8.2 Spændingsrækken

Kernestof på kemi A

Guldsmykker kan ligge i jorden i tusind år og stadig skinne, mens et jernsøm ruster væk på få år. Metaller er ikke lige villige til at afgive deres elektroner, og den forskel kan sættes i system.

Zink i en opløsning med kobber(II)ioner

En opløsning af kobber(II)sulfat er blå, fordi den indeholder ionen Cu2+. Sænker man en zinkstang ned i opløsningen, sker der to ting. Stangen bliver dækket af et rødbrunt lag kobber, og den blå farve bliver svagere.

Figur 1: Zink reagerer med kobber(II)ioner.

Zinkatomerne i stangen afgiver elektroner til kobber(II)ionerne i opløsningen. Zink bliver til ioner, der går ud i vandet, og kobber(II)ionerne bliver til kobberatomer, der sætter sig på stangen.

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

Zink bliver oxideret, og kobber(II)ionerne bliver reduceret, som du lærte i afsnit 8.1.

Den omvendte reaktion sker ikke, for en kobberstang i en opløsning med zinkioner forbliver uændret. Zink afgiver altså lettere elektroner end kobber.

Ædle og uædle metaller

Et metal, der let afgiver elektroner, kaldes uædelt, mens et metal, der nødigt afgiver elektroner, kaldes ædelt. Zink er altså mere uædelt end kobber.

Når man sammenligner metallerne to og to, kan de stilles op i en rækkefølge, som hedder spændingsrækken.

Figur 2: Spændingsrækken for nogle almindelige metaller. Hydrogen står med, selv om det ikke er et metal.

De mest uædle metaller står til venstre. Kalium, calcium og natrium afgiver så let elektroner, at de reagerer voldsomt med vand. De ædle metaller sølv og guld står længst til højre og findes som rene metaller i naturen.

Sådan bruges spændingsrækken

VigtigtReglen

Et metal kan afgive elektroner til ionerne af de stoffer, der står til højre for det i spændingsrækken. Det kan ikke afgive elektroner til ionerne af de stoffer, der står til venstre for det.

Forsøg Står metallet til venstre for ionens metal? Sker der en reaktion?
Zn(s) i Cu2+(aq) ja ja
Cu(s) i Zn2+(aq) nej nej
Cu(s) i Ag+(aq) ja ja
Ag(s) i Cu2+(aq) nej nej

Når der sker en reaktion, skal reaktionsskemaet afstemmes, så der afgives og optages lige mange elektroner.

NoteEksempel: kobber i en opløsning med sølvioner

En kobbertråd hænges ned i en opløsning af sølv(I)nitrat. Sker der en reaktion?

Trin 1: brug spændingsrækken

Kobber står til venstre for sølv. Kobber kan derfor afgive elektroner til sølvionerne.

Trin 2: delreaktionerne

Oxidation: Cu → Cu2+ + 2 e−

Reduktion: Ag+ + e− → Ag

Trin 3: lige mange elektroner

Kobber afgiver 2 elektroner, og en sølvion optager kun 1. Reduktionen ganges med 2.

Trin 4: den samlede reaktion

Cu(s) + 2 Ag+(aq) → Cu2+(aq) + 2 Ag(s)

Konklusion

Der sker en reaktion. Tråden bliver dækket af sølv, og opløsningen bliver blå af kobber(II)ioner.

Hvilken ion et metal danner, lærte du i afsnit 2.1. For hovedgruppernes metaller følger ladningen hovedgruppen, så natrium danner Na+, magnesium danner Mg2+, og aluminium danner Al3+.

Metaller og syrer

Hydrogen har også en plads i spændingsrækken, og den viser, hvilke metaller der kan reagere med en syre.

En syre indeholder oxoniumioner, H3O+, som du lærte i afsnit 7.1. I redoxreaktioner skrives de for nemheds skyld som H+. De metaller, der står til venstre for hydrogen, kan afgive elektroner til H+, og der dannes gassen hydrogen, H2.

Figur 3: Et uædelt metal reagerer med syre. Det gør et ædelt metal ikke. Lupperne viser metallets overflade.

Mg(s) + 2 H+(aq) → Mg2+(aq) + H2(g)

Magnesium bliver oxideret, og H+ bliver reduceret. Hver H+ optager 1 elektron, og to hydrogenatomer sætter sig sammen til et molekyle H2.

Kobber, sølv og guld står til højre for hydrogen og reagerer derfor ikke med saltsyre. Saltsyre kan altså opløse et jernsøm, men ikke en guldring.

NoteKort sagt
  • Et uædelt metal afgiver let elektroner, mens et ædelt metal nødigt afgiver elektroner.
  • I spændingsrækken står de uædle metaller til venstre og de ædle til højre.
  • Et metal kan afgive elektroner til ionerne af de stoffer, der står til højre for det.
  • Metaller til venstre for hydrogen reagerer med syre og danner hydrogen.
  • Reaktionsskemaet afstemmes, så der afgives og optages lige mange elektroner.

Prøv selv: Spændingsrækken: sæt metallerne i rækkefølge.

Se alle opgaver til emnet “Spændingsrækken” (8.2)

I laboratoriet: Øvelse 8.2: Spændingsrækken