Metallien jännitesarja#
Metallien jännitesarja määrittelee metallien suhteellisen kyvyn hapettua tai pelkistyä. Jännitesarjassa metallit on järjestetty siten, että ne, jotka ovat korkeammalla järjestyksessä, ovat taipuvaisempia pelkistymään ioneista atomeiksi ja vastaanottamaan elektroneja kuin ne, jotka ovat alempana järjestyksessä. Toisin sanoen, kun kaksi metallia ovat kosketuksissa, alempana jännitesarjassa oleva metalli hapettuu, luovuttaa elekroneita jalommalle metallille ja pelkistää jalomman metallin ionit atomeiksi.
Tässä osa metallien jännitesarjasta.
\(\mathrm{Li < K < Ba < Ca < Na < Mg < Al < Mn < Zn < Cr < Fe < Cd < Co < Ni < Sn < Pb < \textbf{H} < Cu < Hg < Ag < Pt < Au}\)
Jännitesarjassa kaikkein epäjaloin metalli on vasemmalla ja jaloin oikealla. Epäjalompi metalli pystyy pelkistämään jalomman metallin ionit atomeiksi. Metallien pelkistyskyky kasvaa siis mentäessä sarjassa vasemmalle ja hapetuskyky kasvaa mentäessä oikealle. Jännitesarjan avulla voidaan ennustaa, tapahtuuko hapetus-pelkistysreaktio ja mikä on sen suunta.
Esimerkki: reagoiko kuparista valmistettu esine rautasulfaatin kanssa
Mahdollinen reaktioyhtälö näyttäisi tältä: \(Cu \ (s) + FeSO_4 \ (aq) → Fe \ (aq) + CuSO_4 \ (aq)\)
Jännitesarjan mukaan kupari on raudan yläpuolella, joten kupari on jalompi metalli. Se ei siis hapetu ja reaktiota ei tapahdu. Toisin sanoen, kupari ei pelkistä rautasulfaattiliuoksen rautaioneita atomeiksi. Toisaalta, jos rautaesine olisi kosketuksissa kuparisulfaatin kanssa, reaktio tapahtuisi ja rauta hapettuisi pelkistäen kupari-ionit atomeiksi:
\(Fe \ (s) + CuSO_4 \ (aq) → Cu \ (aq) + FeSO_4 \ (aq)\)
Reaktiossa kupariatomit kiinnittyisivät rautaesineen pinnalle ja rautaionit Fe2+ jäisivät ioneina liuokseen.
Metallien reaktiot vedyn kanssa#
Huomaa epämetalli vety (H), joka on merkitty metallien jännitesarjaan. Vedyn vasemmalla puolella ovat epäjalot metallit ja oikealla puolella jalot metallit. Epäjalot metallit siis pelkistävät esimerkiksi suolahappoliuoksessa olevat vetyionit, jolloin muodostuu vetykaasua. Esimerkiksi litiumin ja suohahapon reaktioyhtälö on muotoa
\(2 \ Li \ (s) + 2 \ HCl \ (aq) → 2 \ Li^+ \ (aq) + 2 \ Cl^- \ (aq) + H_2 \ (g), \Delta H < 0\)
Lisäksi alkalimetallit reagoivat voimakkaasti, jopa räjähdysmäisesti, jo veden kanssa, kuten alla olevalla videolla demonstroidaan viihteellisesti.
Tietoisku: videon juontajana toimii alkuperäisen Top Gearin juontaja Richard Hammond ja musiikista vastaa Kenny Loggins:n Danger Zone.