Tabla de Contenidos
Av de metalliske grunnstoffene som vi kan finne naturlig, er cesium (Cs) det mest reaktive . Det handler om grunnstoff 55 i det periodiske system og tilsvarer alkalimetallet i den sjette perioden. Dette metallet reagerer eksplosivt med vann, og må lagres forsiktig under en inert atmosfære i forseglede beholdere eller nedsenket i olje, siden bare kontakt med fuktighet i luften kan utløse en reaksjon.
Som et alkalimetall er alle reaksjoner som involverer dette elementet preget av overføring av et elektron fra metallet til den kjemiske arten som det reagerer med, noe som gjør cesium til et kraftig reduksjonsmiddel. I alle forbindelser som cesium blir en del av etter en kjemisk reaksjon, har metallet en valens på +1.
Når man vet at det mest reaktive metallet er cesium, lurer man på hva det vil si å være et reaktivt metall og hvordan denne reaktiviteten måles. Vi kan også spørre oss selv hvorfor cesium er det mest reaktive metallet og ikke et annet metall? Med andre ord, hva er faktorene som bestemmer kjemisk reaktivitet i grunnstoffer generelt og i metaller spesielt? Disse og andre spørsmål vil bli avklart i denne artikkelen.
Hva er kjemisk reaktivitet?
Som navnet tilsier, er kjemisk reaktivitet et mål på tendensen til et kjemisk stoff, enten det er et element eller en forbindelse, til å delta i kjemiske reaksjoner . Når vi sier at ett grunnstoff eller en kjemisk forbindelse er mer reaktiv enn en annen, mener vi generelt at den første reagerer raskere eller i større grad enn den andre.
Til tross for at det er et tilsynelatende enkelt konsept, kan det være tvetydig. Dette er fordi ikke alle grunnstoffer og ikke alle kjemiske forbindelser nødvendigvis deltar i de samme reaksjonene, eller til og med de samme typene reaksjoner. Dette gjør det forvirrende eller vanskelig å sammenligne reaktivitetene til ulike typer eller klasser av stoffer.
I denne forstand, når man snakker om kjemisk reaktivitet og når man sammenligner de kjemiske reaktivitetene til de forskjellige elementene, er det nødvendig å gruppere dem og sammenligne bare de elementene som er relatert til hverandre og som kan delta i samme klasse av kjemiske reaksjoner . Dette er den eneste måten å nøyaktig fastslå rekkefølgen av reaktiviteten til elementene. Det er nettopp av denne grunn at når vi snakker om cesium som det mest reaktive elementet, refererer vi til klassen av grunnstoffer som det tilhører, nemlig metaller.
Hvordan måles reaktiviteten til metaller?
For å sammenligne reaktiviteten til forskjellige elementer, må en reaksjonstype velges for å tjene som referanse. Denne reaksjonen må være felles for alle elementene i gruppen som sammenlignes. Når det gjelder metaller, er reaksjonen ofte brukt som en test metallets tendens til å erstatte eller fortrenge hydrogen i en bestemt forbindelse.
Et eksempel på dette er reaksjonen av metaller med vann, hvor metallet fortrenger hydrogen for å danne molekylært hydrogen og det respektive metallhydroksidet. Når det gjelder metaller som ikke er reaktive nok til å reagere med vann, reageres de med mineralsyrer som salpetersyre eller svovelsyre i stedet.
Når vi først bestiller metaller etter deres reaktivitet overfor vann og deretter etter deres reaktivitet overfor mineralsyrer, får vi det som kalles reaktivitetsserien for metaller. Disse seriene kan blant annet brukes til å forutsi om ett metall er i stand til å fortrenge et annet i en kjemisk forbindelse.
Faktorer som bestemmer reaktiviteten til et metall
Reaktiviteten til de forskjellige kjemiske elementene bestemmes av måten elektronene som utgjør dem er ordnet og fordelt på. Sistnevnte kalles en elektronisk konfigurasjon. Av alle elektronene er den mest avgjørende for de forskjellige kjemiske egenskapene til elementene, inkludert metaller, valenselektronene eller det siste skallet eller energinivået.
Det følgende beskriver hvordan denne elektroniske konfigurasjonen, sammen med andre faktorer i atomstrukturen, bestemmer reaktiviteten til et metall.
