Номер 5, страница 102 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 5, страница 102.

Условие.

5. Какой металл является самым активным:

а) на воздухе;

б) в водном растворе?

Решение.

Решение 2.

а) на воздухе

Химическая активность металлов определяется их способностью отдавать валентные электроны. В периодической системе Менделеева самыми активными являются щелочные металлы (IА группа). Их активность возрастает сверху вниз по группе, так как с увеличением радиуса атома валентный электрон находится дальше от ядра, слабее притягивается к нему и, следовательно, легче отрывается в ходе химической реакции.

Теоретически, самым активным металлом должен быть франций (Fr), как самый тяжелый элемент в группе щелочных металлов. Однако франций — это крайне радиоактивный и нестабильный элемент с очень коротким периодом полураспада, он не был получен в макроскопических количествах, поэтому его химические свойства не могут быть продемонстрированы на практике.

Из всех стабильных и доступных для изучения металлов самым активным является цезий (Cs). Цезий — мягкий, золотистый металл, который настолько активен, что мгновенно и со взрывом реагирует с кислородом и влагой воздуха, самовоспламеняясь. Реакция с кислородом приводит к образованию преимущественно супероксида цезия: $Cs(s) + O_2(g) \rightarrow CsO_2(s)$.

Ответ: Самым активным из стабильных металлов на воздухе является цезий (Cs).

б) в водном растворе

Активность металла в водном растворе определяется его стандартным электродным потенциалом ($E^0$). Этот потенциал показывает способность металла окисляться (отдавать электроны) в водной среде. Чем более отрицательным является значение стандартного электродного потенциала, тем металл является более сильным восстановителем и, соответственно, более активным.

Хотя цезий является самым активным металлом на воздухе (из-за самой низкой энергии ионизации), в водном растворе ситуация меняется. Здесь, помимо энергии ионизации, важную роль играет энергия гидратации образующегося иона. Процесс перехода металла в раствор включает в себя энергию атомизации, энергию ионизации и энергию гидратации иона.

У лития (Li) самая высокая энергия ионизации среди щелочных металлов, но его ион ($Li^+$) имеет самый маленький радиус и, как следствие, самую высокую плотность заряда. Это приводит к аномально высокой (наиболее экзотермической) энергии гидратации. Эта огромная энергия, выделяющаяся при гидратации, с избытком компенсирует затраты энергии на атомизацию и ионизацию.

В результате, суммарный энергетический эффект делает литий самым сильным восстановителем в водной среде. Он имеет самый отрицательный стандартный электродный потенциал среди всех металлов: $E^0(Li^+/Li) = -3.045$ В. Для сравнения, у цезия этот показатель равен $E^0(Cs^+/Cs) = -3.026$ В.

Ответ: Самым активным металлом в водном растворе является литий (Li).