Propiedades químicas de los metales
En el Malecón de La Habana, las verjas de hierro se llenan de moho en pocos años, mientras que una puerta de aluminio al lado casi no cambia. ¿Qué metal es más reactivo? ¿Por qué el más reactivo parece resistir mejor? Para responder, primero hay que saber cómo reaccionan los metales y cómo se compara su reactividad.
Los metales se oxidan: cedén electrones
Todos los metales tienen una tendencia común: ceden electrones y forman cationes. Al ceder electrones, su estado de oxidación aumenta: el metal se oxida y actúa como agente reductor.
$$\ce{M -> M^{n+} + n e-}$$La especie que capta esos electrones se reduce y es el agente oxidante (el $\ce{O2}$, el $\ce{H+}$ de un ácido, un catión de otro metal).
Los metales no ceden electrones con la misma facilidad. Los del grupo 1 lo hacen casi sin esfuerzo; el oro, la plata o el platino, muy poco. A esa mayor o menor tendencia la llamamos reactividad.
Nomenclatura de Stock con números romanos
Muchos metales tienen más de un estado de oxidación. Para distinguirlos, el nombre del compuesto lleva entre paréntesis, en números romanos, el estado de oxidación del metal: $\ce{FeO}$ es óxido de hierro(II), porque el Fe es $+2$; $\ce{Fe2O3}$ es óxido de hierro(III), porque el Fe es $+3$. Del mismo modo, $\ce{FeSO4}$ es sulfato de hierro(II) y $\ce{CuSO4}$ es sulfato de cobre(II).
Escribe la ecuación química balanceada de la reacción del magnesio con el dioxígeno para formar óxido de magnesio. Indica el estado de oxidación del magnesio en el…
Escribe la ecuación química balanceada de la reacción del magnesio con el dioxígeno para formar óxido de magnesio. Indica el estado de oxidación del magnesio en el producto y señala si el magnesio se oxida o se reduce en el proceso.
La serie de actividad de los metales
Si ordenamos los metales de mayor a menor facilidad para oxidarse, obtenemos la serie de actividad. El hidrógeno se incluye como referencia.
Cómo leerla:
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Un metal desplaza de una disolución a los que están a su derecha.
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Los metales a la izquierda del H desplazan al hidrógeno de los ácidos diluidos.
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Los que están a la derecha del H (Cu, Ag, Au) no reaccionan con ácidos diluidos como el clorhídrico.
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Cuanto más a la izquierda, más rápida es la reacción.
Observa los siguientes metales: $Na$, $Cu$, $Zn$, $Au$ y $Al$. Ordénalos de mayor a menor reactividad química según la serie de actividad de los metales e indica cuál de…
Observa los siguientes metales: $Na$, $Cu$, $Zn$, $Au$ y $Al$. Ordénalos de mayor a menor reactividad química según la serie de actividad de los metales e indica cuál de ellos es el menos reactivo.
Reacción con el agua
La reacción con el agua depende de la reactividad:
| Metales | Con el agua |
|---|---|
| K, Na, Ca | Reaccionan a temperatura ambiente, formando hidróxido e hidrógeno |
| Mg, Al, Zn, Fe | Casi nada en frío; con vapor de agua y calentando forman óxido e hidrógeno |
| Cu, Ag, Au | No reaccionan |
Con los metales alcalinos y el calcio:
$$\ce{2Na(s) + 2H2O(l) -> 2NaOH(ac) + H2(g)}$$ $$\ce{Ca(s) + 2H2O(l) -> Ca(OH)2(ac) + H2(g)}$$El sodio se mueve sobre el agua, se funde por el calor desprendido y puede arder. La disolución resultante es básica: con fenolftaleína se vuelve roja.
Aquí el metal se oxida ($\ce{Na}$: $0 \to +1$) y el hidrógeno del agua se reduce ($+1 \to 0$).
Un grupo de estudiantes coloca por separado un trozo de sodio, uno de calcio y uno de cobre en tres vasos con agua. Predice qué ocurrirá en cada vaso. Escribe las…
Un grupo de estudiantes coloca por separado un trozo de sodio, uno de calcio y uno de cobre en tres vasos con agua. Predice qué ocurrirá en cada vaso. Escribe las ecuaciones de las reacciones que tengan lugar y explica por qué en uno de los vasos no se observa cambio alguno.
Reacción con los ácidos
Los metales situados antes del hidrógeno reaccionan con los ácidos diluidos (clorhídrico, sulfúrico) y forman una sal y dihidrógeno:
$$\ce{Metal + acido -> sal + H2}$$El ion $\ce{H+}$ del ácido es el agente oxidante: se reduce a $\ce{H2}$.
