Universidad de Costa Rica

8. Serie de actividad de los metales


Guía de experimentos de Química General

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Objetivo


Determinar la posición relativa de algunos metales en la serie de actividad de los metales.

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Introducción


Para preparar pequeñas cantidades de hidrógeno en el laboratorio, se puede usar el hierro y un ácido como el ácido clorhídrico.

$2Fe_{(s)}+6HCl_{(ac)}\rightarrow 2FeCl_{3(ac)}+3H_{2(g)} \uparrow$

El hierro es un metal que desplaza el hidrógeno de los ácidos; sin embargo, hay otros metales que también pueden hacerlo, por ejemplo: magnesio, aluminio y zinc. Otros, por su parte, no lo desplazan; entre ellos están el cobre, el mercurio, la plata, el oro y el platino. Por otro lado, el sodio, el calcio, el potasio y el litio pueden, inclusive, desplazar al hidrógeno del agua.

$2Na_{(s)}+H_{2}O_{(l)}\rightarrow 2NaOH_{(ac)}+H_{2(g)}\uparrow $

$Ca_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\rightarrow Ca(OH)_{2(ac)}+H_{2(g)}\uparrow $

$2K_{(s)}+H_{2}O_{(l)}\rightarrow 2KOH_{(ac)}+H_{2(g)}\uparrow $

En la reacción del sodio o del potasio con el agua se produce tanto calor que el hidrógeno que se desprende se quema produciendo una llama.

Al estudiar la actividad relativa de los metales, se encuentra que pueden ordenarse en una lista llamada serie de actividad de los metales:

Li Rb K Na Ba Ca Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au

Los metales que están en la parte izquierda de la lista desplazan al hidrógeno del agua (hasta el calcio), y los que siguen (hasta el hierro) lo desplazan del vapor de agua y a temperaturas altas, mientras que los ubicados hasta el plomo lo desplazan de los ácidos; el desplazamiento va siendo menos violento y más lento conforme se mueve hacia la derecha. Los que siguen al hidrógeno en la serie no lo desplazan del todo. Esta lista no solo sirve para decidir si ocurre o no el desplazamiento del hidrógeno de un ácido, sino de un elemento por otro en una sal en disolución. El ubicado más a la izquierda de la lista puede desplazar de las sales en disolución al siguiente metal o a cualquiera de los que siguen. Es así como esta serie sirve para predecir si una reacción de desplazamiento ocurre o no.

Ejemplos

$Zn_{(s)}+CuSO_{4(ac)}\rightarrow ZnSO_{4(ac)}+Cu_{(s)}$

$Mg_{(s)}+FeCl_{2(ac)}\rightarrow MgCl_{2(ac)}+Fe_{(s)}$

$Ni_{(s)}+FeCl_{2(ac)}\rightarrow$ No ocurre

$Au_{(s)}+SnCl_{2(ac)}\rightarrow$ No ocurre

$Cu_{(s)}+2AgNO_{3(ac)}\rightarrow Cu(NO_{3})_{2(ac)}+2Ag_{(s)}$

$Mg_{(s)}+2HCl_{(ac)}\rightarrow MgCl_{2(ac)}+H_{2(g)}\uparrow $

$Ba_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\rightarrow Ba(OH)_{2(ac)}+H_{2(g)}\uparrow $

$Fe_{(s)}+HCl_{(ac)}\rightarrow FeCl_{2(ac)}+H_{2(g)}\uparrow $

$Cu_{(s)}+HCl_{(ac)}\rightarrow$ No ocurre

Procedimiento


Materiales

Trozos de metales: sodio, cobre, magnesio, aluminio y lana de hierro, disolución 0,1 mol/L de acetato de plomo, disolución 0,2 mol/L de sulfato de cobre, disolución 0,01 mol/L de nitrato de plata, disolución 3 mol/L de HCl.

Equipo

Beakers, tubos de ensayo, erlenmeyer de 1000 mL.


A) Metales activos

El asistente colocará un trozo de sodio metálico con mucho cuidado en un Erlenmeyer de 1000 mL con agua y fenolftaleína (Se recomienda ver este video y este otro). Observe el resultado y el cambio de color del agua.

Resultados

Escriba la reacción y conteste: ¿qué demuestra el color del agua con fenolftaleína?

B) Reacciones de metales con ácidos

Coloque en diferentes tubos de ensayo trocitos de cobre, lana de hierro, aluminio y magnesio. Añada a cada tubo 2 mL de disolución de ácido clorhídrico y note la velocidad de reacción en cada caso. Si fuera necesario, caliente poco a poco para que la reacción comience. Ordene los tubos de menor a mayor según la actividad observada.

Resultados

¿Cómo sabe usted cuando está ocurriendo una reacción en cada tubo?

Ordene de mayor a menor los metales usados con el HCl de acuerdo con la velocidad con que reaccionan. Escriba las reacciones.

C) Reacciones de metales con sales

Repita el procedimiento de la parte B empleando 2 mL de disolución de acetato de plomo en lugar de HCl y trozos de metal nuevos.

Repita el procedimiento de la parte B empleando 2 mL de disolución de sulfato de cobre en lugar de HCl y trozos de metal nuevos.

Repita el procedimiento de la parte B empleando 2 mL de disolución de nitrato de plata en lugar de HCl y trozos de metal nuevos.

Resultados

¿Con cuáles de los siguientes metales: Cu, Fe, Mg y Al reacciona el acetato de plomo?

Describa lo que observó en cada tubo, y si hubo reacción escriba la ecuación obtenida.

Describa lo ocurrido en cada tubo entre el metal y el sulfato de cobre; en los casos en que hubo reacción, escriba la ecuación.

Describa lo que sucedió en cada tubo entre el metal y el nitrato de plata; en los casos en que hubo reacción, escriba la ecuación.

Cuestionario

1. De las diferentes experiencias que realizó en este experimento, coloque los siguientes metales en orden de mayor a menor actividad (incluya en la lista al hidrógeno): Cu, Al, Mg, Fe, Na.

2. ¿Por qué cree usted que en las partes B y C no se incluye una experiencia usando un trocito de sodio metálico?

3. Al consultar la serie de actividad de los metales, ¿qué hubiera sucedido si en la parte C se hubiera usado también una disolución de nitrato de níquel?

4. En la parte C, ¿qué hubiera ocurrido si en lugar del nitrato de plata se hubiera utilizado nitrato de mercurio (II), Hg(NO3)2?

Bibliografía


Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. San José: Editorial Universidad de Costa Rica, 1983.