Tabla de Contenidos
Dintre elementele metalice pe care le putem găsi în mod natural, cesiul (Cs) este cel mai reactiv . Este vorba despre elementul 55 al tabelului periodic și corespunde metalului alcalin din perioada a șasea. Acest metal reacționează exploziv cu apa și trebuie depozitat cu atenție în atmosferă inertă în recipiente închise sau scufundat în ulei, deoarece simplul contact cu umiditatea din aer poate declanșa o reacție.
Fiind un metal alcalin, toate reacțiile care implică acest element se caracterizează prin transferul unui electron de la metal la specia chimică cu care reacționează, făcând din cesiu un agent reducător puternic. În toți compușii din care cesiul devine parte după o reacție chimică, metalul prezintă o valență de +1.
Știind că cel mai reactiv metal este cesiul, ne întrebăm ce înseamnă exact să fii un metal reactiv și cum se măsoară această reactivitate. Ne putem întreba și de ce cesiul este cel mai reactiv metal și nu un alt metal? Cu alte cuvinte, care sunt factorii care determină reactivitatea chimică în elemente în general și în metale în special? Acestea și alte probleme vor fi clarificate în acest articol.
Ce este reactivitatea chimică?
După cum sugerează și numele, reactivitatea chimică este o măsură a tendinței unei substanțe chimice, fie ea un element sau un compus, de a participa la reacții chimice . Când spunem că un element sau compus chimic este mai reactiv decât altul, ne referim, în general, că primul reacționează mai repede sau într-un grad mai mare decât al doilea.
În ciuda faptului că este un concept aparent simplu, poate fi ambiguu. Acest lucru se datorează faptului că nu toate elementele și nu toți compușii chimici participă neapărat la aceleași reacții sau chiar la aceleași tipuri de reacții. Acest lucru face confuză sau dificilă compararea reactivităților diferitelor tipuri sau clase de substanțe.
În acest sens, când vorbim despre reactivitate chimică și când comparăm reactivitățile chimice ale diferitelor elemente, este necesar să le grupăm și să comparăm doar acele elemente care sunt legate între ele și care pot participa la aceeași clasă de reacții chimice . Acesta este singurul mod de a stabili cu exactitate ordinea de reactivitate a elementelor. Tocmai din acest motiv, atunci când vorbim de cesiu ca fiind elementul cel mai reactiv, ne referim la clasa de elemente din care face parte, și anume metalele.
Cum se măsoară reactivitatea metalelor?
Pentru a compara reactivitatea diferitelor elemente, trebuie selectat un tip de reacție care să servească drept referință. Această reacție trebuie să fie comună tuturor elementelor grupului comparat. În cazul metalelor, reacția adesea folosită ca test este tendința metalului de a înlocui sau de a înlocui hidrogenul într-un anumit compus.
Un exemplu în acest sens este reacția metalelor cu apa, în timpul căreia metalul înlocuiește hidrogenul pentru a forma hidrogen molecular și hidroxidul metalic respectiv. În cazul metalelor care nu sunt suficient de reactive pentru a reacționa cu apa, acestea reacţionează cu acizi minerali precum acidul azotic sau acidul sulfuric .
Când comandăm metalele mai întâi după reactivitatea lor la apă și apoi după reactivitatea lor la acizii minerali, obținem ceea ce se numește seria de reactivitate pentru metale. Aceste serii pot fi folosite, printre altele, pentru a prezice dacă un metal este capabil să înlocuiască pe altul într-un compus chimic.
Factorii care determină reactivitatea unui metal
Reactivitatea diferitelor elemente chimice este determinată de modul în care sunt aranjați și distribuiți electronii care le alcătuiesc. Aceasta din urmă se numește o configurație electronică. Dintre toți electronii, cel mai determinant dintre diferitele proprietăți chimice ale elementelor, inclusiv ale metalelor, sunt electronii de valență sau ultimul înveliș sau nivel de energie.
În cele ce urmează se descrie modul în care această configurație electronică, împreună cu alți factori ai structurii atomice, determină reactivitatea unui metal.
Configuratie electronica
După cum sa menționat recent, configurația electronică a unui element și, în special, configurația învelișului de valență, este determinantă pentru multe proprietăți chimice ale elementelor, cum ar fi valențele sau stările de oxidare pe care le prezintă atunci când sunt combinate cu alte elemente .
