Metalli reattivi: reazioni con ossigeno, reazioni con acqua

I metalli reattivi danno luogo a  reazioni con ossigeno e acqua più vigorosamente degli altri.
La reattività di un metallo, ovvero la sua tendenza a reagire con facilità, può essere fornita dal valore dell’energia di ionizzazione

I metalli reattivi si trovano a sinistra della Tavola Periodica e la loro reattività aumenta dall’alto verso il basso lungo un gruppo.
Un elemento del blocco s ha una bassa energia di ionizzazione e ciò implica che tende a perdere elettroni ed è quindi probabile che esso si comporti da metallo reattivo.

Poiché l’energia di ionizzazione aumenta dal basso verso l’alto lungo un gruppo ci si deve aspettare che gli elementi che si trovano in fondo a un gruppo siano più reattivi degli elementi che si trovano in una posizione più in alto della Tavola Periodica.
Ad esempio il cesio reagisce più vigorosamente di tutti gli altri elementi del blocco s e deve essere conservato al riparo dall’aria e dall’acqua.

E’ tuttavia meno semplice di quanto possa apparire prevedere i prodotti di reazione tra questi metalli alcuni composti.

Reazioni con l’ossigeno

Il litio reagisce con l’ossigeno per dare l’ossido di litio in cui è presente lo ione O^2-:
Li_(s) + O_2(g) → Li₂O_(s)

Il sodio, invece, non dà in condizioni normali il rispettivo ossido; esso infatti reagisce con l’ossigeno per dare il perossido di sodio secondo la reazione:
2 Na_(s) + O_2(g) → Na₂O_2(s)

La formazione del perossido può essere giustificata considerando che il sodio, più reattivo del litio, viene consumato prima che una molecola di ossigeno possa legarsi ad una quantità di sodio sufficiente per formare l’ossido Na₂O.

Tale ipotesi è avvalorata dal fatto che se il sodio è presente in largo eccesso rispetto all’ossigeno si forma l’ossido:
4 Na_(s) + O_2(g) → 2Na₂O_(s)

Scendendo lungo il gruppo dei metalli alcalini poiché la reattività degli elementi aumenta il potassio, il rubidio e il cesio reagiscono così rapidamente con l’ossigeno in rapporto di 1:1 per formare i rispettivi superossidi:
K_(s) + O_2(g) → KO_2(s)

Reazioni con l’acqua

La reattività di questi metalli può essere dimostrata ponendo piccole quantità di litio, sodio e potassio in acqua: si noterà che il litio reagisce lentamente, il sodio più rapidamente e il potassio violentemente.

Il sodio che ha un potenziale standard di riduzione di – 2.71 V e pertanto potenziale di ossidazione + 2.71 V si trasforma in ione Na⁺ secondo la semireazione di ossidazione:
Na → Na⁺ + 1 e^–    E° = + 2.71 V

Le proprietà riducenti del sodio provocano la riduzione dell’idrogeno presente nell’acqua con formazione di idrogeno gassoso secondo la semireazione:
2 H₂O + 2 e^– → H₂ + 2 OH^– che ha un potenziale di – 0.83 V

La reazione complessiva è quindi:
2 Na + 2 H₂O → 2 Na⁺ + 2 OH^– + H₂ con un potenziale E° = 2.71 – 0.83 = + 1.88 V

Nel corso della reazione che è molto esotermica il sodio, che galleggia sull’acqua avendo una densità minore reagisce con essa, inizia a reagire con essa fino a fondere stante il suo basso punto di fusione.