Katere informacije lahko dobimo iz niza napetosti?
Razpon kovinskih napetosti se pogosto uporablja v anorganska kemija. Zlasti rezultati številnih reakcij in celo možnost njihove izvedbe so odvisni od položaja določene kovine v NER. Razpravljajmo o tem vprašanju podrobneje.
Interakcija kovin s kislinami
Kovine, ki se nahajajo v nizu napetosti levo od vodika, reagirajo s kislinami - neoksidanti. Kovine, ki se nahajajo v NER desno od H, medsebojno delujejo samo z oksidacijskimi kislinami (zlasti s HNO 3 in koncentrirano H 2 SO 4).
Primer 1. Cink se nahaja v NER levo od vodika, zato lahko reagira s skoraj vsemi kislinami:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
Primer 2. Baker se nahaja v ERN desno od H; ta kovina ne reagira z "navadnimi" kislinami (HCl, H 3 PO 4, HBr, organske kisline), vendar medsebojno deluje z oksidacijskimi kislinami (dušikova, koncentrirana žveplova):
Cu + 4HNO 3 (konc.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Cu + 2H 2 SO 4 (konc.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Rad bi vas opozoril na pomembno točko: ko kovine medsebojno delujejo z oksidacijskimi kislinami, se ne sprosti vodik, ampak nekatere druge spojine. Več o tem si lahko preberete!
Interakcija kovin z vodo
Kovine, ki se nahajajo v nizu napetosti levo od Mg, zlahka reagirajo z vodo že pri sobna temperatura s sproščanjem vodika in nastankom raztopine alkalije.
Primer 3. Natrij, kalij, kalcij se zlahka raztopijo v vodi in tvorijo raztopino alkalije:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2
Kovine, ki se nahajajo v območju napetosti od vodika do magnezija (vključno), v nekaterih primerih sodelujejo z vodo, vendar reakcije zahtevajo posebne pogoje. Na primer, aluminij in magnezij začneta delovati s H 2 O šele po odstranitvi oksidnega filma s kovinske površine. Železo pri sobni temperaturi ne reagira z vodo, reagira pa z vodno paro. Kobalt, nikelj, kositer in svinec praktično ne delujejo s H 2 O, ne samo pri sobni temperaturi, ampak tudi pri segrevanju.
Kovine, ki se nahajajo na desni strani ERN (srebro, zlato, platina), pod nobenim pogojem ne reagirajo z vodo.
Interakcija kovin z vodnimi raztopinami soli
Govorili bomo o reakcijah naslednje vrste:
kovina (*) + kovinska sol (**) = kovina (**) + kovinska sol (*)
Rad bi poudaril, da zvezdice v tem primeru ne označujejo oksidacijskega stanja ali valence kovine, ampak preprosto omogočajo razlikovanje med kovino št. 1 in kovino št. 2.
Za izvedbo takšne reakcije morajo biti hkrati izpolnjeni trije pogoji:
- soli, ki sodelujejo v procesu, morajo biti raztopljene v vodi (to lahko enostavno preverite s tabelo topnosti);
- kovina (*) mora biti v nizu napetosti levo od kovine (**);
- kovina (*) ne sme reagirati z vodo (kar tudi enostavno preveri ESI).
Primer 4. Poglejmo nekaj reakcij:
Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu
K + Ni(NO 3) 2 ≠
Prva reakcija je lahko izvedljiva, izpolnjeni so vsi zgornji pogoji: bakrov sulfat je topen v vodi, cink je v NER levo od bakra, Zn ne reagira z vodo.
Druga reakcija je nemogoča, ker prvi pogoj ni izpolnjen (bakrov (II) sulfid je praktično netopen v vodi). Tretja reakcija ni izvedljiva, saj je svinec manj aktivna kovina kot železo (nahaja se desno v ESR). Nazadnje, četrti postopek NE bo povzročil obarjanja niklja, ker kalij reagira z vodo; nastali kalijev hidroksid lahko reagira z raztopino soli, vendar je to popolnoma drugačen proces.
Postopek termične razgradnje nitratov
Naj vas spomnim, da so nitrati soli dušikova kislina. Vsi nitrati pri segrevanju razpadejo, vendar se sestava produktov razgradnje lahko spreminja. Sestava je določena s položajem kovine v nizu napetosti.
