Źródłem informacji, dotyczących aktywności metali, jest szereg elektrochemiczny metali. Metale aktywne charakteryzują się ujemną wartością potencjału elektrochemicznego i znajdują się „nad” wodorem w szeregu elektrochemicznym pierwiastkówszereg elektrochemiczny pierwiastkówszeregu elektrochemicznym pierwiastków (szeregu aktywności metali). Natomiast metale szlachetne posiadają dodatnią wartość potencjału elektrochemicznego i w szeregu elektrochemicznym umieszczone są „pod” wodorem.

Indeks dolny Źródło: Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010; Sawicka J., Janich‑Kilian A., Cejner‑Mania W., Urbańczyk G., Tablice chemiczne, Gdańsk 2001. Indeks dolny koniec_{Źródło: Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010; Sawicka J., Janich‑Kilian A., Cejner‑Mania W., Urbańczyk G., Tablice chemiczne, Gdańsk 2001.}

Kwasy również możemy podzielić, biorąc pod uwagę ich reaktywność z metalami. Wyróżniamy dwie grupy:

• kwasy o słabych właściwościach utleniającychkwasy o słabych właściwościach utleniającychkwasy o słabych właściwościach utleniających;

• kwasy o silnych właściwościach utleniającychkwasy o silnych właściwościach utleniającychkwasy o silnych właściwościach utleniających.

Prawie każdy metal może być roztworzony przez kwas lub mieszaninę kwasów. Reakcje jednak przebiegają według różnych schematów. Istnieje również wiele wyjątków i reakcji charakterystycznych tylko dla danego kwasu lub tylko dla danego metalu.

Do grupy kwasów o słabych właściwościach utleniających należy większość kwasów, np. ${\text{HCl}}_{\left(\text{aq}\right)}$, ${\text{HBr}}_{\left(\text{aq}\right)}$, ${\text{H}}_3{\text{PO}}_4$, ${\text{H}}_3{\text{BO}}_3$ oraz wszystkie kwasy uznawane jako słabe lub nietrwałe, np. ${\text{HNO}}_2$, ${\text{H}}_2{\text{SO}}_3$, ${\text{H}}_2{\text{CO}}_3$.

Kwasy o słabych właściwościach utleniających reagują wyłącznie z metalami o ujemnej wartości potencjału elektrochemicznego, nie reagują natomiast z metalami szlachetnymi, zgodnie z poniższymi schematami równań reakcji:

Reakcjom kwasów o słabych właściwościach utleniających z metalami o ujemnej wartości potencjału elektrochemicznego z metalami aktywnymi, towarzyszy zatem wydzielanie wodoru, np.:

Metale o ujemnej wartości potencjału wypierają wodór z roztworów kwasów.

Do najbardziej znanych i najczęściej stosowanych kwasów o silnych właściwościach utleniających należą: ${\text{H}}_2{{\text{SO}}_4}_{\left(\text{stęż}.\right)}$, ${\text{HNO}}_{3\left(\text{rozc}.\right)}$ oraz ${\text{HNO}}_{3\left(\text{stęż}.\right)}$. Poza tymi kwasami, właściwościami silnie utleniającymi charakteryzują się również ${\text{HMnO}}_4$ oraz ${\text{H}}_2{\text{CrO}}_4$, jak również wszystkie tlenowe kwasy chlorowców, np.: ${\text{HIO}}_4$, ${\text{HClO}}_4$, ${\text{HBrO}}_3$.

Podczas reakcji kwasów o silnych właściwościach utleniających, zarówno z metalami aktywnymi, jak i szlachetnymi, nie zostaje wyparty wodór, lecz w produktach, obok soli, powstają często tlenki. W reakcjach tych mogą powstawać dodatkowo inne produkty redukcji kwasów o silnych właściwościach utleniających, charakterystyczne dla danej reakcji prowadzonej w odpowiednich warunkach.

Poniżej przedstawiono charakterystyczne reakcje typowych kwasów o silnych właściwościach utleniających z metalami aktywnymi oraz szlachetnymi.

Reakcje stężonego kwasu siarkowego($\text{VI}$), zarówno z metalami aktywnymi, jak i metalami szlachetnymi, zachodzą w podobny sposób i prowadzą do otrzymania soli metalu i reszty kwasowej kwasu utleniającego, tlenku ${\text{SO}}_2$ oraz wody, zgodnie z poniższymi równaniami reakcji:

Tlenek siarki($\text{IV}$) jest bezbarwnym gazem o charakterystycznym ostrym, duszącym zapachu, będący produktem redukcji stężonego kwasu siarkowego($\text{VI}$).

