פעילות יחסית של מתכות


פעילות יחסית של מתכות

פעילות יחסית של מתכות

בשיעור הזה נתמקד בתגובות חמצון-חיזור שמתרחשות בין מתכות ליוני מתכות אחרות.
התרחשותן של תגובות חמצון-חיזור תלויה בהיבטים אנרגטיים, שבהם לא נדון כעת, אבל גם במרכיבים המשתתפים בתהליך. כפי שלמדנו כבר, כדי שתתרחש תגובת חמצון-חיזור, יש צורך בחומר מחמצן ובחומר מחזר כלומר חומר שימסור אלקטרונים וחומר שיקבל אלקטרונים.

בשיעור הזה נתמקד בתגובות המתרחשות בין מתכות ליוני מתכות אחרות.

מתכות הנמצאות בדרגת חמצון 0, שהיא דרגת החמצון המינימלית של כל המתכות, יכולות לשמש בתגובות חמצון-חיזור אך ורק כחומר מחזר כלומר כחומר שיכול למסור אלקטרונים. הן אינן יכולות לקבל אלקטרונים. לעומתן, יוני המתכות, הנמצאים בדרגת חמצון מקסימלית או בדרגת חמצון ביניים, יכולים לשמש כחומר מחמצן כלומר לקבל אלקטרונים.

לא בכל של ערבוב מתכת ויוני מתכת אחרת, תתרחש תגובת חמצון-חיזור ביניהם.

כדי שתתרחש תגובת חמצון-חיזור בין מתכת ליוני מתכת אחרת, המתכת שנמצאת בדרגת חמצון 0 צריכה להיות מחזרת טובה מאד, כלומר טובה יותר מהמתכת השנייה, שהיונים שלה משתתפים בתהליך. היא צריכה לוותר בקלות רבה יותר על האלקטרונים שלה ולהעביר אותם ליונים של המתכת השנייה.
מתכת שמוותרת בקלות רבה יותר על האלקטרונים שלה, נחשבת למחזרת טובה יותר. היא בכושר יחסי טוב יותר (יכולת טובה יותר) לעבור תהליך חמצון או לחלופין היא בעלת כושר יחסי טוב יותר (יכולת טובה יותר) לחזר כלומר לגרום לחלקיק אחר לעבור חיזור.

לעומת המתכות, המצויות בדרגת חמצון 0 ומשום כך יכולות לשמש רק כמחזרות, כי זו דרגת החמצון הנמוכה ביותר שלהם), יוני המתכת יכולים לשמש כמחמצנים.
ככל שיוני המתכת נוטים לקבל אלקטרונים טוב יותר, הם מחמצנים טובים יותר כלומר, הם בעלי כושר יחסי טוב יותר (יכולת טובה יותר) לעבור תהליך חיזור. לחלופין, ליוני המתכת כושר יחסי טוב יותר (יכולת טובה יותר) לחמצן כלומר לגרום לחלקיק אחר לעבור חמצון.

נתבונן בדוגמה הבאה:

מוט נחושת במבחנה

תמונה 1

אם ניקח מוט נחושת Cu(s) ונכניס אותו לתמיסה של AgNO3(aq) המכילה יוני כסף Ag+(aq) ויונים חנקתיים NO3¯(aq), נראה את הדבר הבא:

מוט נחושת בתמיסה של AgNO3

תמונה 2

לאחר זמן מה, נראה כתמים כסופים על מוט הנחושת.

כתמים כסופים על מוט הנחושת

תמונה 3

 

בשלב הבא מוט הנחושת הולך ומצטפה במתכת הכסף (Ag(s)) והתמיסה שהייתה שקופה (כמו בתמונה 2), מקבלת גוון כחלחל, סימן שיכול להצביע על קיומם של יוני נחושת (Cu2+(aq)).

מוט הנחושת הולך ונהיה מצופה במתכת הכסף

תמונה 4

מוט הנחושת קרוע ומצופה כולו בכסף

תמונה 5

במשך הזמן מוט הנחושת מצטפה בכמות הולכת וגדלה של כסף. בתמונה 5 שימו לב שרק החלק שהיה טבול בתמיסה הצטפה. במקרה זה גם נקרע מוט הנחושת.

אז מה קרה בניסוי ומה נוכל להסיק מכך?

בתהליך התרחשה תגובת חמצון-חיזור בין יוני הכסף (Ag+(aq)) בתמיסה לבין הנחושת המוצקה Cu(s).
היונים החנקתיים בתמיסה (NO3¯(aq)) הם יונים משקיפים שאינם משתתפים בתהליך.

בתהליך הנחושת המוצקה (Cu(s)) מגיבה, כאמור, עם יוני הכסף (Ag+(aq)).
יוני הכסף עוברים תגובת חיזור והופכים לכסף מוצק (Ag(s)), הם מקבלים אלקטרון מאטומי הנחושת שבמוט השקוע בתמיסה ולכן הם מצפים את המוט הנראה נוצץ (תמונות 3,4,5).
התמיסה, שנצבעת בצבע הכחלחל, מעידה, כאמור, על הימצאות יוני נחושת בתוכה. פירושו של דבר שחלק מאטומי הנחושת המוצקה במוט הנחושת הופכים ליוני נחושת ממוימים (Cu2+(aq)).

ננסח את התהליך באופן הבא (התהליך כבר מאוזן):

2Ag+(aq) + Cu(s)   →   Cu2+(aq) + 2Ag(s)

יוני הכסף עברו תהליך חיזור ואילו הנחושת (המוצקה) עברה תהליך חמצון.
נוכל להסיק במקרה זה שהנחושת (Cu(s)) היא מחזרת טובה יותר (בעלת יכולת טובה יותר לחזר/כושר טוב יותר לחזר) בהשוואה לכסף (Ag(s)). אפשר לומר גם שכושרה היחסי של מתכת הכסף לחזר נמוך מזה של מתכת הנחושת.

שימו ♥ שאנו משווים את הנחושת והכסף במצב צבירה מוצק ובדרגת חמצון 0, על-פי יכולתם לעבור את תהליך החמצון. 

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן