¿Por qué el litio reacciona con el agua con menos vigor, en comparación con otros elementos del bloque S, en términos de termodinámica?

Todos los elementos del Grupo 1 reaccionan vigorosamente con agua para dar hidróxidos metálicos y liberar hidrógeno gaseoso, pero esta reactividad aumenta en el grupo.

La densidad del litio es solo aproximadamente la mitad que la del agua, por lo que flota en la superficie y finalmente desaparece, emitiendo gas hidrógeno y formando una solución incolora de hidróxido de litio. Pero a diferencia del resto de los elementos del bloque s, esta reacción no es vigorosa.

2Li (s) + 2H2O (l) → 2LiOH (aq) + H2 (g)

Usando la Ley de Hess, podemos dividirla en varios pasos teóricos con cambios de entalpía conocidos.

Energía de atomización :

Li (s) → Li (g); ∆H = + ve

Energía de ionización :

Li (g) → Li + (g) + e−; ∆H = + ve

Entalpía de hidratación:

Li + (g) → Li + (aq); ∆H = -ve

Las razones de la reacción lenta y no explosiva de Li con agua son:

A medida que avanzamos por el grupo, a medida que aumenta el tamaño atómico, la energía de atomización y la entalpía de ionización disminuyen y como tal, sus valores son bastante altos para Li o podemos decir que la energía que se suministrará para que tenga lugar la reacción (energía de activación) es bastante alta. Aunque el valor de la entalpía de hidratación (-ve) también es más alto para Li que otros elementos del grupo, la reacción libera calor muy lentamente, por lo que primero se debe suministrar energía de activación y luego se recupera. Más energía de activación significa reacciones más lentas y reacciones menos vigorosas.
La reacción genera calor lentamente, y Li tiene un punto de fusión alto , demasiado alto para que se derrita.

En lo que respecta a ser menos reactivo que los elementos del Grupo 2 del bloque s, sigue la misma lógica. Be y Mg habrían sido excepciones ya que la reactividad con el agua disminuye a lo largo de un período, pero tienen una capa protectora de óxido en sus superficies, por lo que reaccionan solo a temperaturas muy altas y son en gran medida inertes hacia el agua.

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Esto es algo contradictorio con el resultado termodinámico, ya que el potasio es el agente reductor más fuerte en el medio acuoso (ver la serie de actividades) libera la mayor cantidad de energía, por lo tanto, debe reaccionar con mayor vigor entre todos los demás metales alcalinos, pero, para nuestra sorpresa, reacciona más lentamente con el agua, Esto se debe a razones cinéticas . Recuerde, la termodinámica solo nos permite predecir si un proceso determinado puede ocurrir o no, espontáneo y no espontáneo, ¡pero no brinda ninguna información sobre el tiempo que llevará completar el proceso! Ahora, por qué el litio, a pesar de su interacción más exotérmica con el agua, no logra hacer una reacción más vigorosa con él, porque el litio tiene el punto de fusión más alto “en su grupo”, por lo que cuando se deja caer en el agua, la mayor parte del calor liberado en reacción con el agua es utilizado para fundir el metal de litio, y la reacción ocurre solo en la superficie. A medida que la fusión se produce lentamente, el agua reacciona solo con los átomos de litio que están en la superficie ya que los átomos internos no están en contacto con el agua, por lo que la reacción es lenta. Sin embargo, en otros metales alcalinos, con bajos puntos de fusión, mele inmediatamente y una gran cantidad de átomos entra en contacto con el agua en un momento dado, liberando el corazón a un ritmo más rápido , haciendo que la reacción sea vigorosa.

Shah Siamoon

¿Por qué reaccionan los elementos?

Los electrones siempre se moverán hacia una región que tenga una energía mínima. ¿Alguna vez has pensado por qué solo los electrones más externos o de valencia participan en las reacciones y no los electrones del núcleo interno? La razón de esto es la energía potencial de los electrones. Los electrones que están cerca del núcleo obtienen más atracción y, por lo tanto, tienen menos energía potencial y también son los más estables. Los electrones de la capa de valencia se encuentran entre los que obtienen la menor atracción y, por lo tanto, tienen la energía potencial máxima y la menos estable. Ahora, si por algún medio está brindando una oportunidad a los electrones para reducir su energía potencial, ciertamente lo hará. Por lo tanto, cuando agrega cualquier metal alcalino o tierra alcalina al agua o al ácido, lo que hace es brindar una oportunidad al electrón de valencia muy inestable del álcali para estabilizarse al ingresar al ion H + presente en la solución ácida, así como en el agua. Cuando el electrón de álcali entra en el ion H +, entra en la capa 1s que está más cerca del núcleo. El electrón de álcali que estaba recibiendo menos atracción ahora obtendrá mucha más atracción dentro del átomo de hidrógeno que forma iones H +. Los dos átomos de hidrógeno formados se combinan para formar una molécula de hidrógeno. Ahora, qué tan rápido tiene lugar esta reacción depende de qué tan rápido y fácilmente este electrón de valencia salga del átomo alcalino y entre al átomo de H + para formar gas hidrógeno. En comparación con otros metales alcalinos, el último electrón de litio obtiene mucha más atracción porque está a la distancia más cercana del núcleo. Esto hace que el proceso sea menos vigoroso ya que el electrón no es tan fácil en comparación con otros álcalis. También podemos decir que el electrón de valencia del litio no es tan inestable como el electrón de valencia de otros metales alcalinos.