K與Li的活躍性比較

Question

眾人皆知 Potassium(K) 比 Lithium(Li) 較活躍。
那為何在 Electrochemical series 內，
Li+(aq) + e- <--> Li(s) 比
K+(aq) + e- <--> K(s) 排在較高的位置?
那岩不是代表 Li(s) 的還原能力比 K(s) 高嗎?!
若果把 Li(s) 同 K(s) 一起放進水內，Li(s) 會優先跟水反應嗎?

Answer 1

可以歸納成以下三個答案。

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(1)
根據電化序（electrochemical series）的高低排列，鋰（lithium）的還原能力（reducing power）較鉀（potassium）高。

還原劑的能力較高，是指放出電子（electrons）的「趨勢」較強。理論上，若以鋰和鉀作為電池的兩極（實際上不可能，因為鉀與水起猛烈的反應），電子是由鋰經外電路流向鉀的。

金屬還原能力的強弱，是比較金屬原子（atoms）與水合金屬陽離子（hydrated cations）間的穩定性（stability），即比較 K(s) 與 K+(aq) 間的穩定性，或比較 Li(s) 與 Li+(aq) 間的穩定性。由於 Li+ 離子的體積非常細小，在水合（hydration）時 Li+ 離子與水分子（water molecules）的距離很接近，結合得很穩固，所以在水合時放出較大量的能量，令 Li+(aq) 非常穩定。由於水合因素的效應很大，令 Li+(aq) 的穩定性遠高於 Li(s)，其穩定性的相差高於 K+(aq) 與 K(s) 的穩定性相差。因此，Li(s) 放出電子變成 Li+(aq) 的趨勢，高於 K(s) 放出電子變成 K+(aq) 的趨勢。換句話說，Li(s) 的還原能力，高於 K(s) 的還原能力。

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(2)
根據活性序（reactivity series），鉀的活性（reactivity）較鋰的活性高。

一個反應進行時，首先需要斷裂反應物中原來的鍵合（bonds），才會形成生成物。所以要反應進行，需要克服一個最低要求的能量，這個最低要求的能量，稱為活化能（activation energy）。

因為需要吸入能量去克服活化能，所以活化能愈高，反應的速率愈慢，甚至高至令反應不能進行。

金屬氧化成水合陽離子（hydrated cation）的速度快慢，同樣是受「活化能」的高低影響。由於鉀原子的體積遠大於鋰原子，鉀原子最外層電子與原子核距離較遠，所以需要較少能量便可以把電子移取，斷裂金屬鍵。因此，K(s) 氧化成 K+(aq) 的活化能，遠低於 Li(s) 氧化成 Li+(aq) 的活化能。換句話說，K(s) 的活性較 Li(s) 高。

還原能力較高的金屬，通常活性會較高，但這並非必然的。因為金屬的還原能力是比較金屬與其水合陽離子的穩定性，而活性主要考慮活化能的高低。常見的金屬有以下兩個例外情況：
(1) Li 的還原能力較 K 高，但 K 的活性卻較 Li 高。
(2) Ca 的還原能力較 Na 高，但 Na 的活性卻較 Ca 高。

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(3)
若把鋰和鉀同時放入水中，若鋰和鉀沒有接觸，它們會同時與水起反應，「不存在優先反應」，只是鉀與水的反應較猛烈而已。

若是鋰和鉀連在一起放入水中，理論上是鋰會優先進行反應，但鉀的活性這麼高，預計鋰和鉀很可能同時與水起反應，只是鉀的反應較單獨使用時慢了一些。但以上預計我未能用實驗來驗證。

Answer 2

週期表位置是原子序排列

氧化能力(還原劑)應該是K比較高,因為K比Li活潑

在課本所教的是第一族活潑性向下增加
所以K會優先跟水反應