În cazul metalelor, aceste elemente se caracterizează prin faptul că au învelișuri de valență cu puțini electroni sau cu electroni localizați în orbitali atomici din care sunt foarte ușor de îndepărtat. În cazul cesiului, învelișul său de valență este format dintr-un singur electron în orbitalul 6s. Acest electron înconjoară un set de electroni distribuiți în același mod ca și electronii lui Xe, care este un gaz nobil cu o configurație electronică foarte stabilă.
Acest lucru face ca cesiul să piardă ușor electronul singur din învelișul său de valență, realizând astfel configurația electronică a unui gaz nobil.
încărcătură nucleară efectivă
Sarcina nucleară efectivă este o măsură a forței atractive reale resimțite de electronii cei mai exteriori ai unui atom. Prin umplerea progresivă a orbitalilor atomici ai unui atom, începând cu cei mai apropiați de nucleu și continuând cu cei mai exteriori, prezența electronilor interiori exercită un efect de ecranare asupra celor exteriori datorită repulsiei electrostatice dintre sarcinile de același semn. Acest lucru face ca electronii de valență să fie mai puțin atrași de nucleu și mult mai ușor de îndepărtat în timpul unei reacții chimice.
Electronul de valență unic al cesiului se află la nivelul de energie 6 și este protejat de ceilalți 54 de electroni interiori. Acest lucru reduce foarte mult forța de atracție a nucleului asupra electronului menționat, astfel încât se simte o sarcină nucleară eficientă foarte scăzută. La rândul său, acest lucru face foarte ușoară îndepărtarea acestui electron, ceea ce explică reactivitatea mai mare a acestui element în comparație cu alte metale alcaline.
Radio atomică
Prin însuși faptul că reduc forța de atracție a nucleului, elementele cu o sarcină nucleară efectivă mai mică tind să aibă și o rază atomică mai mare . Deoarece forța electrostatică de atracție dintre nucleul pozitiv și electroni depinde de distanță, a fi mai departe de nucleu ajută și la reducerea forței de atracție pentru electronii de valență, făcând cesiul mai reactiv.
energie de ionizare
Energia de ionizare este o măsură a cantității de energie necesară pentru a îndepărta ultimul electron de valență dintr-un atom. Energia de ionizare este o proprietate care este direct legată de factorii menționați mai sus. Prin legarea mai puțin strânsă de nucleu, elemente precum cesiul au energii de ionizare mai mici decât celelalte elemente din tabelul periodic.
electronegativitatea
În cele din urmă, electronegativitatea este o altă proprietate care determină reactivitatea. Această proprietate măsoară tendința sau capacitatea unui atom de a atrage perechi de electroni de legătură atunci când atomul formează o legătură chimică cu un alt atom. Aceasta este o proprietate relativă, deoarece se măsoară pe baza cât de mult reușește să atragă densitatea electronică a legăturii chimice către ea însăși atunci când este legată de un alt atom; cu toate acestea, valoarea sa nu poate fi determinată dacă atomul este singur, adică atunci când nu este legat.
Apoi, valorile electronegativității ne permit să anticipăm, între doi atomi, care dintre atomi va fi capabil să atragă electronii cu o forță mai mare. Cesiul este unul dintre elementele cel mai puțin electronegative din tabelul periodic, așa că tendința sa, în loc să atragă electroni, este mai degrabă să renunțe la aceștia pentru a forma un cation.
Tendința periodică a factorilor care afectează reactivitatea
Acum că știm ce factori afectează reactivitatea și de ce o afectează, suntem mai bine pregătiți să înțelegem de ce cesiul este cel mai reactiv element. Pentru a face acest lucru, trebuie să considerăm că aceste proprietăți arată un comportament relativ previzibil pe măsură ce trecem de la un element la altul din tabelul periodic. Adică, se ocupă de proprietățile periodice ale elementelor.
Peste o perioada
Pe măsură ce trecem printr-o perioadă (adică de-a lungul aceluiași rând din tabelul periodic), sarcina nucleului crește progresiv, dar, din moment ce noii electroni se află toți în aceeași înveliș de valență, efectul de ecranare nu crește semnificativ. .
Prin urmare, pe măsură ce ne deplasăm spre dreapta într-o perioadă, sarcina nucleară efectivă crește. Acest lucru aduce și drept consecință că raza atomică scade. Ambele efecte contribuie la creșterea forței cu care nucleul atrage electronii de valență, motiv pentru care și energia de ionizare crește de la stânga la dreapta.
