Struktura

Elektrochemická řada napětí kovů (Beketovova řada kovů)

Elektrochemická řada napětí kovů
    (Beketovova řada kovů)

Sestavíme-li řadu kovů podle rostoucích hodnot standardních elektrodových potenciálů, dostáváme řadu napětí kovů.

Protože z umístění kovu v řadě napětí lze vyvodit jeho chování v redoxních reakcích, je užitečné tuto řadu aspoň pro nejvýznamnější kovy znát zpaměti. Její zapamatování není s mnemotechnickou pomůckou problém.

Neúplná řada napětí kovů:
Li  K  Ba  Sr  Ca  Na  Mg  Al  Mn  Zn  Cr  Fe  Co  Ni  Sn  Pb   H   Cu Ag Hg Pt Au

Citlivé povahy nechť prominou použití expresivních výrazů, které zde plní neocenitelnou službu při zapamatování si této řady 22 kovů setříděných podle rostoucí ušlechtilosti.

Mnemotechnickou pomůckou je popis události z bouřlivého večírku:

da Karasová Bruta´lně Sraná Ckla Na Magnetofon Alkoholu Mnoho Značky Citrusový Fernet CoNim Snad Poběží. HovnoCuc Argumentuje Hygienou Platinového Automobilu.

  • Kovy v řadě jsou seřazeny podle stoupajících hodnot standardních elektrodových potenciálů.

  • Kovy stojící v řadě nalevo od vodíku se nazývají kovy neušlechtilé, kovy stojící napravo jsou kovy ušlechtilé.
  • Li   K   Ba   Sr   Ca   Na   Mg   Al   Mn   Zn   Cr   Fe   Co   Ni   Sn   Pb   Cu   Ag   Hg   Pt   Au

    Obr. 1: Porovnání hodnot standardních redoxních potenciálů některých kovů

     

  • Neušlechtilé kovy mají E0 < 0, snadno tvoří kationty, např. E0 (Na+/Na) = –2,714 V.

  • Ušlechtilé kovy mají E0 > 0, např. E0 (Au3+/Au) = +1,420 V.

  • Redukční schopnosti prvků klesají v řadě směrem zleva doprava.

  • Prvek stojící v řadě vlevo působí jako redukční činidlo na ionty prvků stojících od něj napravo.

  • To znamená, že kovy stojicí v řadě více vlevo mohou vytěsnit kovy stojící od nich napravo z roztoků jejich iontů.
    Například:

    iontový zápis:   Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
    úplný zápis: Fe(s) + CuSO(aq) → FeSO4 (aq) + Cu(s)
       
    iontový zápis: Zn + Pb2+ → Zn2+ + Pb
    úplný zápis: Zn(s) + Pb(NO3)2 (aq) → Zn(NO3)(aq) + Pb(s)
       
    iontový zápis:  Cu + 2 Ag+ → Cu2+ + 2 Ag
    úplný zápis: Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu(NO3)(aq) + 2 Ag(s)

 

  • Pouze kovy, které jsou od vodíku nalevo, jsou schopny jej vytěsnit z kyselin.
    2 Na + H2O → H2 + 2 NaOH
    Zn + 2 HCl → H2 + ZnCl2
    2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2

  • Kationty kovů stojících od vodíku napravo mají schopnost zoxidovat vodík.
     Vodík redukuje kationty ušlechtilých kovů na elementární kov:
    CuO + H2 → Cu + H2O

  • Zleva doprava klesá reaktivita kovů vůči vodě a kyselinám:
    Li   K   Ba   Sr   Ca   Na   Mg   Al   Mn   Zn   Cr   Fe   Co   Ni   Sn   Pb  H  Cu   Ag   Hg   Pt   Au
    – Od lithia po sodík reagují s vodou za studena za vzniku vodíku a příslušného hydroxidu, 
       např. sodík reaguje prudce: 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2.
    – Od hořčíku po železo reagují s vodní párou za vzniku vodíku a hydroxidů nebo oxidů kovů,  
        např.:

     hořčík     Mg + 2 H2O → Mg(OH)2 + H
     mangan    Mn + 2 H2O → Mn(OH)2 + H
     chrom   2 Cr + 3 H2O → Cr2O3 + 3 H


    – S neoxidujícími kyselinami reagují všechny neušlechtilé kovy na vodík a sůl dané kyseliny.
    Kobalt a nikl se ve zředěných kyselinách rozpouštějí jen neochotně a pomalu, v koncetrované HNO3 se pasivují.
    Cín se ochotně rozpouští v koncentrované HCl za přítomnosti malého množství oxidačních činidel (HNO3, H2O2).
    Olovo se dobře rozpouští v kyselině dusičné HNO3, ale v koncentrované kyselině sírové se pasivuje.  

