Reazione del potassio con lacqua

Le reazioni sono in corso in questo modo:

Elettroni relativamente liberi di potassio riducono lacqua:

$$ \ ce {2 e- + 2 H2O – > H2 + 2 OH -} \ tag {1} $$

Questo lascia il metallo caricato positivamente.

Ammoniaca liquida, se esposto al metallo alcalino, reagisce con gli elettroni molto più lentamente dellacqua, formando una soluzione blu scuro di elettroni solvatati. Man mano che gli elettroni espellono progressivamente i protoni dallammoniaca, formando idrogeno, la soluzione si trasforma infine in una soluzione incolore di NaNH2.

Ma torniamo allacqua.

Gli ioni di potassio si idratano, diminuendo il carica …..

$$ \ ce {K (s) ^ {n +} – > K (s) ^ {(nm) +} + m K +} \ tag {2} $$

formando $ \ ce {KOH} $ soluzione sotto forma di miscela di ioni idratati $ \ ce {K + + OH -} $

Ma gli ioni di potassio pesanti non riescono a tenere il passo con elettroni leggeri e veloci e la goccia di metallo fuso guadagna progressivamente carica positiva e alla fine finisce per – come la chiamano gli autori – esplosione coulombica.

Lidrogeno viene infine innescato dai microsparchi a causa dellinstabilità di carica anche prima del esplosione. Mentre le punte “simili a Terminator T1000” di metallo liquido alla fine perforano lo strato di vapore isolante + idrogeno, entrando in contatto con una miscela infiammabile di idrogeno e aria.

È stato recentemente teoricamente previsto dalla simulazione chimica quantistica per diverse dozzine di alcali atomi del chimico ceco Pavel Jungwirth And col. Spiegazione dellesplosione di metalli alcalini del mondo chimico

Lhanno verificata sperimentalmente con una fotocamera ad alta velocità da 10000 f / s, utilizzando una lega di sodio / potassio che forma un eutettico con basso punto di fusione.

Lo sapevo dallintervista alla trasmissione radiofonica popolare scientifica, trovando a ritroso qualche riferimento per esso.

Vedi anche il loro articolo su Nature (di cui mi sono dimenticato e trovato più tardi):

esplosione di coulomb durante le prime fasi della reazione dei metalli alcalini con lacqua

Riassunto I metalli alcalini possono reagire in modo esplosivo con lacqua ed è conoscenza da manuale che questo comportamento vigoroso risulta dal rilascio di calore, dalla formazione di vapore e dallaccensione dellidrogeno gassoso che viene prodotto. Qui suggeriamo che il processo iniziale che consente lesplosione di metalli alcalini in acqua sia, tuttavia, di natura completamente diversa. Limaging ad alta velocità delle gocce di liquido di una lega di sodio / potassio nellacqua rivela la formazione submilliseconda di punte metalliche che sporgono dalla superficie della goccia. Le simulazioni di dinamica molecolare dimostrano che durante limmersione in acqua si verifica un rilascio quasi immediato di elettroni dalla superficie metallica. Il sistema raggiunge così rapidamente il limite di instabilità di Rayleigh, che porta ad una “esplosione coulombiana” della goccia di metallo alcalino. Di conseguenza, si forma una nuova superficie metallica a contatto con lacqua, il che spiega perché la reazione non si spegne da sola dai suoi prodotti, ma può piuttosto portare a un comportamento esplosivo.

Commenti

• Questo è molto intuitivo. Non ho mai pensato a tali dettagli del meccanismo di reazione. Diamo così tante cose per scontate nella scienza. Ma come dimostrare lequazione numero 1, cioè " Gli elettroni di potassio relativamente liberi riducono lacqua: "?
• @ M. Farooq Nota che lequazione 1 era supposta anche prima. Larticolo parlava del meccanismo di esplosione delle goccioline e dellaccensione dellidrogeno. Ehe, che ne dici di testare la curvatura volante di goccioline di metallo in un forte campo elettrostatico?:-)
• Sai del cono di Taylor, anche il getto dacqua diventa uno spray in un forte campo elettrico.
• Questo mi ricorda Contagocce Kelvin . Quando lapparato è sufficientemente carico, i flussi di gocce iniziano a divergere, respinti dalla stessa carica.
• @M. Farooq Vedi anche il collegamento dellarticolo sulla natura. Per quanto riguarda gli elettroni, si consideri la soluzione blu di elettroni solvatati in ammoniaca liquida con metallo alcalino, poiché lammoniaca reagisce con gli elettroni molto più lentamente dellacqua, formando infine una soluzione incolore di NaNH2.