Elektronisk konfigurasjon
Som nylig nevnt, er den elektroniske konfigurasjonen av et element, og spesielt konfigurasjonen av valensskallet, avgjørende for mange kjemiske egenskaper til elementene, slik som valensene eller oksidasjonstilstandene de viser når de kombineres med andre elementer .
Når det gjelder metaller, er disse grunnstoffene karakterisert ved å ha valensskjell med få elektroner eller med elektroner plassert i atomorbitaler som de er svært enkle å fjerne fra. Når det gjelder cesium, er valensskallet dannet av et enkelt elektron i 6s orbital. Dette elektronet omgir et sett med elektroner fordelt på samme måte som elektronene til Xe, som er en edelgass med en meget stabil elektronisk konfigurasjon.
Dette gjør det lett for cesium å miste det ensomme elektronet fra valensskallet, og dermed oppnå den elektroniske konfigurasjonen av en edelgass.
effektiv atomladning
Den effektive kjerneladningen er et mål på den faktiske tiltrekningskraften som de ytterste elektronene i et atom føler. Ved å gradvis fylle atomorbitalene til et atom, starter med de som er nærmest kjernen og fortsetter med de ytterste, utøver tilstedeværelsen av de indre elektronene en skjermende effekt på de ytre på grunn av den elektrostatiske frastøtningen mellom ladninger av samme tegn. Dette gjør valenselektroner mindre tiltrukket av kjernen og mye lettere å fjerne under en kjemisk reaksjon.
Cesiums enkeltvalenselektron er på energinivå 6 og er skjermet av de andre 54 indre elektronene. Dette reduserer den attraktive kraften til kjernen på elektronet, så det føles en veldig lav effektiv kjerneladning. I sin tur gjør dette det veldig enkelt å fjerne dette elektronet, noe som forklarer den høyere reaktiviteten til dette elementet sammenlignet med andre alkalimetaller.
Atomradio
Ved selve det faktum at de reduserer tiltrekningskraften til kjernen, har elementer med en mindre effektiv kjerneladning også en tendens til å ha en større atomradius . Siden den elektrostatiske tiltrekningskraften mellom den positive kjernen og elektronene avhenger av avstanden, hjelper det å være lenger unna kjernen også å redusere tiltrekningskraften for valenselektronene, noe som gjør cesium mer reaktivt.
ioniseringsenergi
Ioniseringsenergi er et mål på mengden energi som kreves for å fjerne det siste valenselektronet fra et atom. Ioniseringsenergi er en egenskap som er direkte relatert til de nevnte faktorene. Ved å binde seg mindre tett til kjernen, har elementer som cesium lavere ioniseringsenergier enn de andre grunnstoffene i det periodiske systemet.
elektronegativitet
Til slutt er elektronegativitet en annen egenskap som bestemmer reaktivitet. Denne egenskapen måler et atoms tendens eller evne til å tiltrekke seg bindingspar av elektroner når atomet danner en kjemisk binding med et annet atom. Dette er en relativ egenskap, siden den måles ut fra hvor mye den elektroniske tettheten til den kjemiske bindingen klarer å tiltrekke seg mot seg selv når den er knyttet til et annet atom; verdien kan imidlertid ikke bestemmes hvis atomet er alene, det vil si når det ikke er bundet.
Deretter lar elektronegativitetsverdiene oss forutsi, mellom to atomer, hvilken som vil kunne tiltrekke seg elektroner med større kraft. Cesium er et av de minst elektronegative grunnstoffene i det periodiske system, så dets tendens, i stedet for å tiltrekke seg elektroner, er snarere å gi dem opp for å danne en kation.
Periodisk trend av faktorer som påvirker reaktivitet
Nå som vi vet hvilke faktorer som påvirker reaktiviteten og hvorfor de påvirker den, er vi bedre forberedt på å forstå hvorfor cesium er det mest reaktive elementet. For å gjøre dette må vi vurdere at disse egenskapene viser relativt forutsigbar oppførsel når vi beveger oss fra ett element til det neste på det periodiske systemet. Det vil si at den omhandler periodiske egenskaper til grunnstoffene.
Over en periode
Når vi beveger oss gjennom en periode (det vil si langs samme rad i det periodiske systemet), øker ladningen til kjernen gradvis, men siden de nye elektronene alle er lokalisert i samme valensskal, øker ikke skjermingseffekten nevneverdig. .
