用一種叫做質(zhì)譜儀的儀器(參看第30章圖30-1)能夠證明氫是由三種同位素組成的。它們是普通氫或氕H;重氫或氘H和
氘。在氫的樣品中每有5000個普通氫原子オ有一個氘原子,而每有107個普通氫原子オ有一個氘原子。氫的不同形式同位素
的化學(xué)性質(zhì)基本上是相同的,因為它們具有相同的電子結(jié)構(gòu)。不過它們原子質(zhì)量的不同引起了它們物理性質(zhì)上的差異。氘和氘比普通氫具有較低的蒸氣壓。因此,蒸發(fā)液態(tài)氫時較重同位素濃集在最后餾分中。
氘的重要性在于它同原子反應(yīng)堆中的重水有關(guān)),而氘則和核聚變反應(yīng)有關(guān)。
我們注意到某些金屬例如鈉和鉀易于同冷水作用置換氫并生成金屬氫氧化物。也還曾經(jīng)指出某些其他金屬,例如鎂和鐵僅在加熱時オ同水起作用。鈉和鉀同酸的反應(yīng)要比鎂和鐵的反應(yīng)劇烈得多。根據(jù)這種實驗觀察可以把金屬按照它們的化學(xué)活潑性次序排列起來,從而建立起一種活潑性順序或電動順序
鉀是最活潑的常見金屬,因此在順序中占首位。順序中每個后續(xù)的金屬活潑性就較低一些,而在金屬中最不活潑的金屬則出現(xiàn)在順序的底部。原則上,活潑性順序中的任何一種金屬都將從可溶性化合物(包含筒單離子的化合物)的稀水溶液中把順序中低于它的任何其他元素置換出來。舉例來說,順序中在氫上面的任何金屬屬能從酸的水溶液中放出氫。在氫下面的金屬不能從水或酸的水溶液中置換氫。另一個例子是用鐵可以從銅(I)鹽的水溶液中置換銅(圖9-6)。應(yīng)當(dāng)注意的是當(dāng)金屬以穩(wěn)定絡(luò)離子(第32章)的組成部分而存在時,活潑性順序的原理有時不能應(yīng)用。
FE+[CU2++(SO24-)硫酸銅(II)]→[FE2++(SO24-)硫酸鐵(II)]+CU
或 FE+CU2+→FE2+CU
方程式中在銅的符號下面劃一條線(Cu)表示在反應(yīng)過程中銅是以固體形式生成的。同樣,銀能被銅所置換(圖9-7),而金則被銀所置換。
在順序中自上而下金屬活潑性的遞降可以從這些金屬在溶液中生成正離子傾向的遞降而得到反映。例如銅失去電子的傾向比
鋅小,所以銅在溶液中形成陽離子的傾向也比鋅小。
Zn→ZN2++2e-
Cu→cu2++2e-
在順序中自上而下依次各金屬對氧、硫以及鹵素的反應(yīng)活潑性越來越小。所形成的化合物的生成熱以及穩(wěn)定性也以相同順序
遞減。因此很顯然,活潑性順序是很有用的,因為它指出了一種給定的金屬同水、酸、其他金屬的鹽、氧、硫以及鹵(氟、氯、溴和碘)發(fā)生反應(yīng)的可能性;此外,它還對所形成化合物的穩(wěn)定性提供了某些啟示。不過應(yīng)該注意,元素在活潑性順序中所占的位置多少決定于考察活潑性時的條件。根據(jù)水溶液中離子性質(zhì)而決定的金屬活潑性順序同在高溫?zé)o溶劑條件下依金屬活潑性次序而決定的順序稍有區(qū)別。表9-1中所示的順序不能應(yīng)用于非水溶劑中的反應(yīng)(如在熔融鹽中),也不能應(yīng)用于形成穩(wěn)定絡(luò)離子的情況中,除非在一般的情況下。