Toate cele de mai sus fac ca reactivitatea metalelor să scadă de la stânga la dreapta pe tabelul periodic, ceea ce este același cu a spune că crește de la dreapta la stânga. Din acest motiv, cele mai reactive metale din tabelul periodic sunt metalele alcaline.
în cadrul unui grup
Pe măsură ce ne deplasăm în sus sau în jos într-un grup de pe tabelul periodic, învelișul sau nivelul de energie în care se află electronii de valență se modifică. Pe măsură ce coborâm într-un grup, numărul de învelișuri de electroni de ecranare de sub învelișul de valență crește, ceea ce reduce sarcina nucleară efectivă și crește raza atomică. Coborând într-un grup, electronegativitatea scade și ea, ceea ce este același cu a spune că elementele devin mai electropozitive.
Din aceleași motive menționate mai sus, aceasta scade energia de ionizare, făcând atomii inferiori dintr-un grup mai reactivi ca metale.
Cesiu (Cs) versus franciu (Fr)
Privind tendința periodică a proprietăților descrise mai sus, devine clar că metalul cel mai reactiv este cel care se află cel mai în stânga și mai jos în tabelul periodic. Cu toate acestea, când ne uităm la ce element se află în acea poziție, vedem că nu este cesiu, ci franciu.
Atunci de ce spunem că cesiul este cel mai reactiv metal? Nu ar trebui să fie francium?
Într-adevăr, pe baza observării tendințelor periodice și a calculelor teoretice, se prevede că franciul ar trebui să fie mai reactiv decât cesiul. Cu toate acestea, motivul pentru care cesiul este considerat cel mai reactiv și nu franciul este că acesta din urmă este un element sintetic. Adică franciul nu există în natură, ci trebuie sintetizat într-un accelerator de particule prin fuziune nucleară.
Ca toate elementele sintetice, odată ce nucleul de franciu este sintetizat sau format, acesta se dezintegrează rapid deoarece este un nucleu extrem de instabil. Din acest motiv, cantități apreciabile de franciu nu pot fi sintetizate pentru a-l face să reacționeze cu apa sau cu alte substanțe chimice pentru a-i determina reactivitatea. În rezumat, presupunem că franciul ar trebui să fie mai reactiv decât cesiul, dar nu avem de unde să știm, așa că rămânem cu cel mai reactiv metal a cărui reactivitate o putem măsura.
Cel mai reactiv metal față de cel mai reactiv element
În fine, merită să facem un mic comentariu în legătură cu cel mai reactiv element. După cum am menționat la început, reactivitatea poate fi comparată numai atunci când substanțele pe care le comparăm participă la aceleași tipuri de reacții caracteristice.
Din acest motiv, este ambiguu să vorbim despre cel mai reactiv element din tabelul periodic, având în vedere că metalele și nemetalele participă la reacții chimice total opuse. Cu toate acestea, fluorul este de obicei considerat cel mai reactiv element din întregul tabel periodic datorită capacității sale de a reacționa cu o mulțime de substanțe chimice diferite, atacând chiar sticla și alte materiale de obicei inerte.
Referințe
BBC. (n.d.). Seria de reactivitate – Seria de reactivitate – GCSE Chemistry (Single Science) . BBC Bitesize. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zcxn82p/revision/1
Chang, R. și Goldsby, K. (2013). Chimie (ed. a 11-a). McGraw-Hill Interamericana de España SL
Libretexte. (2020, 15 august). Grupa 1: Reactivitatea metalelor alcaline . Chimie LibreTexte. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/
MINEDUC. Chili. (n.d.). Hidrogenul deplasat de metale. Seria de activitate metalică. Curriculum Național. https://www.curriculumnacional.cl/portal/Educacion-General/Ciencias-Naturales-1-Medio-Eje-Quimica/CN1M-OA-19/133544:Hidrogeno-desplazado-por-metales-Serie-de-actividad- a-metalelor
Seria de reactivitate . (25 august 2019). Fizica si chimie . https://lafisicayquimica.com/serie-de-reactividad/
Vedanthu. (2020, 6 octombrie). Cel mai reactiv metal este?(A) Sodiu(B)Magneziu(C)Potasiu(D)Calciu . Vedantu.Com. https://www.vedantu.com/question-answer/the-most-reactive-metal-is-a-sodium-b-magnesium-class-10-chemistry-cbse-5f7c7d3763e3867bef7676d9
