Најважније из лекције
Напонски низ метала: Поређани по растућем електродном потенцијалу (\(E^\circ\)):
\[ \text{K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, } \mathbf{H_2}\text{, Cu, Ag, Au} \]
- Редукциона моћ: Опада с лева на десно (најјаче редукционо средство је \(\text{K}\), најслабије је \(\text{Au}\)). Оксидациона моћ јона расте с лева на десно (\(\text{Au}^+\) је најјачи оксиданс).
- Истискивање метала: Метал који је лево истискује метал који је десно из раствора његове соли (нпр. \(\text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{Cu}\)).
- Реакција са киселинама: Метали испред \(\text{H}_2\) (\(E^\circ < 0\)) истискују \(\text{H}_2\) из разблажених киселина; метали иза \(\text{H}_2\) (\(E^\circ > 0\)) не реагују.
- Реакција са водом: Алкални и земноалкални метали (\(\text{K, Na, Ca}\)) спонтано истискују водоник из воде градећи хидроксиде и \(\text{H}_2\).
Напонски низ метала (Волтин низ) представља низ хемијских елемената поређаних према растућој вредности њиховог стандардног електродног потенцијала (\(E^\circ\)).
Атоми метала лако отпуштају валентне електроне и при томе се оксидују:
\[ \text{M(s)} - n\text{e}^- \longrightarrow \text{M}^{n+}\text{(aq)} \]
Због способности да лако предају електроне другим супстанцама, метали делују као редукциона средства.
Што је вредност стандардног електродног потенцијала (\(E^\circ\)) мања (негативнија), то је метал јаче редукционо средство (лакше отпушта електроне).
\[ \begin{array}{c}
\xleftarrow[\text{расте редукциона моћ метала}]{\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad} \\
\text{K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, } \mathbf{H_2}\text{, Cu, Ag, Au} \\
\xrightarrow[\text{расте оксидациона моћ катјона}]{\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad}
\end{array} \]
Водоник (\(\text{H}_2\), \(E^\circ = 0{,}00\text{ V}\)) дели напонски низ на две групе:
- Метали са негативним потенцијалом (\(E^\circ < 0\)): налазе се лево од водоника и јача су редукциона средства од њега.
- Метали са позитивним потенцијалом (\(E^\circ > 0\)): налазе се десно од водоника, то су племенитији метали и слабија су редукциона средства од \(\text{H}_2\).
У приказаном низу, калијум (\(\text{K}\)) је најјаче редукционо средство (најлакше отпушта електроне), док је злато (\(\text{Au}\)) најслабије. Самим тим, јон злата (\(\text{Au}^+\)) је најјаче оксидационо средство, а јон калијума (\(\text{K}^+\)) најслабије.
Метал који се налази лево у напонском низу (јаче редукционо средство) може да истисне из воденог раствора соли онај метал који се налази десно од њега (слабије редукционо средство).
Бакар се у низу налази испред сребра, па бакар истискује сребро из раствора сребро-нитрата:
\[ \overset{0}{\text{Cu}}\text{(s)} + 2\overset{+1}{\text{Ag}}\text{NO}_3\text{(aq)} \longrightarrow \overset{+2}{\text{Cu}}(\text{NO}_3)_2\text{(aq)} + 2\overset{0}{\text{Ag}}\text{(s)} \]
Јонски облик:
\[ \text{Cu(s)} + 2\text{Ag}^+\text{(aq)} \longrightarrow \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{Ag(s)} \]
Супротна реакција није могућа: \(\text{Ag(s)} + \text{CuSO}_4\text{(aq)} \longrightarrow \text{нема реакције}\).
Што су два метала даље један од другог у напонском низу, реакција оксидоредукције је бржа и одвија се бурније (нпр. реакција цинка са раствором \(\text{CuSO}_4\)).
Прикажите у јонском облику реакцију између атома алуминијума и јона цинка.
Алуминијум је лево од цинка (јаче је редукционо средство) и предаје електроне цинку:
\[ 2\text{Al(s)} + 3\text{Zn}^{2+}\text{(aq)} \longrightarrow 2\text{Al}^{3+}\text{(aq)} + 3\text{Zn(s)} \]
Метали који се налазе испред водоника у напонском низу (\(E^\circ < 0\)) могу да истисну водоник из разблажених киселина које немају оксидациона својства (нпр. \(\text{HCl}\)), при чему настаје одговарајућа со и ослобађа се гасовити водоник (\(\text{H}_2\)).
Метали који се налазе иза водоника у напонском низу (\(E^\circ > 0\), нпр. \(\text{Cu, Ag, Au}\)) не могу да истисну водоник из таквих киселина.
\[ \text{Zn(s)} + 2\text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\uparrow \]
\[ 2\text{Al(s)} + 6\text{HCl(aq)} \longrightarrow 2\text{AlCl}_3\text{(aq)} + 3\text{H}_2\text{(g)}\uparrow \]
\[ \text{Cu(s)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{нема реакције} \]
Брзина издвајања мехурића \(\text{H}_2\) директно зависи од удаљености метала од водоника у напонском низу: брзина опада редоследом \(\text{Ca} > \text{Mg} > \text{Zn} > \text{Fe}\).