Nitrati kovin, ki se nahajajo v NER levo od magnezija, pri segrevanju tvorijo ustrezen nitrit in kisik:
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2
Med termično razgradnjo kovinskih nitratov, ki se nahajajo v območju napetosti od Mg do vključno Cu, nastanejo kovinski oksid, NO 2 in kisik:
2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
Končno pri razgradnji nitratov najmanj aktivnih kovin (nahajajo se v ERN desno od bakra) nastanejo kovina, dušikov dioksid in kisik.
Jasno je, da ni nič jasno.
Oglejmo si podrobneje procese, ki se lahko zgodijo, ko kovinsko ploščo potopimo v raztopino soli iste kovine, iz katere je izdelana sama plošča, kar v takih primerih imenujemo elektroda.
Obstajata dve možnosti.
Možnost 1. Elektroda je izdelana iz kovine, ki je aktivno redukcijsko sredstvo (ne »žali«, da se odreče svojim elektronom), naj bo to recimo cink.
Po potopitvi cinkove elektrode v raztopino začnejo vodni dipoli, ki so v raztopini, privlačiti določen del cinkovih atomov, ki preidejo v raztopino v obliki hidratiranih ionov, hkrati pa pustijo svoje elektrone na površino elektrode.
Me 0 +mH 2 O → Me n+ mH 2 O+ne - Me 0 → Me n+ +ne -
Postopoma se na površini cinkove elektrode kopiči vedno več "vrženih" negativnih elektronov, cinkova elektroda pa pridobi negativni naboj. Vzporedno s tem procesom se v raztopini poveča količina pozitivno nabitih cinkovih ionov, ki zapustijo elektrodo. Cinkove katione začne privlačiti negativno nabita elektroda, zaradi česar nastane t.i. električna dvojna plast(DES).
Možnost 2. Elektroda je izdelana iz kovine, ki je šibko redukcijsko sredstvo (»žal« je, da se loči od svojih elektronov). Vlogo takšne kovine naj igra baker. Tako so bakrovi ioni v raztopini močni oksidanti. Ko je bakrena elektroda potopljena v raztopino, se nekateri bakrovi ioni začnejo dotikati površine elektrode in se zmanjšajo zaradi prostih elektronov, prisotnih v bakru.
Jaz n+ +ne - → Jaz 0
Postopoma se na površini elektrode odlaga vse več bakrovih kationov. Ko se obnovijo, kationi napolnijo bakreno ploščo pozitivno; naboj se poveča, pozitivna bakrena elektroda pritegne vse več negativno nabitih ionov in tako tvori dvojno električno plast, vendar z nasprotno polarnostjo kot pri možnosti 1.
Nastala na meji raztopinska elektroda potencialna razlika se imenuje potencial elektrode.
Merjenje takšnega potenciala je zelo težko. Da bi se rešili iz težkega položaja, so se odločili, da ne vzamejo absolutnih vrednosti, ampak relativne, in kot standard so se odločili vzeti potencial vodikove elektrode, ki je enak nič.
Potencial posamezne kovinske elektrode je odvisen od narave kovine, koncentracije in temperature raztopine.
Ker alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine v vodnih raztopinah reagirajo z vodo, se njihovi elektrodni potenciali izračunajo teoretično.
Običajno je vse kovine razporediti v naraščajočem vrstnem redu glede na vrednost njihovega standardnega elektrodnega potenciala - ta serija se imenuje elektrokemične napetostne vrste kovin:
Kaj kaže potencial elektrode?
Potencial elektrode se odraža v številčna vrednost sposobnost kovine, da odda svoje elektrone ali se obnovi, z drugimi besedami, odraža kemično aktivnost kovine.
Bolj levo notri elektrokemične serije kolikor stane kovina (glej zgoraj), tem lažje odda svoje elektrone, tj. bolj je aktivna in lažje reagira z drugimi elementi.
Če vzamemo skrajnosti, potem:
- litij je najmočnejši reducent, litijev ion pa najšibkejši oksidant;
- zlato je najšibkejši reducent, zlati ion pa najmočnejši oksidant.
