-Serie-de-actividad- av-metallerna
Reaktivitetsserie . (2019, 25 augusti). Fysik och kemi . https://lafisicayquimica.com/serie-de-reactividad/
Vedanthu. (2020, 6 oktober). Den mest reaktiva metallen är?(A) Natrium(B) Magnesium(C) Kalium(D) Kalcium . Vedantu.Com. https://www.vedantu.com/question-answer/the-most-reactive-metal-is-a-sodium-b-magnesium-class-10-chemistry-cbse-5f7c7d3763e3867bef7676d9
