金属の反応性系列(イオン化傾向):順序・表・覚え方
反応性系列は、水や酸との反応のしかたをもとに、金属を反応性の高い順に並べたものです。置換反応の予想や、各金属を鉱石から取り出す方法の説明に使えます。
覚え方:「貸そうかな、まああてにするな、ひどすぎる借金」(K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au)。
系列の順序
反応性の高い順に、カリウム、ナトリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、炭素、亜鉛、鉄、スズ、鉛、水素、銅、銀、金、白金です。炭素と水素は基準として入れた非金属です。覚え方の「貸そうかな、まああてにするな、ひどすぎる借金」は、主な金属を並べたもので、この表とは順序や含まれる元素が少し異なります。
読み方
各元素の横の注釈が、その元素のふるまいを説明しています。カリウム、ナトリウム、リチウム、カルシウムは冷水と反応し、カリウムは激しく反応します。もっと下になると、反応には水蒸気や酸が必要で、銅、銀、金、白金は希酸から水素をまったく出しません。アルミニウムは、表面を薄くて丈夫な酸化アルミニウムの層が守っているため、反応しにくく見えることがよくあります。
系列からわかること
置換反応:反応性の高い金属は、その化合物の溶液から反応性の低い金属を置き換えます。青い硫酸銅(II)水溶液に亜鉛を入れると、青色が薄れて亜鉛の表面が銅で覆われます。Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cuです。銅は亜鉛より下にあるので、硫酸亜鉛水溶液に銅を入れても何も起こりません。
酸:水素より上の金属は、塩酸などの希酸と反応して塩と水素ガスを生じます。たとえばMg + 2HCl → MgCl₂ + H₂です。金属の取り出し:鉄や鉛のように炭素より下の金属は、酸化物を炭素と加熱して取り出せます。アルミニウムのように炭素より上の金属は、電気分解で取り出します。
例題
鉄の釘は硫酸銅(II)水溶液と反応するでしょうか。鉄は銅より上にあるので反応します。Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cuとなり、釘は赤茶色の銅で覆われます。銀は希塩酸と反応するでしょうか。銀は水素より下にあるので水素は発生せず、目に見える変化は起こりません。
よくある質問
反応性系列で最も反応性の高い金属は何ですか?
この系列で最も反応性の高い金属はカリウムです。冷水と激しく反応し、発生した水素が燃えます。1族のさらに下にあるルビジウムとセシウムはもっと反応性が高いのですが、学校ではほとんど使いません。
反応性系列に炭素と水素が入っているのはなぜですか?
これらは金属ではなく、基準になるものです。炭素は、炭素と加熱して還元できる金属酸化物を示し、水素は、希酸から水素ガスを出す金属を示します。
置換反応とは?
反応性の高い元素が、化合物の中の反応性の低い元素に置き換わる反応です。たとえば、マグネシウムは硫酸銅(II)水溶液から銅を置き換えます。Mg + CuSO₄ → MgSO₄ + Cuです。