Posledice, ki izhajajo iz elektrokemične serije kovinskih napetosti:
- Kovina izpodrine iz soli vse druge kovine, ki so v nizu desno od nje (ki so šibkejši reducenti);
- Kovine, ki imajo negativen elektrodni potencial, to je, ki stojijo levo od vodika, ga izpodrivajo iz kislin;
- Najbolj aktivne kovine, ki imajo najnižje vrednosti elektrodnega potenciala (to so kovine od litija do natrija), reagirajo predvsem z vodo v vodnih raztopinah.
Upoštevati je treba, da se položaj kovin v periodnem sistemu in položaj istih kovin v vrsti elektrokemičnih napetosti nekoliko razlikujeta. To dejstvo je razloženo z dejstvom, da vrednost elektrodnega potenciala ni odvisna samo od energije, potrebne za odstranitev elektronov iz izoliranega atoma, ampak vključuje tudi energijo, potrebno za uničenje kristalne mreže + energijo, ki se sprosti med hidratacijo. ionov.
Oddelki: kemija, Natečaj "Predstavitev za lekcijo"
Razred: 11
Predstavitev za lekcijo
Nazaj Naprej
Pozor! Predogledi diapozitivov so samo informativni in morda ne predstavljajo vseh funkcij predstavitve. Če vas to delo zanima, prenesite polno različico.
Cilji in cilji:
- Izobraževalni: Upoštevanje kemijske aktivnosti kovin na podlagi njihovega položaja v periodnem sistemu D.I. Mendelejeva in v elektrokemični napetostni vrsti kovin.
- Razvojni: Za spodbujanje razvoja slušnega spomina, sposobnosti primerjanja informacij, logičnega razmišljanja in razlage tekočih kemičnih reakcij.
- Izobraževalni: Oblikovanje spretnosti samostojno delo, sposobnost razumnega izražanja svojega mnenja in poslušanja sošolcev, pri otrocih gojimo domoljubje in ponos na svoje rojake.
Oprema: Računalnik z medijskim projektorjem, individualni laboratoriji z naborom kemijskih reagentov, modeli kovinskih kristalnih mrež.
Vrsta lekcije: uporaba tehnologije za razvoj kritičnega mišljenja.
Napredek lekcije
jaz Stopnja izziva.
Posodabljanje znanja o temi, prebujanje kognitivne dejavnosti.
Igra blefiranja: "Ali verjameš, da ..." (3. diapozitiv)
- Kovine zasedajo zgornji levi kot v PSHE.
- V kristalih so kovinski atomi povezani s kovinskimi vezmi.
- Valenčni elektroni kovin so tesno vezani na jedro.
- Kovine v glavnih podskupinah (A) imajo običajno 2 elektrona na svoji zunanji ravni.
- V skupini od zgoraj navzdol se povečajo redukcijske lastnosti kovin.
- Za oceno reaktivnosti kovine v raztopinah kislin in soli je dovolj, da pogledamo elektrokemično napetostno vrsto kovin.
- Če želite oceniti reaktivnost kovine v raztopinah kislin in soli, samo poglejte periodni sistem D.I. Mendelejev
Vprašanje za razred? Kaj pomeni vnos? Jaz 0 – ne —> Jaz +n(diapozitiv 4)
odgovor: Me0 je redukcijsko sredstvo, kar pomeni, da sodeluje z oksidanti. Kot oksidanti lahko delujejo:
- Enostavne snovi (+O 2, Cl 2, S...)
- Kompleksne snovi(H 2 O, kisline, raztopine soli...)
II. Razumevanje novih informacij.
Kot metodološko tehniko je predlagana izdelava referenčnega diagrama.
Vprašanje za razred? Kateri dejavniki določajo redukcijske lastnosti kovin? (diapozitiv 5)
odgovor: Iz položaja v periodnem sistemu D.I. Mendelejeva ali iz položaja v elektrokemični seriji napetosti kovin.
Učitelj predstavi pojme: kemična aktivnost in elektrokemijska aktivnost.
Pred začetkom razlage otroke prosimo, naj primerjajo aktivnost atomov TO in Li mesto v periodnem sistemu D.I. Mendelejev in dejavnost preproste snovi tvorijo ti elementi glede na njihov položaj v elektrokemični seriji kovinskih napetosti. (diapozitiv 6)
Pojavi se protislovje:Glede na položaj alkalijskih kovin v PSCE in glede na vzorce spreminjanja lastnosti elementov v podskupini je aktivnost kalija večja od aktivnosti litija. Po položaju v napetostnem nizu je litij najbolj aktiven.
Nov material. Učitelj razloži razliko med kemijsko in elektrokemično aktivnostjo in pojasni, da elektrokemični niz napetosti odraža sposobnost kovine, da se spremeni v hidratiziran ion, pri čemer je merilo aktivnosti kovine energija, ki je sestavljena iz treh členov (energija atomizacije, ionizacija). energija in hidracijska energija). Snov si zapisujemo v zvezek. (Prosojnice 7-10)
Skupaj pišemo v zvezek sklep: Manjši kot je polmer iona, večje je električno polje okoli njega, več energije se sprosti pri hidrataciji, zato so redukcijske lastnosti te kovine v reakcijah močnejše.
Zgodovinski podatki: govor študenta o Beketovem ustvarjanju niza odmikov kovin. (Slide 11)
Delovanje elektrokemičnih napetostnih nizov kovin je omejeno le z reakcijami kovin z raztopinami elektrolitov (kislin, soli).
Opomba:
- Redukcijske lastnosti kovin se zmanjšajo med reakcijami v vodnih raztopinah pri standardnih pogojih (250 °C, 1 atm);
- Kovina na levi izpodriva kovino na desno iz njihovih soli v raztopini;
- Kovine, ki stojijo pred vodikom, ga izpodrivajo iz kislin v raztopini (razen: HNO3);
- Jaz (Al) + H 2 O -> alkalije + H 2
drugo Jaz (do H 2) + H 2 O -> oksid + H 2 (težki pogoji)
Jaz (po H 2) + H 2 O -> ne reagirajo
(Slide 12)
Fantom se delijo opomniki.
Praktično delo:"Interakcija kovin z raztopinami soli" (diapozitiv 13)
Izvedite prehod:
- CuSO 4 —> FeSO 4
- CuSO 4 —> ZnSO 4
Prikaz izkušenj interakcije med raztopino bakra in živosrebrovega(II) nitrata.
III. Odsev, odsev.
Ponavljamo: v katerem primeru uporabljamo periodni sistem in v katerem je potrebna serija kovinskih napetosti? (Diapozitivi 14-15).
Vrnimo se k začetnim vprašanjem lekcije. Na ekranu prikažemo vprašanji 6 in 7. Analiziramo, katera trditev je napačna. Na zaslonu je tipka (kontrolna naloga 1). (Slide 16).
Povzemimo lekcijo:
- Kaj novega ste se naučili?
- V katerem primeru je mogoče uporabiti elektrokemično napetostno vrsto kovin?
domača naloga: (Slide 17)
- Ponovite koncept »POTENCIAL« iz tečaja fizike;
- Dopolni reakcijsko enačbo, zapiši enačbe za ravnotežje elektronov: Сu + Hg(NO 3) 2 →
- Podane so kovine ( Fe, Mg, Pb, Cu)– predlagati poskuse, ki potrjujejo lokacijo teh kovin v elektrokemičnem napetostnem nizu.
Ocenjujemo rezultate za igro blefa, delo za tablo, ustne odgovore, komunikacijo in praktično delo.
Uporabljena literatura:
- O.S. Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaya "Priročnik za učitelje. Kemija 11. razred II.del” Založba Bustard.
- N.L. Glinka "Splošna kemija".
Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, H 2 , Cu, Ag, Hg, Au
Čim bolj levo je kovina v nizu standardnih elektrodnih potencialov, tem močnejši redukcijski agent je kovinski litij, zlato je najšibkejše in, nasprotno, ion zlata (III) je najmočnejši oksidant; sredstvo, litij (I) je najšibkejši.
Vsaka kovina je sposobna reducirati iz soli v raztopini tiste kovine, ki so v nizu napetosti za njo; na primer, železo lahko izpodrine baker iz raztopin svojih soli. Vendar ne pozabite, da bodo alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine reagirale neposredno z vodo.
