I metalli, noti per la loro attività reattiva, mostrano comportamenti peculiari quando interagiscono con l’ossigeno e l’acqua, manifestando reazioni di una certo vigore. La propensione di un metallo a sottoporsi a tali reazioni è indicata dal valore della sua energia di ionizzazione.
Misurare la Reattività dei Metalli
La posizione dei metalli reattivi si trova nella parte sinistra della Tavola Periodica, con un incremento progressivo della reattività muovendosi dall’alto verso il basso lungo un gruppo. Gli elementi appartenenti al blocco s si distinguono per la loro ridotta energia di ionizzazione, suggerendo una maggiore facilità nel perdere elettroni e, di conseguenza, un incremento nella reattività. Partendo da questo presupposto, i metalli situati nelle parti inferiori dei gruppi tendono ad essere maggiormente reattivi rispetto a quelli collocati più in alto nella Tavola Periodica. Ad esempio, il cesio presenta una reattività estrema, tanto da richiedere precauzioni speciali durante la conservazione, lontano da esposizioni all’aria e all’acqua.
Reattività con l’Ossigeno
Analizzando le reazioni dei metalli con l’ossigeno, il litio si combina con questo elemento per formare ossido di litio, secondo la reazione:
4 Li(s) + O2(g) → 2 Li2O(s)
A differenza del litio, il sodio in condizioni standard non forma direttamente l’ossido, ma genera perossido di sodio attraverso la reazione:
2 Na(s) + O2(g) → Na2O2(s)
Questa differenza di comportamento nel sodio può essere spiegata dal suo elevato livello di reattività, che esaurisce l’elemento prima del completamento della reazione con l’ossigeno necessario a produrre Na2O. Se il sodio è in eccesso rispetto all’ossigeno, però, si genera l’ossido di sodio:
4 Na(s) + O2(g) → 2 Na2O(s)
Discendendo il gruppo dei metalli alcalini, le reazioni tra il potassio, il rubidio e il cesio con l’ossigeno avvengono a tal punto velocemente che formano i superossidi, come illustrato dal potassio:
K(s) + O2(g) → KO2(s)
Interazione dei Metalli con l’Acqua
L’esperimento di introdurre litio, sodio e potassio nell’acqua dimostra pragmaticamente la reattività variabile di questi metalli; il litio reagisce con una certa lentezza, il sodio accelera il processo, mentre il potassio reagisce con intensità notevole.
Focalizzando l’attenzione sul sodio, il cui potenziale standard di riduzione è –2.71 V, si trasforma in ione Na+ con la seguente semireazione:
Na → Na+ + e– E° = +2.71 V
Questo metallo possiede proprietà riducenti che favoriscono la produzione di idrogeno gassoso a partire dagli elementi idrogeno presenti nell’acqua:
2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH– E° = -0.83 V
La reazione totale risulta quindi:
2 Na + 2 H2O → 2 Na+ + 2 OH– + H2(g) con un potenziale E° = 2.71 – 0.83 = +1.88 V
A seguito di una reazione altamente esotermica, il sodio, più leggero dell’acqua e quindi galleggiante, si scioglie a causa del suo basso punto di fusione, dando inizio a una vivace reazione.