Η χημική αντίδραση ενός οξέος με ένα μέταλλο είναι ειδική για αυτές τις κατηγορίες ενώσεων. Στην πορεία του, το πρωτόνιο υδρογόνου αποκαθίσταται και, σε συνδυασμό με το όξινο ανιόν, αντικαθίσταται από ένα μεταλλικό κατιόν. Αυτό είναι ένα παράδειγμα αντίδρασης σχηματισμού άλατος, αν και υπάρχουν αρκετοί τύποι αλληλεπιδράσεων που δεν ακολουθούν αυτήν την αρχή. Προχωρούν ως οξειδοαναγωγή και δεν συνοδεύονται από έκλυση υδρογόνου.
Αρχές αντιδράσεων οξέων με μέταλλα
Όλες οι αντιδράσεις ενός ανόργανου οξέος με ένα μέταλλο οδηγούν στον σχηματισμό αλάτων. Η μόνη εξαίρεση είναι, ίσως, η αντίδραση του ευγενούς μετάλλου με το aqua regia, ένα μείγμα υδροχλωρικού και νιτρικού οξέος. Οποιαδήποτε άλλη αλληλεπίδραση οξέων με μέταλλα οδηγεί στο σχηματισμό ενός άλατος. Εάν το οξύ δεν είναι ούτε συμπυκνωμένο θειικό ούτε νιτρικό, τότε το μοριακό υδρογόνο διασπάται ως προϊόν.
Όμως όταν το συμπυκνωμένο θειικό οξύ αντιδρά, η αλληλεπίδραση με τα μέταλλα προχωρά σύμφωνα με την αρχή μιας διεργασίας οξειδοαναγωγής. Επομένως, διακρίθηκαν πειραματικά δύο τύποι αλληλεπιδράσεων, τυπικέςμέταλλα και ισχυρά ανόργανα οξέα:
- αντίδραση μετάλλων με αραιά οξέα;
- αλληλεπίδραση με πυκνό οξύ.
Οι αντιδράσεις του πρώτου τύπου συνεχίζονται με οποιοδήποτε οξύ. Οι μόνες εξαιρέσεις είναι το συμπυκνωμένο θειικό οξύ και το νιτρικό οξύ οποιασδήποτε συγκέντρωσης. Αντιδρούν σύμφωνα με τον δεύτερο τύπο και οδηγούν στο σχηματισμό αλάτων και προϊόντων αναγωγής του θείου και του αζώτου.
Τυπικές αντιδράσεις οξέων με μέταλλα
Μέταλλα που βρίσκονται στα αριστερά του υδρογόνου στην τυπική ηλεκτροχημική σειρά αντιδρούν με αραιό θειικό οξύ και άλλα οξέα διαφόρων συγκεντρώσεων, με εξαίρεση το νιτρικό οξύ, σχηματίζοντας άλας και απελευθερώνοντας μοριακό υδρογόνο. Μέταλλα που βρίσκονται στα δεξιά του υδρογόνου στη σειρά ηλεκτραρνητικότητας δεν μπορούν να αντιδράσουν με τα παραπάνω οξέα και αλληλεπιδρούν μόνο με το νιτρικό οξύ, ανεξάρτητα από τη συγκέντρωσή του, με το πυκνό θειικό οξύ και με το aqua regia. Αυτή είναι μια τυπική αλληλεπίδραση οξέων με μέταλλα.
Αντιδράσεις μετάλλων με πυκνό θειικό οξύ
Όταν η περιεκτικότητα σε θειικό οξύ στο διάλυμα είναι μεγαλύτερη από 68%, θεωρείται συμπυκνωμένο και αλληλεπιδρά με μέταλλα αριστερά και δεξιά του υδρογόνου. Η αρχή της αντίδρασης με μέταλλα ποικίλης δραστηριότητας φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία. Εδώ, ο οξειδωτικός παράγοντας είναι το άτομο θείου στο θειικό ανιόν. Ανάγεται σε υδρόθειο, 4σθενές οξείδιο ή σε μοριακό θείο.
Αντιδράσεις με αραιό νιτρικό οξύ
ΑραίωσηΤο νιτρικό οξύ αντιδρά με μέταλλα που βρίσκονται αριστερά και δεξιά του υδρογόνου. Κατά την αντίδραση με ενεργά μέταλλα, σχηματίζεται αμμωνία, η οποία διαλύεται αμέσως και αλληλεπιδρά με το νιτρικό ανιόν, σχηματίζοντας ένα άλλο άλας. Με μέταλλα μέσης δραστικότητας, το οξύ αντιδρά με την απελευθέρωση μοριακού αζώτου. Με ανενεργό, η αντίδραση προχωρά με την απελευθέρωση δινιτρικού οξειδίου. Τις περισσότερες φορές, πολλά προϊόντα αναγωγής θείου σχηματίζονται σε μία αντίδραση. Παραδείγματα αντιδράσεων προτείνονται στην παρακάτω γραφική εφαρμογή.
Αντιδράσεις με πυκνό νιτρικό οξύ
Σε αυτή την περίπτωση, το άζωτο δρα και ως οξειδωτικός παράγοντας. Όλες οι αντιδράσεις τελειώνουν με το σχηματισμό άλατος και την απελευθέρωση μονοξειδίου του αζώτου. Στη γραφική εφαρμογή προτείνονται σχήματα της πορείας των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων. Ταυτόχρονα, η αντίδραση του aqua regia με στοιχεία χαμηλής ενεργότητας αξίζει ιδιαίτερης προσοχής. Αυτή η αλληλεπίδραση οξέων με μέταλλα δεν είναι ειδική.
Δραστικότητα μετάλλων
Τα μέταλλα αντιδρούν αρκετά εύκολα με τα οξέα, αν και υπάρχουν μερικές αδρανείς ουσίες. Αυτά είναι ευγενή μέταλλα και στοιχεία που έχουν υψηλών προδιαγραφών ηλεκτροχημικό δυναμικό. Υπάρχει ένας αριθμός μετάλλων που κατασκευάζονται με βάση αυτόν τον δείκτη. Ονομάζεται σειρά ηλεκτροαρνητικότητας. Εάν το μέταλλο βρίσκεται στα αριστερά του υδρογόνου σε αυτό, τότε μπορεί να αντιδράσει με αραιό οξύ.
Υπάρχει μόνο μία εξαίρεση: ο σίδηρος καιΤο αλουμίνιο λόγω του σχηματισμού τρισθενών οξειδίων στην επιφάνειά τους δεν μπορεί να αντιδράσει με το οξύ χωρίς θέρμανση. Εάν το μείγμα θερμανθεί, τότε αρχικά το φιλμ οξειδίου του μετάλλου εισέρχεται στην αντίδραση και στη συνέχεια διαλύεται στο ίδιο το οξύ. Μέταλλα που βρίσκονται στα δεξιά του υδρογόνου στην ηλεκτροχημική σειρά δραστηριότητας δεν μπορούν να αντιδράσουν με το ανόργανο οξύ, συμπεριλαμβανομένου του αραιού θειικού οξέος. Υπάρχουν δύο εξαιρέσεις στον κανόνα: αυτά τα μέταλλα διαλύονται σε πυκνό και αραιό νιτρικό οξύ και aqua regia. Μόνο το ρόδιο, το ρουθήνιο, το ιρίδιο και το όσμιο δεν μπορούν να διαλυθούν στο τελευταίο.