Kovine, ki stojijo v napetostnem nizu levo od vodika, ga lahko izpodrinejo iz raztopin razredčenih kislin in se v njih raztopijo.
Redukcijska aktivnost kovine ne ustreza vedno njenemu položaju v periodnem sistemu, saj se pri določanju mesta kovine v nizu ne upošteva le njena sposobnost oddajanja elektronov, temveč tudi energija, porabljena za uničenje kovine. kristalno mrežo kovine, pa tudi energijo, porabljeno za hidratacijo ionov.
Interakcija s preprostimi snovmi
Z kisik Večina kovin tvori okside - amfoterne in bazične:
4Li + O 2 = 2Li 2 O,
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.
Alkalijske kovine, razen litija, tvorijo perokside:
2Na + O 2 = Na 2 O 2.
Z halogeni kovine tvorijo soli halogenovodikovih kislin, npr.
Cu + Cl 2 = CuCl 2.
Z vodik najbolj aktivne kovine tvorijo ionske hidride - soli podobne snovi, v katerih ima vodik oksidacijsko stopnjo -1.
2Na + H2 = 2NaH.
Z siva kovine tvorijo sulfide - soli vodikove sulfidne kisline:
Z dušik Nekatere kovine tvorijo nitride skoraj vedno pri segrevanju:
3Mg + N2 = Mg3N2.
Z ogljik nastajajo karbidi:
4Al + 3C = Al 3 C 4.
Z fosfor – fosfidi:
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 .
Kovine lahko medsebojno delujejo in tvorijo intermetalne spojine :
2Na + Sb = Na 2 Sb,
3Cu + Au = Cu 3 Au.
Kovine se lahko pri visokih temperaturah raztopijo druga v drugi, ne da bi reagirale, se oblikovale zlitine.
Zlitine
Zlitine se imenujejo sistemi, sestavljeni iz dveh ali več kovin, pa tudi kovin in nekovin, ki imajo značilne lastnosti, značilne samo za kovinsko stanje.
Lastnosti zlitin so zelo raznolike in se razlikujejo od lastnosti njihovih sestavin, na primer, da zlato postane trše in primernejše za izdelavo nakita, mu dodajo srebro in zlitino, ki vsebuje 40% kadmija in 60% bizmuta. ima tališče 144 °C, kar je veliko nižje od tališča njegovih komponent (Cd 321 °C, Bi 271 °C).
Možne so naslednje vrste zlitin:
Staljene kovine se mešajo med seboj v poljubnem razmerju in se med seboj raztapljajo za nedoločen čas, na primer Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni in druge. Te zlitine so homogene po sestavi, imajo visoko kemično odpornost in prevajajo električni tok;
Poravnane kovine se med seboj pomešajo v poljubnem razmerju, ko pa se ohladijo, se ločijo in dobimo maso, sestavljeno iz posameznih kristalov komponent, na primer Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb in drugih.
Če iz celotnega niza standardnih elektrodnih potencialov izberemo le tiste elektrodne procese, ki ustrezajo splošni enačbi
potem dobimo niz kovinskih napetosti. Poleg kovin bo ta serija vedno vključevala vodik, kar vam omogoča, da vidite, katere kovine so sposobne izpodriniti vodik iz vodnih raztopin kislin.
Tabela 19. Vrste kovinskih napetosti
Številne napetosti za najpomembnejše kovine so podane v tabeli. 19. Položaj določene kovine v nizu napetosti označuje njeno sposobnost, da je podvržena redoks interakcijam v vodnih raztopinah pod standardnimi pogoji. Kovinski ioni so oksidanti, kovine v obliki enostavnih snovi pa reducenti. Še več, dlje kot je kovina v napetostnem nizu, močnejši oksidant v vodni raztopini so njeni ioni, in obratno, bližje kot je kovina začetku niza, močnejše so redukcijske lastnosti enostavnega snov - kovina.
Procesni potencial elektrode
v nevtralnem okolju je enako B (glej stran 273). Aktivne kovine na začetku serije, ki imajo potencial bistveno negativnejši od -0,41 V, izpodrivajo vodik iz vode. Magnezij izpodriva vodik samo iz tople vode. Kovine, ki se nahajajo med magnezijem in kadmijem, na splošno ne izpodrivajo vodika iz vode. Na površini teh kovin se tvorijo oksidni filmi, ki imajo zaščitni učinek.
