¿Por qué el potasio reacciona más violentamente con el agua que el litio?

Question

Hace poco, les hablaba a mis amigos de la violenta reacción que se produce cuando se arroja potasio al agua. Poco después, un amigo mío afirmó que el litio reaccionaría más violentamente que el potasio.

No estoy de acuerdo con él, porque el potasio es más electropositivo que el litio y, por tanto, más reactivo.

Mi amigo afirmó que el litio es más reactivo que el potasio debido a su posición en la serie de reactividad de los metales:

$$\ce{Li > Cs > Rb > K > Ba > Sr > Ca > Na > Mg}$$

Luego descubrimos que el potasio reacciona, efectivamente, de forma más violenta en el agua. ¿Pero qué pasa con su argumento? ¿Por qué no tiene razón?

Answer 1

Para la reacción,
$$\ce{M -> M+ + e-}$$

el calor liberado es más alto para el litio debido a su alto negativo $E^\circ$ valor por lo que se podría pensar que la reacción debe ser muy vigorosa.

La razón de la reactividad más violenta del potasio en lugar del litio radica en cinética y no en la termodinámica.

Sin duda, con el litio se desprende la máxima energía, pero la vaporización y la ionización también consumirán la máxima energía (el punto de fusión y la energía de ionización del litio son los más elevados), por lo que la reacción avanza suavemente. Por otro lado, el potasio tiene un punto de fusión y una entalpía de ionización menores. El calor de reacción es suficiente para fundirlo. El metal fundido se extiende sobre el agua y expone una mayor superficie al agua. Además, el radio de hidratación del litio es el mayor de todos los metales alcalinos. Esto reduce la movilidad iónica, lo que a su vez reduce la velocidad del metal fundido.

Por eso el potasio da una reacción más violenta con el agua.

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Referencia:

• Kumar, Prabhat Química Inorgánica Conceptual ; Publicaciones Shri Balaji: Muzaffarnagar, U.P., 2014.

Answer 2

Hace más de 30 años, en la asignatura de química del instituto, nuestro profesor ponía un copo de sodio en un vaso de precipitados lleno hasta la mitad de agua y el sodio revoloteaba por el vaso como una pequeña lancha que soltaba pequeñas volutas de humo.

Una vez hecho esto, puso un pequeño copo de potasio. La reacción fue mucho más violenta. El potasio salió disparado alrededor del vaso de precipitados con humo y chispas.

Las chispas se produjeron porque la reacción fue tan enérgica que el calor de la reacción encendió el hidrógeno libre:

$$\ce{2 K + 2 H2O -> 2 KOH + H2}$$

La forma en que lo explicaba era que el único electrón de la capa exterior del Potasio estaba más alejado del núcleo que el Sodio (y, por supuesto, aún más alejado del núcleo que el litio) y, por tanto, se liberaba del enlace electrostático del núcleo con mucha más facilidad.

Puede que esta no sea la respuesta técnica, pero para mí fue fácil de entender y recordar todos estos años después.

Answer 3

La rápida cinética de la reacción del sodio y el potasio con el agua se explica bien por los picos formados y la "explosión de Coulomb". Pero la inesperada lentitud de la reacción del litio en el agua sigue siendo un enigma.

He observado un pequeño trozo de alambre de litio (~2 gramos) reaccionando en unos 100 mL de agua. La reacción es bastante rápida al principio, luego se ralentiza y después casi se detiene. Los principales cambios en el sistema (además de la evolución del hidrógeno) son un aumento moderado de la temperatura y un incremento del pH hasta aproximadamente 14. El hidróxido de litio es poco soluble (17%, en caliente). La temperatura no podría calentarse lo suficiente como para fundir el litio (mp = 180 C), mientras que el sodio se funde a 98 C y el potasio a 63 C. Observé cómo un trozo irregular de sodio (~20 gramos) burbujeaba en agua (inicialmente fría) hasta que se fundió y se hizo globular, ¡justo antes de explotar!

El litio recuerda al magnesio en el agua, donde el magnesio desarrolla una capa protectora de óxido/hidróxido que inhibe la reacción posterior con el agua, a menos que el agua esté muy caliente. Cabe señalar que los metales que se corroen en el agua pueden inhibirse en medios alcalinos (como el hierro en el hormigón). El sodio y el potasio quedan exceptuados de esta inhibición debido a la gran solubilidad de sus hidróxidos y a la posibilidad de fusión.

El litio puede comenzar moderadamente rápido, pero se ralentiza a medida que el pH aumenta, y en general parece mucho más lento que el sodio o el potasio porque no se funde en el agua y tiene una superficie sólida que se inhibe por el alto pH después de alguna reacción.

Answer 4

El litio es muy reactivo, pero las reacciones con el agua tienden a proceder a un ritmo algo constante. El sodio y el potasio son más propensos a concentrar la reacción exclusivamente en las proyecciones hacia el exterior de tal manera que un bulto se vuelve cada vez más esférico, hasta que no hay más proyecciones hacia el exterior, con lo que de repente se disparan picos en lo que se llama una "explosión de culombios" que provoca un aumento masivo de la superficie y, en consecuencia, de la velocidad de reacción. Para más información, busque "explosión de culombios de sodio" en YouTube.

No conozco los detalles exactos de por qué el litio no hace "bang", pero sospecho que se debe a que -a diferencia del sodio y el potasio- la reacción de voluntad se produce en cierta medida en toda la superficie de un bulto. La reacción puede concentrarse en los salientes, pero no exclusivamente como en el caso del sodio o el potasio, y por tanto no se dan las condiciones que obligarían al terrón a disparar picos.

Answer 5

El potasio está más arriba en la serie de reactividad. La reactividad de los metales aumenta a medida que se añaden más capas. Es más fácil que se pierdan electrones, lo que realmente influye en la reactividad del metal.