Реакција са водом: Алкални (\(\text{K, Na}\)) и већина земноалкалних метала (\(\text{Ca}\)) толико су јака редукциона средства да спонтано и бурно истискују водоник чак и из воде на собној температури, градећи хидроксиде:
\[ 2\text{Na(s)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \longrightarrow 2\text{NaOH(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\uparrow \]
\[ 2\text{K(s)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \longrightarrow 2\text{KOH(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\uparrow \]
\[ \text{Ca(s)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\uparrow \]
Реакција са кисеоником: Већина метала у низу реагује са кисеоником из ваздуха и гради оксиде (од \(\text{K}\) до \(\text{Ag}\)). Само изразито племенити метали, попут злата (\(\text{Au}\)), не ступају у реакцију са кисеоником.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Да ли бакарна жица може истиснути водоник из разблажене хлороводоничне киселине (\(\text{HCl}\))? Обраложите одговор на основу напонског низа.
Одговор: Не, не може.
Образложење: Бакар (\(\text{Cu}\)) се у напонском низу налази иза водоника (\(E^\circ > 0\)), што значи да је слабије редукционо средство од водоника и не може га истиснути из разблажених киселина које немају оксидационо дејство: \[ \text{Cu(s)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{нема реакције} \]
Образложење: Бакар (\(\text{Cu}\)) се у напонском низу налази иза водоника (\(E^\circ > 0\)), што значи да је слабије редукционо средство од водоника и не може га истиснути из разблажених киселина које немају оксидационо дејство: \[ \text{Cu(s)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{нема реакције} \]
Задатак 2 (средњи): Одредите које су од наведених реакција могуће на основу положаја елемената у напонском низу:
а) \(\text{Fe(s)} + \text{Pb(NO}_3)_2\text{(aq)} \longrightarrow\)
б) \(\text{Cu(s)} + \text{ZnSO}_4\text{(aq)} \longrightarrow\)
в) \(\text{Zn(s)} + 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow\)
а) \(\text{Fe(s)} + \text{Pb(NO}_3)_2\text{(aq)} \longrightarrow\)
б) \(\text{Cu(s)} + \text{ZnSO}_4\text{(aq)} \longrightarrow\)
в) \(\text{Zn(s)} + 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow\)
а) Могућа је: Гвожђе (\(\text{Fe}\)) је у напонском низу лево од олова (\(\text{Pb}\)), па је јаче редукционо средство и истискује олово:
\[ \text{Fe(s)} + \text{Pb(NO}_3)_2\text{(aq)} \longrightarrow \text{Fe(NO}_3)_2\text{(aq)} + \text{Pb(s)} \]
б) Није могућа: Бакар (\(\text{Cu}\)) је десно од цинка (\(\text{Zn}\)) и слабије је редукционо средство, па не може истиснути цинк.
в) Могућа је: Цинк (\(\text{Zn}\)) је лево од сребра (\(\text{Ag}\)) и лако га истискује из раствора соли: \[ \text{Zn(s)} + 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow \text{Zn(NO}_3)_2\text{(aq)} + 2\text{Ag(s)} \]
в) Могућа је: Цинк (\(\text{Zn}\)) је лево од сребра (\(\text{Ag}\)) и лако га истискује из раствора соли: \[ \text{Zn(s)} + 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow \text{Zn(NO}_3)_2\text{(aq)} + 2\text{Ag(s)} \]
Задатак 3 (средњи): Напишите молекулску и јонску једначину реакције између цинка и воденог раствора калај(II)-хлорида.
Пошто се \(\text{Zn}\) налази лево од \(\text{Sn}\) у напонском низу, цинк се оксидује, а јони калаја(II) се редукују:
Молекулски облик: \[ \text{Zn(s)} + \text{SnCl}_2\text{(aq)} \longrightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{Sn(s)} \] Јонски облик: \[ \text{Zn(s)} + \text{Sn}^{2+}\text{(aq)} \longrightarrow \text{Zn}^{2+}\text{(aq)} + \text{Sn(s)} \]
Молекулски облик: \[ \text{Zn(s)} + \text{SnCl}_2\text{(aq)} \longrightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{Sn(s)} \] Јонски облик: \[ \text{Zn(s)} + \text{Sn}^{2+}\text{(aq)} \longrightarrow \text{Zn}^{2+}\text{(aq)} + \text{Sn(s)} \]
Задатак 4 (тежак): У три чаше се налазе водени раствори соли: \(\text{AgNO}_3\), \(\text{MgSO}_4\) и \(\text{Cu(NO}_3)_2\). У сваку чашу је убачена плочица од гвожђа (\(\text{Fe}\)).
У којим чашама ће доћи до хемијске реакције? Напишите јонске једначине тих реакција.
У којим чашама ће доћи до хемијске реакције? Напишите јонске једначине тих реакција.
Посматрамо редослед у напонском низу: \(\text{Mg} \dots \text{Fe} \dots \text{Cu} \dots \text{Ag}\).
Гвожђе је јаче редукционо средство од \(\text{Cu}\) и \(\text{Ag}\), али слабије од \(\text{Mg}\).
Гвожђе је јаче редукционо средство од \(\text{Cu}\) и \(\text{Ag}\), али слабије од \(\text{Mg}\).
- Чаша са \(\text{AgNO}_3\): Долази до реакције, гвожђе истискује сребро: \[ \text{Fe(s)} + 2\text{Ag}^+\text{(aq)} \longrightarrow \text{Fe}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{Ag(s)} \]
- Чаша са \(\text{Cu(NO}_3)_2\): Долази до реакције, гвожђе истискује бакар: \[ \text{Fe(s)} + \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} \longrightarrow \text{Fe}^{2+}\text{(aq)} + \text{Cu(s)} \]
- Чаша са \(\text{MgSO}_4\): Нема реакције, јер је магнезијум јаче редукционо средство од гвожђа (\(\text{Fe}\) не може истиснути \(\text{Mg}\)).