Derfor, når vi beveger oss til høyre i en periode, øker den effektive atomladningen. Dette fører også til at atomradiusen avtar. Begge disse effektene bidrar til å øke kraften som kjernen tiltrekker seg valenselektroner med, og det er grunnen til at ioniseringsenergien også øker fra venstre til høyre.
Alt det ovennevnte fører til at reaktiviteten til metaller avtar fra venstre til høyre på det periodiske systemet, som er det samme som å si at den øker fra høyre til venstre. Av denne grunn er de mest reaktive metallene i det periodiske systemet alkalimetallene.
gjennom en gruppe
Når vi beveger oss opp eller ned i en gruppe i det periodiske systemet, endres skallet eller energinivået som valenselektronene befinner seg i. Når vi går nedover en gruppe, øker antallet skjermende elektronskall under valensskallet, noe som reduserer den effektive kjerneladningen og øker atomradiusen. Går man ned en gruppe, avtar også elektronegativiteten, som er det samme som å si at grunnstoffene blir mer elektropositive.
Av samme grunner nevnt ovenfor, senker dette ioniseringsenergien, og gjør de lavere atomene i en gruppe mer reaktive som metaller.
Cesium (Cs) kontra Francium (Fr)
Ser man på den periodiske trenden til egenskapene beskrevet ovenfor, blir det klart at det mest reaktive metallet er det som er lengst til venstre og lenger ned i det periodiske systemet. Men når vi ser på hvilket grunnstoff som er i den posisjonen, ser vi at det ikke er cesium, men francium.
Hvorfor sier vi da at cesium er det mest reaktive metallet? Burde det ikke være francium?
Faktisk, basert på observasjon av periodiske trender og teoretiske beregninger, er det spådd at francium skal være mer reaktivt enn cesium. Grunnen til at cesium regnes som det mest reaktive og ikke francium er imidlertid fordi sistnevnte er et syntetisk grunnstoff. Det vil si at francium ikke finnes i naturen, men må syntetiseres i en partikkelakselerator gjennom kjernefysisk fusjon.
Som alle syntetiske elementer, når franciumkjernen er syntetisert eller dannet, går den raskt i oppløsning fordi den er en ekstremt ustabil kjerne. Av denne grunn kan betydelige mengder francium ikke syntetiseres for å få det til å reagere med vann eller andre kjemikalier for å bestemme dets reaktivitet. Oppsummert antar vi at francium skal være mer reaktivt enn cesium, men vi har ingen måte å vite det, så vi sitter igjen med det mest reaktive metallet hvis reaktivitet vi kan måle.
Det mest reaktive metallet kontra det mest reaktive elementet
Til slutt er det verdt å komme med en liten kommentar i forhold til det mest reaktive elementet. Som nevnt innledningsvis kan reaktivitet kun sammenlignes når stoffene vi sammenligner deltar i de samme typene karakteristiske reaksjoner.
Av denne grunn er det tvetydig å snakke om det mest reaktive elementet i det periodiske systemet, med tanke på at metaller og ikke-metaller deltar i totalt motsatte kjemiske reaksjoner. Imidlertid regnes fluor vanligvis som det mest reaktive elementet i hele det periodiske systemet på grunn av dets evne til å reagere med en rekke forskjellige kjemiske stoffer, til og med angripe glass og andre vanligvis inerte materialer.
Referanser
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). Kjemi (11. utgave). McGraw-Hill Interamericana de España SL
Libretekster. (2020, 15. august). Gruppe 1: Reaktivitet av alkalimetaller . Kjemi LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/
MINEDUC. Chili. (n.d.). Hydrogen fortrengt av metaller. Metal aktivitetsserie. Nasjonal læreplan. 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-metallene
Reaktivitetsserie . (2019, 25. august). Fysikk og kjemi . https://lafisicayquimica.com/serie-de-reactividad/
Vedanthu. (2020, 6. oktober). Det mest reaktive metallet er?(A) Natrium(B) Magnesium(C) Kalium(D) Kalsium . Vedantu.Com. https://www.vedantu.com/question-answer/the-most-reactive-metal-is-a-sodium-b-magnesium-class-10-chemistry-cbse-5f7c7d3763e3867bef7676d9
