Reação de potássio com água

As reações estão em andamento desta forma:

Elétrons de potássio relativamente livres reduzem a água:

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

Isso deixa o metal carregado positivamente.

Amônia líquida, se exposto ao metal alcalino, reage com os elétrons muito mais lentamente do que a água, formando uma solução azul-escura de elétrons solvatados. À medida que os elétrons expulsam progressivamente os prótons da amônia, formando hidrogênio, a solução finalmente se transforma em uma solução incolor de NaNH2.

Mas de volta à água.

Os íons de potássio se hidratam, diminuindo o cobrar …..

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

formando $ \ ce {KOH} $ solução na forma de mistura de íons hidratados $ \ ce {K + + OH -} $

Mas os íons de potássio pesados não conseguem acompanhar com elétrons leves e rápidos e a gota de metal derretido progressivamente ganha carga positiva e finalmente termina por – como os autores a chamam – explosão colombiana.

O hidrogênio acaba sendo inflamado por microsparcs devido à instabilidade de carga mesmo antes do explosão. Como picos de metal líquido “semelhantes ao Terminator T1000” eventualmente perfuram a camada isolante de vapor + hidrogênio, entrando em contato com a mistura de hidrogênio-ar inflamável.

Foi teoricamente previsto recentemente por simulação de química quântica para várias dezenas de álcalis átomos pelo químico tcheco Pavel Jungwirth E col. Explicação da explosão de metal alcalino-Chemistryworld

Eles a verificaram experimentalmente por câmera de alta velocidade 10000 f / s, usando liga de sódio / potássio formando um eutética com baixo ponto de fusão.

Eu soube disso pela popular entrevista na rádio científica, encontrando algumas referências para isso.

Veja também o artigo na Nature (que esqueci e encontrado mais tarde):

Explosão de Coulomb durante os estágios iniciais da reação de metais alcalinos com água

Resumo Os metais alcalinos podem reagir explosivamente com a água e é do conhecimento clássico que esse comportamento vigoroso resulta da liberação de calor, formação de vapor e ignição do gás hidrogênio que é produzido. Aqui, sugerimos que o processo inicial que permite a explosão do metal alcalino em água é, no entanto, de natureza completamente diferente. Imagens de câmera de alta velocidade de gotas líquidas de uma liga de sódio / potássio na água revelam a formação em submilissegundos de pontas de metal que se projetam da superfície da gota. Simulações de dinâmica molecular demonstram que na imersão em água ocorre uma liberação quase imediata de elétrons da superfície do metal. O sistema, portanto, atinge rapidamente o limite de instabilidade de Rayleigh, o que leva a uma explosão coulomb da queda de metal alcalino. Consequentemente, uma nova superfície de metal em contato com a água é formada, o que explica porque a reação não se autoextingue por seus produtos, mas pode levar a um comportamento explosivo.

Comentários

• Isso é muito esclarecedor. Nunca pensei sobre esses detalhes do mecanismo de reação. Consideramos muitas coisas como certas na ciência. Mas como provar a equação número 1, isto é, " Elétrons relativamente livres de potássio reduzem a água: "?
• @ M. Farooq Observe que a eq 1 foi suposta ainda antes. O artigo era sobre o mecanismo de explosão de gotículas e ignição de hidrogênio. Hehe, que tal testar a curvatura voadora de gotículas de metal em um forte campo eletrostático?:-)
• Você sabe sobre o cone de Taylor, até mesmo o jato de água se transforma em spray em um campo elétrico forte.
• Isso me lembra Conta-gotas Kelvin . Quando o aparelho fica carregado o suficiente, fluxos de gotas começam a divergir, repelidos pela mesma carga.
• @M. Farooq Veja também o link do artigo da Nature. Sobre os elétrons, considere a solução azul de elétrons solvatados em amônia líquida com metal alcalino, visto que a amônia reage com elétrons muito mais lentamente do que a água, finalmente formando uma solução incolor de NaNH2.