Qual è il metallo più reattivo sulla tavola periodica?

Tra gli elementi metallici che possiamo trovare in natura, il cesio (Cs) è il più reattivo . Si tratta dell’elemento 55 della tavola periodica e corrisponde al metallo alcalino del sesto periodo. Questo metallo reagisce in modo esplosivo con l’acqua e deve essere accuratamente conservato in atmosfera inerte in contenitori sigillati o immerso in olio, poiché il solo contatto con l’umidità dell’aria può innescare una reazione.

Essendo un metallo alcalino, tutte le reazioni che coinvolgono questo elemento sono caratterizzate dal trasferimento di un elettrone dal metallo alla specie chimica con cui reagisce, rendendo il cesio un potente agente riducente. In tutti i composti di cui il cesio diventa parte dopo una reazione chimica, il metallo mostra una valenza di +1.

Sapendo che il metallo più reattivo è il cesio, ci si chiede cosa significhi esattamente essere un metallo reattivo e come si misuri questa reattività. Possiamo anche chiederci perché il cesio è il metallo più reattivo e non un altro metallo? In altre parole, quali sono i fattori che determinano la reattività chimica negli elementi in generale e nei metalli in particolare? Questi e altri problemi saranno chiariti in questo articolo.

Cos’è la reattività chimica?

Come suggerisce il nome, la reattività chimica è una misura della tendenza di una sostanza chimica, sia essa un elemento o un composto, a partecipare alle reazioni chimiche . Quando diciamo che un elemento o un composto chimico è più reattivo di un altro, generalmente intendiamo che il primo reagisce più velocemente o in misura maggiore del secondo.

Nonostante sia un concetto apparentemente semplice, può risultare ambiguo. Questo perché non tutti gli elementi e non tutti i composti chimici partecipano necessariamente alle stesse reazioni, o anche agli stessi tipi di reazioni. Ciò rende confuso o difficile confrontare le reattività di diversi tipi o classi di sostanze.

In questo senso, quando si parla di reattività chimica e quando si confrontano le reattività chimiche dei diversi elementi, è necessario raggrupparli e confrontare solo quegli elementi che sono correlati tra loro e che possono partecipare alla stessa classe di reazioni chimiche . Questo è l’unico modo per stabilire con precisione l’ordine di reattività degli elementi. Proprio per questo, quando si parla di cesio come dell’elemento più reattivo, si fa riferimento alla classe di elementi a cui appartiene, ovvero i metalli.

Come si misura la reattività dei metalli?

Per confrontare la reattività di diversi elementi, è necessario selezionare un tipo di reazione che funga da riferimento. Questa reazione deve essere comune a tutti gli elementi del gruppo a confronto. Nel caso dei metalli, la reazione spesso usata come test è la tendenza del metallo a sostituire o sostituire l’idrogeno in un particolare composto.

Un esempio di ciò è la reazione dei metalli con l’acqua, durante la quale il metallo sposta l’idrogeno per formare idrogeno molecolare e il rispettivo idrossido di metallo. Nel caso di metalli che non sono sufficientemente reattivi per reagire con l’acqua, vengono invece fatti reagire con acidi minerali come acido nitrico o acido solforico .

Quando ordiniamo i metalli prima per la loro reattività all’acqua e poi per la loro reattività agli acidi minerali, otteniamo quella che viene chiamata la serie di reattività per i metalli. Queste serie possono essere utilizzate, tra le altre cose, per prevedere se un metallo è in grado di sostituirne un altro in un composto chimico.

Fattori che determinano la reattività di un metallo

La reattività dei diversi elementi chimici è determinata dal modo in cui sono disposti e distribuiti gli elettroni che li compongono. Quest’ultima è chiamata configurazione elettronica. Di tutti gli elettroni, il più determinante delle diverse proprietà chimiche degli elementi, compresi i metalli, sono gli elettroni di valenza o l’ultimo guscio o livello di energia.

Quanto segue descrive come questa configurazione elettronica, insieme ad altri fattori della struttura atomica, determini la reattività di un metallo.

Configurazione elettronica

Come accennato di recente, la configurazione elettronica di un elemento, e, in particolare, la configurazione del guscio di valenza, è determinante di molte proprietà chimiche degli elementi, come le valenze o gli stati di ossidazione che esibiscono quando combinati con altri elementi .