Pamiętaj, że rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego($\text{VI}$) nie charakteryzuje się silnymi właściwościami utleniającymi, dlatego metale o dodatniej wartości potencjału elektrochemicznego są odporne na jego działanie.

Produkty reakcji kwasu azotowego($\text{V}$) zależą od stężenia kwasu oraz aktywności metalu, a także od warunków reakcji, np. temperatury.

Podczas reakcji rozcieńczonego kwasu azotowego($\text{V}$) z metalami szlachetnymi następuje ich roztworzenie, wydziela się bezbarwny, bezwonny gaz – $\text{NO}$. Jest to produkt redukcji kwasu azotowego($\text{V}$).

Wydzielający się tlenek azotu($\text{II}$) po pewnym czasie utlenia się na powietrzu do tlenku azotu($\text{IV}$), co obserwuje się jako brunatnienie gazu.

Podczas reakcji stężonego kwasu azotowego($\text{V}$) z metalami szlachetnymi następuje ich intensywne roztworzenie i wydziela się brunatny gaz (${\text{NO}}_2$) jako produkt redukcji kwasu azotowego($\text{V}$).

Należy pamiętać, że oprócz tlenku azotu($\text{II}$) oraz tlenku azotu($\text{IV}$) w reakcjach kwasu azotowego($\text{V}$) z metalami, mogą powstać różne inne produkty redukcji tego kwasu, np. ${\text{N}}_2\text{O}$, ${\text{N}}_2$ czy ${\text{NH}}_4{\text{NO}}_3$. Produkty te zależą od stężenia kwasu oraz rodzaju metalu, z którym reaguje. Dlatego nie można w sposób schematyczny zapisywać wszystkich reakcji metali z kwasem azotowym($\text{V}$). Zauważyć można jednak zależność, że im mniej stężony kwas oraz im bardziej aktywny metal, tym produkty azotowe występują na niższych stopniach utlenienia.

Przykładowo, w powyższych równaniach reakcji $\text{Cu}$ z ${\text{HNO}}_3$ powstają produkty azotowe na wyższych stopniach utlenienia azotu ($\text{II}$ oraz $\text{IV}$), ponieważ miedź nie należy do metali aktywnych. Wartość jego potencjału standardowego jest stosunkowo wysoka i wynosi $+\mathrm{0,34} \mathrm{V}$. Należy zauważyć, że jednocześnie dla kwasu bardziej stężonego powstaje tlenek na wyższym stopniu utlenienia (${\text{NO}}_2$), a dla kwasu mniej stężonego – na niższym stopniu utlenienia ($\text{NO}$).

W przypadku metali aktywnych, np. $\text{Mg}$ o wartości potencjału standardowego równego $-\mathrm{2,36} \text{V}$, reakcje przebiegają odmiennie. Magnez jest silnym reduktorem powodującym redukcję reszty kwasowej ${\text{NO}}_3^{-}$ do kationu amonu ${\text{NH}}_4^{+}$, w którym azot przyjmuje najniższy stopień utlenienia, czyli $-\text{III}$.

Taka sytuacja ma miejsce tylko w przypadku rozcieńczonego kwasu azotowego($\text{V}$). Jeżeli reagować będzie stężony kwas azotowy($\text{V}$), to produktem jego redukcji, za pomocą magnezu, będzie tlenek azotu($\text{I}$), zgodnie z poniższym równaniem reakcji:

Jeszcze inna reakcja zachodzi w przypadku $\text{Mn}$ o wartości potencjału równej $-\mathrm{1,18} \text{V}$. Możliwe jest powstanie wolnego azotu w przypadku reakcji z rozcieńczonym kwasem azotowym($\text{V}$), zgodnie z poniższym równaniem reakcji:

Podsumowując, w reakcjach następujących kwasów utleniających:

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy Chemii nieorganicznej 2, Warszawa 2010.

Dudek K., Płotek M., Elektrochemia. Repetytorium maturzysty, Kraków 2013.

Pac B., Zegar A., Podstawy klasyfikacji związków nieorganicznych w teorii i zadaniach, Kraków 2020.

Pac B., Zegar A., Reakcje w roztworach wodnych w teorii i zadaniach, Kraków 2020.