금속의 반응성 순위

금속의 반응성 순위

금속의 반응성 순위

 

일반적으로 금속의 반응성 순위는 산 수용액에서 수소를 발생시킬 수 있는 능력으로 그 순서를 매깁니다. 수소의 발생 여부를 기준으로 한 경험적 데이터를 기반으로 순위를 매겼는데, 이 순서를 이용하면 이중 치환반응이 일어나는 수용액에서 어떤 금속이 다른 금속을 치환할 수 있는지 또는 여러 금속이 포함된 광물에서 특정 금속을 추출할 수 있는지를 예측할 수 있습니다.

금속의 반응성 순서표

 

 세슘(Cs) - 찬물과 반응

 (프랑슘, Fr)

 루비듐(Rb) - 찬물과 반응

 칼륨(K) - 찬물과 반응

 나트륨(Na) - 찬물과 반응

 리튬(Li) - 찬물과 반응

 바륨(Ba) - 찬물과 반응

 라듐(Ra) - 찬물과 반응

 스트론튬(Sr) - 찬물과 반응

 칼슘(Ca) - 찬물과 반응

 마그네슘(Mg)  - 찬물과 느리게 반응

 베릴륨(Be) - 산과 수증기에 반응

 알루미늄(Al) - 산과 수증기에 반응

 티타늄(Ti) - 응축된 무기산과 반응

 망간(Mn) - 산과 반응

 아연(Zn) - 산과 반응

 크롬(Cr) - 산과 반응

 철(Fe) - 산과 반응

 카드뮴(Cd) - 산과 반응

 코발트(Co) - 산과 반응

 니켈(Ni) - 산과 반응

 주석(Sn) - 산과 반응

 납(Pb) - 산과 반응

 안티몬(Sb) - 산화성 산과 반응

 비스무트(Bi) 산화성 산과 반응

 구리(Cu) - 공기와 느리게 반응

 텅스텐(W) - 강한 산화성 산과 반응

 수은(Hg) - 강한 산화성 산과 반응

 은(Ag) - 강한 산화성 산과 반응

 금(Au) - 강한 산화성 산과 반응

 백금(Pt) - 강한 산화성 산과 반응

 

일반적으로, 알칼리 금속이 가장 반응성이 높으며,이어서 알칼리 토금속 및 전이 금속 순서대로 반응성이 높습니다. 소위 말하는 귀금속 (은, 백금, 금)은 반응성이 낮은 것을 알 수 있습니다. 알칼리 금속과 바륨, 라듐, 스트론튬 및 칼슘은 차가운 물에서도 빠르게 반응하는 금속입니다. 마그네슘은 차가운 물과 느리게 반응하지만 뜨거운 물이나 산과는 빠르게 반응하며 베릴륨과 알루미늄은 뜨거운 수증기 또는 산과 반응합니다.

 

티타늄은 고농도의 무기산과 반응하는데, 대부분의 전이금속은 산과 반응하지만 물 또는 증기와 반응하지는 않습니다. 반응성이 낮은 귀금속들은 일반적인 산에 반응을 하지는 않지만 왕수와 같은 강력한 산화성 산과는 반응을 합니다.

 

금속의 반응성 비교에 사용되는 화학반응

 

금속의 반응성을 테스트하고 비교하기 위해서는 물과의 반응, 산과의 반응 및 단일 치환반응이 이용됩니다. 반응성이 높은 금속은 물과 반응하여 수소 기체를 생성하며 금속 수산화물로 변화합니다. 이보다 반응성이 낮은 금속들은 산과 반응하여 역시 수소 기체와 금속염을 생성합니다.

 

단일 치환반응의 모식도

 

금속의 반응성을 직접적인 비교를 위해서는 단일 치환반응을 이용합니다. 이러한 치환반응은 반응성이 낮은 금속끼리의 비교에 유용합니다. 예를 들어, 철이 황산구리 용액과 반응을 하면, 철은 황산철(II)로 변화하고, 금속 구리는 철 위에 형성됩니다. 즉, 철은 구리를 환원시키고 자기 자신은 산화됩니다.

 

반응성 순위 vs 표준전극전위

 

금속의 반응성 순위는 표준전극전위(Standard Electrode Potential)의 순서와 비교해볼 수 있습니다. 표준전극전위의 순서는 기체 상태의 원소 이온화 에너지의 역순과 동일하며 아래와 같습니다.

 

리튬 (Li)

세슘 (Cs)

루비듐 (Rb)

칼륨 (K)

바륨 (Ba)

스트론튬 (Sr)

나트륨 (Na)

칼슘 (Ca)

마그네슘 (Mg)

베릴륨 (Be)

알루미늄 (Al)

망간 (Mn)

아연 (Zn)

크롬 (Cr)

철 (Fe)

카드뮴 (Cd)

코발트 (Co)

니켈 (Ni)

주석 (Sn)

납 (Pb)

수소 (H)

구리 (Cu)

철 (Fe)

수은 (Hg)

은 (Ag)

팔라듐 (Pd)

이리듐 (Ir)

백금 (Pt)

금 (Au)

 

표준전위전극의 순서와 화학반응성 순서의 가장 큰 차이점은 나트륨과 리튬의 위치입니다. 표준전극적위를 이용해 화학적 반응성을 예측할 때의 장점은 이 데이터가 정성적인 것이 아니라 정량적인 측정 결과라는 것입니다. 이에 반해 화학적 반응성의 순서는 반응의 세기를 질적으로 나타낸 척도입니다. 표준전극전위의 경우 말 그대로 표준조건의 수용액 상태에서만 적용이 가능하다는 것이 단점입니다. 대체로 실제의 화학 반응 조건에서는 칼륨> 나트륨> 리튬> 알칼리토금속 순서로 반응성 경향이 나타납니다.

 

가장 반응성이 높은 금속은?