Para comparar metales, se echa la misma cantidad de cada uno en tubos con el mismo ácido y se observa el desprendimiento de burbujas. El magnesio burbujea con rapidez; el hierro, despacio; la plata, nada.
Completa y balancea la ecuación de la reacción del zinc con el ácido clorhídrico: $Zn + HCl \rightarrow$ Nombra los dos productos que se forman e indica cuál de ellos es…
Completa y balancea la ecuación de la reacción del zinc con el ácido clorhídrico:
$Zn + HCl \rightarrow$
Nombra los dos productos que se forman e indica cuál de ellos es un gas.
Alejandro tiene tres tubos de ensayo con ácido clorhídrico diluido. En el primero echa una granalla de magnesio, en el segundo una de hierro y en el tercero una de…
Alejandro tiene tres tubos de ensayo con ácido clorhídrico diluido. En el primero echa una granalla de magnesio, en el segundo una de hierro y en el tercero una de plata. Completa y balancea las ecuaciones que correspondan, indica en cuál tubo no hay reacción y ordena los tres metales según la rapidez con que esperas que desprendan gas.
Reacción con disoluciones de sales: desplazamiento
Un metal más activo desplaza a otro menos activo de la disolución de sus sales:
$$\ce{M_1 + sal de M_2 -> sal de M_1 + M_2}$$Es una reacción redox: el metal que entra cede electrones (se oxida) y el catión de la disolución los capta (se reduce y se deposita como metal).
Daniela introduce una lámina de hierro en una disolución de sulfato de cobre(II) y observa que, pasado un tiempo, la lámina se cubre de una capa rojiza y la disolución…
Daniela introduce una lámina de hierro en una disolución de sulfato de cobre(II) y observa que, pasado un tiempo, la lámina se cubre de una capa rojiza y la disolución pierde poco a poco su color azul. Escribe la ecuación de la reacción, explica el cambio observado a partir de la serie de actividad e identifica la especie que se oxida y la que se reduce.
Una cuchara de aluminio se sumerge en una disolución de nitrato de plata y, en otro vaso, una cuchara de plata se sumerge en una disolución de nitrato de aluminio.…
Una cuchara de aluminio se sumerge en una disolución de nitrato de plata y, en otro vaso, una cuchara de plata se sumerge en una disolución de nitrato de aluminio. Analiza ambos casos: predice si hay reacción, escribe la ecuación iónica neta cuando corresponda y justifica con la serie de actividad. Explica además qué cambios observarías en la superficie de la cuchara y en la disolución del primer vaso.
Reactividad y corrosión: el caso del aluminio
Volvamos al Malecón. El aluminio está por encima del hierro en la serie, así que debería oxidarse más fácil. ¿Por qué no se «come» el aluminio?
El aluminio sí reacciona con el oxígeno del aire, y de inmediato:
$$\ce{4Al(s) + 3O2(g) -> 2Al2O3(s)}$$Pero el óxido de aluminio forma una capa fina, dura y compacta que se adhiere al metal y lo aísla del aire y del agua. Este fenómeno se llama pasivación.
El óxido del hierro (el moho) es poroso y escamoso: se desprende y deja el metal desnudo, de modo que la oxidación continúa hacia el interior.
La sal marina empeora la corrosión del hierro porque aumenta la conductividad del agua y acelera el proceso.
Dos formas de proteger una verja de hierro:
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Recubrimiento: pintura anticorrosiva, o galvanizado (capa de zinc).
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Ánodo de sacrificio: unir al hierro un metal más reactivo (Zn o Mg), que se oxida en su lugar.
El hierro de una verja del Malecón se oxida con rapidez por la acción del dioxígeno, la humedad y la sal marina, mientras que una pieza de aluminio expuesta al mismo…
El hierro de una verja del Malecón se oxida con rapidez por la acción del dioxígeno, la humedad y la sal marina, mientras que una pieza de aluminio expuesta al mismo ambiente se conserva mejor a pesar de que el aluminio es más reactivo que el hierro. Escribe la ecuación de la oxidación del aluminio con el dioxígeno, y argumenta por qué ambos comportamientos no se contradicen con la serie de actividad. Propón dos formas de proteger la verja de hierro.
Resumen
Vuelve al principio: el aluminio es más reactivo que el hierro, pero su capa de óxido lo protege; la verja de hierro se corroe porque el moho no protege y la sal marina acelera el proceso.