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氢的同位素及活泼性顺序


化学家 / 2018-06-04

    用一种叫做质谱仪的仪器(参看第30章图30-1)能够证明氢是由三种同位素组成的。它们是普通氢或氕H;重氢或氘H和

氘。在氢的样品中每有5000个普通氢原子オ有一个氘原子,而每有107个普通氢原子オ有一个氘原子。氢的不同形式同位素

的化学性质基本上是相同的,因为它们具有相同的电子结构。不过它们原子质量的不同引起了它们物理性质上的差异。氘和氘比普通氢具有较低的蒸气压。因此,蒸发液态氢时较重同位素浓集在最后馏分中。

    氘的重要性在于它同原子反应堆中的重水有关),而氘则和核聚变反应有关。

    我们注意到某些金属例如钠和钾易于同冷水作用置换氢并生成金属氢氧化物。也还曾经指出某些其他金属,例如镁和铁仅在加热时オ同水起作用。钠和钾同酸的反应要比镁和铁的反应剧烈得多。根据这种实验观察可以把金属按照它们的化学活泼性次序排列起来,从而建立起一种活泼性顺序或电动顺序

    钾是最活泼的常见金属,因此在顺序中占首位。顺序中每个后续的金属活泼性就较低一些,而在金属中最不活泼的金属则出现在顺序的底部。原则上,活泼性顺序中的任何一种金属都将从可溶性化合物(包含筒单离子的化合物)的稀水溶液中把顺序中低于它的任何其他元素置换出来。举例来说,顺序中在氢上面的任何金属属能从酸的水溶液中放出氢。在氢下面的金属不能从水或酸的水溶液中置换氢。另一个例子是用铁可以从铜(I)盐的水溶液中置换铜(图9-6)。应当注意的是当金属以稳定络离子(第32章)的组成部分而存在时,活泼性顺序的原理有时不能应用。

FE+[CU2++(SO24-)硫酸铜(II)]→[FE2++(SO24-)硫酸铁(II)]+CU

或                                      FE+CU2+→FE2+CU

方程式中在铜的符号下面划一条线(Cu)表示在反应过程中铜是以固体形式生成的。同样,银能被铜所置换(图9-7),而金则被银所置换。

在顺序中自上而下金属活泼性的递降可以从这些金属在溶液中生成正离子倾向的递降而得到反映。例如铜失去电子的倾向比

锌小,所以铜在溶液中形成阳离子的倾向也比锌小。

Zn→ZN2++2e-

Cu→cu2++2e-

在顺序中自上而下依次各金属对氧、硫以及卤素的反应活泼性越来越小。所形成的化合物的生成热以及稳定性也以相同顺序

递减。因此很显然,活泼性顺序是很有用的,因为它指出了一种给定的金属同水、酸、其他金属的盐、氧、硫以及卤(氟、氯、溴和碘)发生反应的可能性;此外,它还对所形成化合物的稳定性提供了某些启示。不过应该注意,元素在活泼性顺序中所占的位置多少决定于考察活泼性时的条件。根据水溶液中离子性质而决定的金属活泼性顺序同在高温无溶剂条件下依金属活泼性次序而决定的顺序稍有区别。表9-1中所示的顺序不能应用于非水溶剂中的反应(如在熔融盐中),也不能应用于形成稳定络离子的情况中,除非在一般的情况下。

 

 


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