Nel caso dei metalli, questi elementi sono caratterizzati dall’avere gusci di valenza con pochi elettroni o con elettroni situati in orbitali atomici dai quali sono molto facili da rimuovere. Nel caso del cesio, il suo guscio di valenza è formato da un singolo elettrone nell’orbitale 6s. Questo elettrone circonda un insieme di elettroni distribuiti allo stesso modo degli elettroni di Xe, che è un gas nobile con una configurazione elettronica molto stabile.

Ciò rende facile per il cesio perdere l’elettrone solitario dal suo guscio di valenza, ottenendo così la configurazione elettronica di un gas nobile.

carica nucleare effettiva

La carica nucleare effettiva è una misura dell’effettiva forza di attrazione percepita dagli elettroni più esterni di un atomo. Riempiendo progressivamente gli orbitali atomici di un atomo, partendo da quelli più vicini al nucleo e proseguendo con quelli più esterni, la presenza degli elettroni interni esercita un effetto schermante su quelli esterni dovuto alla repulsione elettrostatica tra cariche dello stesso segno. Ciò rende gli elettroni di valenza meno attratti dal nucleo e molto più facili da rimuovere durante una reazione chimica.

Il singolo elettrone di valenza del cesio è nel livello energetico 6 ed è schermato dagli altri 54 elettroni interni. Ciò riduce notevolmente la forza attrattiva del nucleo su detto elettrone, quindi avverte una carica nucleare effettiva molto bassa. A sua volta, questo rende molto facile rimuovere questo elettrone, il che spiega la maggiore reattività di questo elemento rispetto ad altri metalli alcalini.

Radio atomica

Per il fatto stesso che riducono la forza attrattiva del nucleo, gli elementi con una carica nucleare effettiva minore tendono anche ad avere un raggio atomico maggiore . Poiché la forza di attrazione elettrostatica tra il nucleo positivo e gli elettroni dipende dalla distanza, essere più lontani dal nucleo aiuta anche a ridurre la forza di attrazione per gli elettroni di valenza, rendendo il cesio più reattivo.

energia ionizzata

L’energia di ionizzazione è una misura della quantità di energia richiesta per rimuovere l’ultimo elettrone di valenza da un atomo. L’energia di ionizzazione è una proprietà direttamente correlata ai suddetti fattori. Legandosi meno strettamente al nucleo, elementi come il cesio hanno energie di ionizzazione inferiori rispetto agli altri elementi della tavola periodica.

elettronegatività

Infine, l’elettronegatività è un’altra proprietà che determina la reattività. Questa proprietà misura la tendenza o la capacità di un atomo di attrarre coppie di elettroni di legame quando l’atomo forma un legame chimico con un altro atomo. Si tratta di una proprietà relativa, poiché si misura in base a quanto la densità elettronica del legame chimico riesce ad attrarre verso di sé quando è legato ad un altro atomo; tuttavia il suo valore non può essere determinato se l’atomo è solo, cioè quando non è legato.

Poi, i valori di elettronegatività ci permettono di prevedere, tra due atomi, quale sarà in grado di attrarre elettroni con maggiore forza. Il cesio è uno degli elementi meno elettronegativi della tavola periodica, quindi la sua tendenza, invece di attrarre elettroni, è piuttosto quella di cederli per formare un catione.

Andamento periodico dei fattori che influenzano la reattività

Ora che sappiamo quali fattori influenzano la reattività e perché la influenzano, siamo meglio preparati a capire perché il cesio è l’elemento più reattivo. Per fare ciò, dobbiamo considerare che queste proprietà mostrano un comportamento relativamente prevedibile mentre ci spostiamo da un elemento all’altro nella tavola periodica. Cioè, si occupa delle proprietà periodiche degli elementi.

Su un periodo

Man mano che ci muoviamo lungo un periodo (cioè lungo la stessa riga della tavola periodica), la carica del nucleo aumenta progressivamente, ma, poiché i nuovi elettroni si trovano tutti nello stesso guscio di valenza, l’effetto schermante non aumenta significativamente .

Pertanto, mentre ci spostiamo a destra in un periodo, la carica nucleare effettiva aumenta. Questo porta anche come conseguenza che il raggio atomico diminuisce. Entrambi questi effetti contribuiscono ad aumentare la forza con cui il nucleo attrae gli elettroni di valenza, motivo per cui anche l’energia di ionizzazione aumenta da sinistra verso destra.

