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常見金屬元素的活性順序、氧化還原的能力
所謂元素的「活性」是指其活躍性,但要談「活性」就一定得有另外一種物質來參與其反應,如此才能有個比較的基準。活性越大者,越容易發生反應,也就是越活潑、越外向,或者說越野蠻,也越容易搶別人家的東西,來使自己變成穩定的化合物。世間萬物都想要有一個穩定的未來不是嗎?
所以,決定金屬元素的活性順序除了受元素本身特性影響之外,也會受到許多外在條件的影響,比如說溫度、壓力的不同,都可能會影響到其排名的結果。
如果你想對PCB製程有進一步的了解,這個金屬元素的活性順序是一定要了解的,因為所有的電鍍幾乎都是氧化還原作用,還有為何不可以直接用「銅」當成PCB的表面處理就好?還要再加什麼OSP、鍍鎳、鍍金…等,都跟這個活性有關係。
國中課本談的活性基本上以元素燃燒時對氧的活性影響大小做排序;到了高中化學談的活性則是氧化還原時電位的大小。所以兩者的順序會有些微的差異。
~如果有錯誤請不吝指教,畢竟學的還不透徹~
一般常見的金屬元素活性順序(元素燃燒時對氧的活性):
鉀>鈉>鋇>鍶>鈣>鎂>鋁>碳>鋅>鉻>鐵>鈷>鎳>錫>鉛>氫>銅>汞>銀>鉑>金
(口訣:呷哪飽,思丐美女(台,實在美女),歎心若鐵,姑念昔牽卿同,共遊泊金)
國中課本的金屬元素活性大小順序(元素燃燒時對氧的活性):
鉀>鈉>鈣>鎂>鋁>(碳)>鋅>鐵>鈷>鎳>錫>鉛>(氫)>銅>汞>銀>鉑>金
(口訣:賈娜蓋美女 嘆心鐵 姑娘喜錢 請總共一百金)
高中翰林版的金屬元素活性大小順序(氧化還原電位):
鉀>鋇>鈣>鈉>鎂>鋁>鋅>鐵>鈷>鎳>錫>鉛>氫>銅>汞>銀>鉑>金
(口訣:吃飽幹麻(台) 美女心鐵 姑娘喜錢 請總共一百金)
高中南一版的金屬元素活性大小順序(氧化還原電位):
鉀>銫>鋇>鍶>鈣>鈉>鎂>鋁>錳>鋅>鉻>鐵>鈷>鎳>錫>鉛>氫>銅>汞>銀>鉑>金
(口訣:假設被撕開 那美女猛 心更鐵 姑娘喜錢 請總共一百金)
綜合版的金屬元素活性順序(氧化還原電位):
鋰>銣>鉀>銫>鋇>鍶>鈣>鈉>鎂>鋁>錳>鈹>(碳) >鋅>鉻>鐵>鈷>鎳>錫>鉛>(氫)>銅>汞>銀>鉑>金
(口訣:你如,假設被撕開,那美女猛,彼嘆,心更鐵,姑娘喜錢,請總共一百金)
一般我們所謂的「氧化」是指元素或物質與「氧」結合的動作,比如燃燒或生鏽。而「還原」則指將已經氧化的物質把「氧」吐出來的動作。所以,還原為氧化的逆向工程。自然界中大部分的物質都會跟「氧」起反應而達到穩定狀態,也就是不需要做什麼動作,大部分的物質就會氧化。而還原則必須額外的助力才能進行,已經吃進肚子的食物,要吐出來總是不容易。
「氧化劑」是使得別的物質氧化,也就是讓目標物質獲得氧。「還原劑」則是使得別的物質失去氧,通常是還原劑搶了目標物質的氧。也可以用電子表示,氧化劑獲得電子,化學價(valence)降低;還原劑失去電子,化合價升高。
活性越高的越有機會當『還原劑』,因為可以把別人的氧搶過來,使對方失去氧。相反地,活性越低的越有機會當『氧化劑』,因為可以把氧給別人。
舉例來說,
1. 實驗室失火時,儲存哪一種藥品的櫥櫃千萬不能使用乾粉(二氧化碳)滅火器來滅火?(A)氧化鐵 (B)氧化銅 (C)鉛金屬 (D)鈉金屬。
答: (D),因為鈉(Na)金屬的活性較碳(C)高,所以鈉會把二氧化碳的氧搶走,而生成碳,更助長火勢。4Na + CO2 → 2Na2O + C
2. 將下列物質隔絕空氣加熱,那一組的反應物無法生成氧化鋅? (A)鋅和氧化鉛 (B)鋅和氧化鎂 (C)鋅和氧化鐵 (D)鋅和氧化銅。
答: (B),因為「鎂」的活性比「鋅」強。
3. 鋼鐵廠將生產的鋼板鍍上一層鋅,以作為防鏽之用,關於防鏽作用,下列敘述何者正確?(A)鋅對氧的活性比鐵小,不易被氧化,所以能防鏽 (B)鋅對氧的活性比鐵小,氧化物易被還原,故不易生鏽 (C)鋅能與鐵結成合金,降低鐵的活性,故不易生鏽 (D)鋅的氧化物結構緊密,能隔離鐵與氧的接觸,所以能防鏽。
