Happe keemiline reaktsioon metalliga on nendele ühendiklassidele omane. Selle käigus taastatakse vesiniku prooton ja koos happeaniooniga asendatakse see metallikatiooniga. See on näide soola moodustumise reaktsioonist, kuigi on mitut tüüpi interaktsioone, mis seda põhimõtet ei järgi. Need kulgevad redoksidena ja nendega ei kaasne vesiniku eraldumist.
Hapete reaktsioonide põhimõtted metallidega
Kõik anorgaanilise happe reaktsioonid metalliga põhjustavad soolade moodustumist. Ainus erand on võib-olla väärismetalli reaktsioon aqua regiaga, vesinikkloriid- ja lämmastikhappe seguga. Mis tahes muu hapete koostoime metallidega viib soola moodustumiseni. Kui hape ei ole kontsentreeritud väävel- ega lämmastikhape, eraldatakse molekulaarne vesinik produktina.
Kuid kontsentreeritud väävelhappe reageerimisel toimub koostoime metallidega redoksprotsessi põhimõttel. Seetõttu eristati eksperimentaalselt kahte tüüpi interaktsioonemetallid ja tugevad anorgaanilised happed:
- metallide reaktsioon lahjendatud hapetega;
- koostoime kontsentreeritud happega.
Esimest tüüpi reaktsioonid kulgevad mis tahes happega. Ainsad erandid on kontsentreeritud väävelhape ja mis tahes kontsentratsiooniga lämmastikhape. Need reageerivad vastav alt teisele tüübile ja põhjustavad soolade ning väävli ja lämmastiku redutseerimisproduktide moodustumist.
Hapete tüüpilised reaktsioonid metallidega
Standardsete elektrokeemiliste seeriate vesinikust vasakul asuvad metallid reageerivad lahjendatud väävelhappe ja muude erineva kontsentratsiooniga hapetega, välja arvatud lämmastikhape, moodustades soola ja vabastades molekulaarse vesiniku. Elektronegatiivsusreas vesinikust paremal asuvad metallid ei saa reageerida ül altoodud hapetega ja interakteeruvad ainult lämmastikhappega, sõltumata selle kontsentratsioonist, kontsentreeritud väävelhappega ja aqua regiaga. See on tüüpiline hapete koostoime metallidega.
Metallide reaktsioonid kontsentreeritud väävelhappega
Kui väävelhappe sisaldus lahuses on üle 68%, loetakse seda kontsentreerituks ja see interakteerub metallidega, mis jäävad vesinikust vasakule ja paremale. Erineva aktiivsusega metallidega reageerimise põhimõte on näidatud alloleval fotol. Siin on oksüdeerijaks sulfaadi anioonis olev väävliaatom. See redutseeritakse vesiniksulfiidiks, 4-valentseks oksiidiks või molekulaarseks väävliks.
Reaktsioonid lahjendatud lämmastikhappega
lahjendatudlämmastikhape reageerib metallidega, mis asuvad vesinikust vasakul ja paremal. Reaktsiooni käigus aktiivsete metallidega tekib ammoniaak, mis lahustub koheselt ja interakteerub nitraadianiooniga, moodustades teise soola. Keskmise aktiivsusega metallidega reageerib hape molekulaarse lämmastiku vabanemisega. Inaktiivse oleku korral kulgeb reaktsioon dilämmastikoksiidi vabanemisega. Kõige sagedamini moodustub ühes reaktsioonis mitu väävli redutseerimisprodukti. Näited reaktsioonidest on toodud allolevas graafilises rakenduses.
Reaktsioonid kontsentreeritud lämmastikhappega
Sellisel juhul toimib lämmastik ka oksüdeeriva ainena. Kõik reaktsioonid lõpevad soola moodustumisega ja lämmastikoksiidi vabanemisega. Redoksreaktsioonide kulgemise skeemid on välja pakutud graafilises rakenduses. Samas väärib erilist tähelepanu aqua regia reaktsioon väheaktiivsete elementidega. Selline hapete koostoime metallidega on mittespetsiifiline.
Metallide reaktsioonivõime
Metallid reageerivad hapetega üsna kergesti, kuigi on mõned inertsed ained. Need on väärismetallid ja elemendid, millel on kõrge standardne elektrokeemiline potentsiaal. Selle näitaja alusel on ehitatud mitmeid metalle. Seda nimetatakse elektronegatiivsuse jadaks. Kui metall asub selles vesinikust vasakul, siis on see võimeline reageerima lahjendatud happega.
On ainult üks erand: raud jaalumiinium, kuna nende pinnal moodustuvad 3-valentsed oksiidid, ei saa ilma kuumutamiseta happega reageerida. Kui segu kuumutatakse, siseneb reaktsiooni alguses metalli oksiidkile ja seejärel lahustub see happes endas. Elektrokeemilise aktiivsuse seerias vesinikust paremal asuvad metallid ei saa reageerida anorgaanilise happega, sealhulgas lahjendatud väävelhappega. Reeglist on kaks erandit: need metallid lahustuvad kontsentreeritud ja lahjendatud lämmastikhappes ja veekogus. Viimases ei saa lahustuda ainult roodiumi, ruteeniumi, iriidiumi ja osmiumi.