  • Ušlechtilé kovy reagují pouze s kyselinami se silnými oxidačními účinky,
    např.
    Cu, Ag, Hg reagují s HNO3 nebo s H2SO4, ale zlato ani platina s těmito kyselinami nereagují.
    Au a Pt reagují s lučavkou královskou

    Ušlechtilé kovy nemohou vyredukovat z kyselin vodík, ale reagovat s kyselinami s oxidačními účinky mohou.
    Například měď je koncentrovanou kyselinou dusičnou oxidována na měďnatou sůl a tím se kyselina dusičná redukuje na oxid dusičitý:
    Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O.
    Průběh této reakce můžete sledovat z tohoto odkazu:

  • Cu s kyselinou chlorovodíkovou nereaguje, protože HCl nemá oxidační účinky (chlor je ve svém nejnižším oxidačním stupni –I, a nemůže se proto již více redukovat)

Vyznačíme-li prvky z Beketovovy řady v periodické tabulce pomocí pořadových čísel, vidíme umístění kovů s největšími redukčními účinky i umístění ušlechtilých kovů.

Obr. 2: Umístění prvků Beketovovy řady v periodické tabulce prvků

 

Zdroje

Obrázky

  • Pokud není uvedeno jinak, autorem obrázků je Jaroslav Svatoň

Osobnosti

Nikolaj Nikolajevič Beketov (1827–1911)

 
Obr. 3: N. Beketov

Ruský chemik, profesor na univerzitě v Charkově, který na základě reakce s kyselinami rozdělil kovy na ušlechtilé a neušlechtilé. Podle jejich vzájemných reakcí je pak seřadil do řady kovů podle reaktivity.

Svými experimenty také přispěl k aplikaci aluminotermie jako metody získávání kovů.

Kontrolní otázka

  1. Které kovy se nazývají neušlechtilé a které ušlechtilé?
  2. Který z dvojice kovů zinek – mangan je ušlechtilejší?
  3. Je cín ušlechtilejším kovem než kobalt?
  4. Lze pomocí kovového hořčíku vyredukovat stroncium z roztoku jeho iontů strontnatých?
  5. Bude při reakci hliníku s kyselinou chlorovodíkovou vznikat vodík?
  6. Rozpouští kyselina chlorovodíková měď?
  7. Proč se hořící hořčík nedá hasit vodou?

Zajímavost

Sledujte reaktivitu hořčíku!


 
Obr. 4: G. Hevesy

Za druhé světové války během německé invaze do Dánska použil lučavku královskou nebývalým způsobem německý chemik maďarského původu György Hevesy, objevitel prvku hafnium a držitel Nobelovy ceny za radiochemii (1943). Před svým nuceným odchodem do Švédska v ní rozpustil dvě zlaté medaile Nobelových cen pro Maxe von Laue a Jamese Francka, aby je nacisté neukradli. Roztok položil na polici ve své laboratoři v Institutu Nielse Bohra. Po válce se vrátil, našel roztok neporušený a vysrážel z něj zlato zpět. Nobelova společnost pak znovu odlila medaile z původního zlata.


 

Základní pojmy

Pasivace kovu – vytvoření kompaktní vrstvy stabilní sloučeniny na povrchu kovu, která zabraňuje jeho korozi. Samovolná pasivace – probíhá samovolně, například povrch hliníku je pokryt kompak... Zobrazit více

Doplňující učivo

Lučavka královská

Směs koncentrovaných kyselin dusičné a chlorovodíkové v poměru 1:3, která rozpouští kov králů – zlato.

Na rozpouštění zlata obě kyseliny, HNO3 a HCl,  spolupracují.

Kyselina dusičná má extrémně silné oxidační schopnosti, které způsobí rozpuštění velmi malého množství zlata za vzniku kationtů zlatitých Au3+ .

            Au + 3NO3- + 6 H+ Au3+ + 3 NO2 + 3 H2O

Bez přítomnosti HCl by se ustavila chemická rovnováha velmi výrazně posunutá ve prospěch kovového zlata.

Chloridové ionty ovšem vytváří s kationty Au3+ z roztoku velmi stabilní komplexní anionty tetrachlorozlatitanové [AuCl4]-.

Au3+ + 4 Cl-[AuCl4]-

Tím se koncentrace kovových iontů v roztoku snižuje a toto porušování rovnováhy vede k dalšímu uvolňování kationtů Au3+ z kovového zlata, a tedy jeho dalšímu rozpouštění.

Úkol

  1. Zapište rovnici reakce vápníku s vodou.
  2. Vyčíslete rovnici aluminotermické reakce oxidu manganato-manganitého
    Mn3O4 +  Al → Mn + Al2O3.
     
  3. Napište rovnici reakce hořčíku s kyselinou sírovou.
  4. Napište rovnici reakce mědi s koncentrovanou kyselinou sírovou.

Laboratorní cvičení

Návody k zajímavým laboratorním cvičením (od chemiků z Gymnázia Pavla Tigrida) k tématice řady napětí kovů  naleznete v příloze.

Logolink