答: (D),鋅對氧的活性比鐵大,但因「鋅」被氧化後所形成的氧化薄膜具有緻密結構,可以將薄膜內的金屬與空氣隔絕,因此可以防止鋼板進一步氧化。
4. 俗語說:「真金不怕火煉」,這句話的意思是說純金具有下類何種特性?(A)容點滴,高溫下也不化熔化 (B)加熱後表面會產生一層保護膜 (C)延展性良好,適合做鍛接,但不適合鑄造 (D)對氧的活性小,加熱後也不易氧化。
答: (D),金不容易與氧起化學反應。這也是為什麼貨幣零錢的材質通常為銅(銅板)、銀(銀兩)、鎳(鎳幣)、金條、鉑金條,因為這些元素都屬於低活性,不容易與氧起化學反應。
氧化劑:氧化還原中本身會失去「氧」的物質。本身被還原並使其他物質被氧化。
還原劑:氧化還原中本身得到「氧」的物質。本身被氧化並使其他物質被還原者。對氧的活性大者屬之。
Zn + CuO → ZnO + Cu (Zn為還原劑,CuO為氧化劑)
賈凡尼次序(Galvanic Series)
將金屬及其離子間之氧化或還原電位與「標準氫電極」比較後可以得到【賈凡尼次序(Galvanic Series)】或【電動次序(Electromotive Force Series)】。
電極 | 電壓 | 電極 | 電壓 |
Li (鋰) | Li+ –3.045 | Co (鈷) | Co2+ –0.277 |
Rd (銣) | Rd+ –2.93 | Ni (鎳) | Ni2+ –0.250 |
K (鉀) | K+ –2.924 | Sn (錫) | Sn2+ –0.136 |
Ba (鋇) | Ba+ –2.90 | Pb (鉛) | Pb2+ –0.126 |
Sr (銫) | Sr+ –2.90 | Fe (鐵) | Fe3+ –0.04 |
Ca (鈣) | Ca+ –2.87 | Pt/H2 (鉑) | H+ –0.000 |
Na (鈉) | Na+ –2.715 | Sb (銻) | Sb3+ –0.15 |
Mg (鎂) | Mg+ –2.37 | Bi (鉍) | Bi3+ –0.2 |
Al (鋁) | Al3+ –1.67 | As (砷) | As2+ +0.3 |
Mn (錳) | Mn2+ –1.18 | Cu (銅) | Cu2+ +0.34 |
Zn (鋅) | Zn2+ –0.762 | Pt/OH (鉑) | O2 +0.40 |
Cr (鉻) | Cr3+ –0.74 | Cu (銅) | Cu+ +0.40 |
Cr (鉻) | Cr2+ –0.56 | Hg (汞) | Hg22+ +0.789 |
Fe (鐵) | Fe2+ –0.441 | Ag (銀) | Ag+ +0.799 |
Cd (鎘) | Cd3+ –0.402 | Pd (鈀) | Pd2+ +0.987 |
In (銦) | In3+ –0.34 | Au (金) | Au3+ +1.50 |
Tl (鉈) | Tl+ –0.336 | Au (金) | Au+ +1.68 |
參考文章來源:
剪不清、理還亂的元素活性關係 (pdf檔案,北一女中廖淑芬老師)
王水知多少?(pdf檔案,桃園縣立同德國中)
延伸閱讀:
Tensile Strength (拉伸強度)
Flexural Strength (彎曲強度)
Izod Impact Strength (耐衝擊強度)
塑膠的特性整理 ─ 物理特性、機械特性
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熊大我建議你的元素之前是否加金屬兩字會比較好? 因為你所討論的皆為金屬元素?並沒有考慮兩性元素:Sn.Be.Cr.Al.Pb.Zn.Ga及其他的非金屬元素啊?