Reakcja potasu z wodą

Reakcje trwają w ten sposób:

Relatywnie wolne elektrony potasu redukują wodę:

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

To pozostawia metal dodatnio naładowany.

Ciekły amoniak, jeśli wystawiony na działanie metali alkalicznych, reaguje z elektronami znacznie wolniej niż woda, tworząc ciemnoniebieski roztwór solwatowanych elektronów. Gdy elektrony stopniowo wyrzucają protony z amoniaku, tworząc wodór, roztwór ostatecznie zamienia się w bezbarwny roztwór NaNH2.

Ale z powrotem w wodę.

Jony potasu ulegają uwodnieniu, zmniejszając opłata …..

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

tworząc $ \ ce {KOH} $ roztwór w postaci mieszaniny uwodnionych jonów $ \ ce {K + + OH -} $

Ale ciężkie jony potasu nie nadążają z lekkimi i szybkimi elektronami, a kropla stopionego metalu stopniowo zyskuje ładunek dodatni i ostatecznie kończy się – jak to nazywają autorzy – eksplozją kulombowską.

Wodór zostaje ostatecznie zapalony przez mikrosparki z powodu niestabilności ładunku jeszcze przed eksplozja. Gdy „Terminator T1000” kolce ciekłego metalu w końcu przebijają izolującą warstwę pary i wodoru, wchodząc w kontakt z zapalną mieszaniną wodoru z powietrzem.

Niedawno teoretycznie przewidziano to w symulacji chemii kwantowej dla kilkudziesięciu zasad atomów autorstwa czeskiego chemika Pavela Jungwirtha i kol. Wyjaśnienie eksplozji świata chemii i metali alkalicznych

Eksperymentalnie zweryfikowali to za pomocą kamery o dużej prędkości 10000 f / s, używając stopu sodu / potasu, eutektyka z niską temperaturą topnienia.

Wiedziałem o tym z wywiadu w radiu popularnonaukowym, znajdując odniesienie do niej wstecz.

Zobacz także ich artykuł w Nature (o którym zapomniałem i znalezione później):

Eksplozja kulombowska we wczesnych stadiach reakcji metali alkalicznych z wodą

Streszczenie Metale alkaliczne mogą reagować wybuchowo z wodą i podręcznikowa wiedza, że to energiczne zachowanie wynika z wydzielania ciepła, tworzenia się pary i zapłonu wytwarzanego wodoru. Tutaj sugerujemy, że początkowy proces umożliwiający wybuch metalu alkalicznego w wodzie ma jednak zupełnie inny charakter. Obrazowanie za pomocą szybkiej kamery ciekłych kropli stopu sodu / potasu w wodzie ujawnia submilisekundowe tworzenie się metalowych kolców wystających z powierzchni kropli. Symulacje dynamiki molekularnej pokazują, że po zanurzeniu w wodzie następuje niemal natychmiastowe uwolnienie elektronów z powierzchni metalu. W ten sposób system szybko osiąga granicę niestabilności Rayleigha, co prowadzi do „eksplozji kulombowskiej” kropli metalu alkalicznego. W konsekwencji tworzy się nowa metalowa powierzchnia w kontakcie z wodą, co wyjaśnia, dlaczego reakcja nie ulega samoczynnemu wygaszaniu przez jej produkty, ale może raczej prowadzić do wybuchowego zachowania.

Komentarze

• To jest bardzo wnikliwe. Nigdy nie myślałem o takich szczegółach mechanizmu reakcji. W nauce wiele rzeczy jest dla nas oczywistością. Ale jak udowodnić równanie numer 1, tj. " Względnie wolne elektrony potasu redukują wodę: "?
• @ M. Farooq Zauważ, że eq 1 przypuszczano jeszcze wcześniej. Artykuł dotyczył mechanizmu wybuchu kropli i zapłonu wodoru. Hej, a co z testowaniem lecącej krzywizny kropelek metalu w silnym polu elektrostatycznym?:-)
• Wiesz o stożku Taylora, nawet strumień wody zamienia się w strumień w silnym polu elektrycznym.
• To mi przypomina Zakraplacz wody Kelvina . Kiedy urządzenie jest wystarczająco naładowane, strumienie kropel zaczynają się rozchodzić, odpychane tym samym ładunkiem.
• @M. Farooq Zobacz także link do artykułu Nature. Jeśli chodzi o elektrony, rozważ niebieski roztwór solwatowanych elektronów w ciekłym amoniaku z metalem alkalicznym, ponieważ amoniak reaguje z elektronami znacznie wolniej niż woda, ostatecznie tworząc bezbarwny roztwór NaNH2.