Tutto quanto sopra fa diminuire la reattività dei metalli da sinistra a destra sulla tavola periodica, il che equivale a dire che aumenta da destra a sinistra. Per questo motivo i metalli più reattivi sulla tavola periodica sono i metalli alcalini.

in tutto un gruppo

Man mano che ci muoviamo verso l’alto o verso il basso di un gruppo sulla tavola periodica, il guscio o il livello di energia in cui si trovano gli elettroni di valenza cambia. Man mano che scendiamo di un gruppo, il numero di gusci elettronici schermanti sotto il guscio di valenza aumenta, il che riduce la carica nucleare effettiva e aumenta il raggio atomico. Scendendo di un gruppo diminuisce anche l’elettronegatività, il che equivale a dire che gli elementi diventano più elettropositivi.

Per le stesse ragioni sopra menzionate, questo abbassa l’energia di ionizzazione, rendendo gli atomi inferiori in un gruppo più reattivi come metalli.

Cesio (Cs) contro Francio (Fr)

Osservando l’andamento periodico delle proprietà sopra descritte, diventa chiaro che il metallo più reattivo è quello più a sinistra e più in basso nella tavola periodica. Tuttavia, quando guardiamo quale elemento si trova in quella posizione, vediamo che non è il cesio ma il francio.

Perché, allora, diciamo che il cesio è il metallo più reattivo? Non dovrebbe essere il francio?

In effetti, sulla base dell’osservazione delle tendenze periodiche e dei calcoli teorici, si prevede che il francio dovrebbe essere più reattivo del cesio. Tuttavia, il motivo per cui il cesio è considerato il più reattivo e non il francio è perché quest’ultimo è un elemento sintetico. Cioè, il francio non esiste in natura, ma deve essere sintetizzato in un acceleratore di particelle attraverso la fusione nucleare.

Come tutti gli elementi sintetici, il nucleo di francio, una volta sintetizzato o formato, si disintegra rapidamente perché è un nucleo estremamente instabile. Per questo motivo non è possibile sintetizzare quantità apprezzabili di francio per farlo reagire con acqua o altri prodotti chimici per determinarne la reattività. In sintesi, assumiamo che il francio dovrebbe essere più reattivo del cesio, ma non abbiamo modo di saperlo, quindi ci rimane il metallo più reattivo di cui possiamo misurare la reattività.

Il metallo più reattivo contro l’elemento più reattivo

Infine, vale la pena fare un piccolo commento in relazione all’elemento più reattivo. Come accennato all’inizio, la reattività può essere confrontata solo quando le sostanze che stiamo confrontando partecipano agli stessi tipi di reazioni caratteristiche.

Per questo è ambiguo parlare dell’elemento più reattivo della tavola periodica, considerando che metalli e non metalli partecipano a reazioni chimiche totalmente opposte. Tuttavia, il fluoro è spesso considerato l’elemento più reattivo dell’intera tavola periodica grazie alla sua capacità di reagire con una miriade di diverse sostanze chimiche, attaccando anche il vetro e altri materiali solitamente inerti.

Riferimenti

BBC. (nd). La serie di reattività – Serie di reattività – GCSE Chemistry (Single Science) . BBC Bitesize. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zcxn82p/revision/1

Chang, R. e Goldsby, K. (2013). Chimica (11a ed.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Testi liberi. (2020, 15 agosto). Gruppo 1: Reattività dei metalli alcalini . LibreText di chimica. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/

MINEDUC. Chili. (nd). Idrogeno spostato dai metalli. Serie di attività in metallo. Curriculum nazionale. https://www.curriculumnacional.cl/portal/Educacion-General/Ciencias-Naturales-1-Medio-Eje-Quimica/CN1M-OA-19/133544:Hidrogeno-desplazado-por-metales-Serie-de-actividad- dei metalli

Serie di reattività . (2019, 25 agosto). Fisica e chimica . https://lafisicayquimica.com/serie-de-reactividad/

Vedantù. (2020, 6 ottobre). Il metallo più reattivo è?(A) Sodio(B) Magnesio(C) Potassio(D) Calcio . Vedantu.Com. https://www.vedantu.com/question-answer/the-most-reactive-metal-is-a-sodium-b-magnesium-class-10-chemistry-cbse-5f7c7d3763e3867bef7676d9