Metale i niemetale a reakcja z kwasem azotowym
Post niezbyt długi – w sam raz na szkolną przerwę 😛
Reakcje metali z kwasem azotowym to wbrew pozorom reakcje, które mogą nastręczać dużo problemów. Zawsze podchodźcie do nich z ostrożnością. Czasem sprawa jest jasna i nie ma wątpliwości co do produktów reakcji, ale nie zawsze jest to takie łatwe. Dlatego też jest to jeden z powodów, dla którego te reakcje tak często pojawiają się na olimpiadzie. Zatem należy dobrze je umieć.
Co wpływa na rodzaj powstających produktów? Ogrom rzeczy, ale uważam, że warto zapamiętać następujące czynniki :
- właściwości chemiczne pierwiastka, a konkretnie jego ,,aktywność” , którą możemy oceniać po położeniu w szeregu elektrochemicznym.
- rozmiar metalu
- stężenie kwasu azotowego (czy podział na stężony i rozcieńczony wystarczy?)
- warunki reakcji (temperatura, mieszanie)
Jakie produkty mogą w ogóle powstawać w takiej reakcji?
- azotan danego metalu – to proste 🙂
(zauważcie zmniejszający się stopień utlenienia azotu w tych produktach)
Generalnie warto zapamiętać – reakcja metali z kwasem azotowym zwykle towarzyszy redukcja azotu ze stopnia
do niższego – jest to spotykane częściej niż redukcja wodoru do
. Zasada jest mniej więcej taka, że im bardziej aktywny metal (tj. wyższe położenie w szeregu elektrochemicznych, a inaczej mówiąc – bardziej ujemna wartość potencjału standardowego
) oraz im mniej stężony kwas, tym bardziej prawdopodobne powstawanie produktów azotowych o niższym stopniu utlenienia. Podsumujmy :
aktywność metalu
=
stopień utlenienia azotu w produktach.
Rozpatrzmy reakcję czterech metali z kwasem azotowym. Będą to . Potencjały wynoszą odpowiednio :
Czyli mamy te metale uszeregowane od największej wartości potencjału standardowego (czyli najniższej pozycji w szeregu elektrochemicznym).
st = stężony ; roz = rozcieńczony
Czyli zobaczmy : aktywność miedzi jest niska – to już sugeruje produkty azotowe o wyższym stopniu utlenienia. Gdy weźmiemy dodatkowo pod uwagę stężenie kwasu azotowego, widzimy, że ponownie się zgadza – gdy wzrasta jego stężenie, to rośnie stopień utlenienia produktu azotowego.
ołów nie rozpuszcza się w stężonym kwasie azotowym.
Tutaj już troszkę inaczej. Stężony azotowy daje nam NO, natomiast rozcieńczony daje nam azot, więc ten stopień utlenienia się zmniejszył (co jest zgodnie z zależnością o steżeniu kwasu azotowego). Odpowiadające produkty azotowe są jednak wyjściowo na niższym stopniu utlenienia co ma sens, ponieważ aktywność Manganu jest większa niż miedzi czy ołowiu.
Ponownie wszystko nabiera sensu. Magnez jest tutaj najbardziej aktywnym metalem i z tego względu spodziewamy się produktów azotowych o najmniejszych stopniach utlenienia i tak rzeczywiście jest. Również zachowana jest zależność pomiędzy stężeniem kwasu azotowego – przy bardziej stężonym powstaje gdzie azot ma wyższy stopień utlenienia niż w
.
*oczywiście to są takie uproszczone schematy, których nie możecie się kurczowo trzymać. Co stoi na przeszkodzie, żeby w reakcji np. z magnezem nie powstawała mieszanina gazów powiedzmy :
Obstawiam, że to najdziwniejszy bilans reakcji jaki w życiu widzieliście 🙂
Zastanawialiście się, skąd się biorą reakcje w których wydajność jest mniejsza niż 100% ? Chociażby stąd, że powstają jeszcze inne produkty. Albo dany produkt przekształca się w inny (chociażby w najmniejszym nawet stopniu konwersja na powietrzu ) . I niestety w reakcji nitrowania metali jest to po prostu trudniejsze do przewidzenia.
Nie martwcie się, na Olimpiadzie są zazwyczaj normalne przypadki, które najczęściej sprowadzają się do zależności :
- stężony kwas
prawdopodobnie powstanie
- rozcieńczony kwas
prawdopodobnie powstanie
- wyższa temperatura reakcji
prawdopodobnie powstanie
- dokładniejsze opisy powstających produktów
prawdopodobnie nakierowywują Was na niekonwencjonalne produkty/lub przynajmniej trzeba zachować większą czujność i je rozważyć jako jedną z możliwości.
Warto jeszcze popatrzeć na reakcje kwasu azotowego z niemetalami – tych się nauczcie na blachę – to znaczy najlepiej zapisać sobie te kilka reakcji na przylepnej karteczce i przykleić ją nad biurkiem i po prostu na to patrzeć. Warto jeszcze zrobić fiszki – z jedne strony metal + kwas, a na odwrocie produkty i zbilansowana reakcja :
3C + 4HNO3(roz) → 3CO2 + 4NO + 2H2O
C + 4HNO3 (st) → CO2 + 4NO2 + 2H2O
*oczywiście można zapisać
*analogicznie można zapisać jako
It is definitely true that the fundamental enabling technology for electric cars is lithium-ion as a cell chemistry technology. In the absence of that, I don’t think it’s possible to make an electric car that is competitive with a gasoline car. – Elon Musk
Super że zrobiłeś ten post i udało się rozjaśnić te reakcje 🙂
No właśnie jak sam się przygotowywałem to miałem mega problem z tymi reakcjami, bo odnosiłem wrażenie, że za każdym razem powstaje coś innego, dlatego chciałem to dla Was jakoś pozbierać w jedną całość 🙂
super pozbierane, bardzo przyjemnie się czyta, kolejny post który pozwoli się świetnie przygotować 🙂
Czy mógłbyś powiedzieć coś na temat reakcji żelaza z kwasami, tzn, jakiego stopnia utlenienia żelaza możemy się spodziewać w produkcie?
co znaczy „rozmiar metalu” ???