Kovine, ki se nahajajo med magnezijem in vodikom, izpodrivajo vodik iz kislinskih raztopin. Hkrati se na površini nekaterih kovin tvorijo tudi zaščitni filmi, ki zavirajo reakcijo. Tako oksidni film na aluminiju naredi to kovino stabilno ne samo v vodi, ampak tudi v raztopinah nekaterih kislin. Svinec se ne topi v žveplovi kislini pri spodnji koncentraciji, saj je sol, ki nastane, ko svinec reagira z žveplovo kislino, netopna in ustvari zaščitno folijo na kovinski površini. Pojav globoke inhibicije oksidacije kovine zaradi prisotnosti zaščitnih oksidnih ali solnih filmov na njeni površini imenujemo pasivnost, stanje kovine v tem primeru pa pasivno stanje.
Kovine se lahko izpodrivajo iz solnih raztopin. Smer reakcije je določena z njunim relativnim položajem v nizu napetosti. Pri obravnavi posebnih primerov takšnih reakcij je treba zapomniti, da aktivne kovine izpodrivajo vodik ne samo iz vode, ampak tudi iz katere koli vodne raztopine. Zato se medsebojno izpodrivanje kovin iz raztopin njihovih soli praktično zgodi le pri kovinah, ki se nahajajo v nizu za magnezijem.
Beketov je bil prvi, ki je podrobno proučil izpodrivanje kovin iz njihovih spojin z drugimi kovinami. Kot rezultat svojega dela je razporedil kovine glede na njihovo kemijsko aktivnost v niz premikov, ki je prototip niza kovinskih napetosti.
Relativni položaj nekaterih kovin v seriji napetosti in v periodnem sistemu na prvi pogled ne ustreza drug drugemu. Na primer, glede na položaj v periodnem sistemu mora biti kemijska aktivnost kalija večja od natrija in natrija - večja od litija. V nizu napetosti je litij najbolj aktiven, kalij pa zavzema srednji položaj med litijem in natrijem. Cink in baker bi morala imeti glede na položaj v periodnem sistemu približno enako kemijsko aktivnost, vendar se v napetostnem nizu cink nahaja veliko prej kot baker. Razlog za tovrstno nedoslednost je naslednji.
Pri primerjavi kovin, ki zasedajo eno ali drugo mesto v periodnem sistemu, se ionizacijska energija prostih atomov vzame kot merilo njihove kemijske aktivnosti - redukcijske sposobnosti. Dejansko, ko se premikate na primer od zgoraj navzdol glavna podskupina Skupina I periodni sistem ionizacijska energija atomov se zmanjša, kar je povezano s povečanjem njihovih polmerov (tj. z večjo oddaljenostjo zunanjih elektronov od jedra) in s povečanim zaslonom pozitivnega naboja jedra z vmesnimi elektronskimi plastmi (glej § 31) . Zato kalijevi atomi izkazujejo večjo kemično aktivnost - imajo močnejše redukcijske lastnosti - kot natrijevi atomi, natrijevi atomi pa kažejo večjo aktivnost kot litijevi atomi.
Pri primerjavi kovin v seriji napetosti se kot merilo kemijske aktivnosti vzame delo pretvorbe kovine v trdnem stanju v hidratirane ione v vodni raztopini. To delo je mogoče predstaviti kot vsoto treh členov: atomizacijske energije - transformacija kovinskega kristala v izolirane atome, ionizacijske energije prostih kovinskih atomov in hidratacijske energije nastalih ionov. Energija atomizacije označuje trdnost kristalne mreže dane kovine. Energija ionizacije atomov - odstranitev valenčnih elektronov iz njih - je neposredno določena s položajem kovine v periodnem sistemu. Energija, ki se sprosti pri hidraciji, je odvisna od elektronske strukture iona, njegovega naboja in radija.
Litijevi in kalijevi ioni, ki imajo enak naboj, vendar različne radije, bodo ustvarili neenake električna polja. Polje, ki nastane v bližini majhnih litijevih ionov, bo močnejše od polja v bližini velikih kalijevih ionov. Iz tega je jasno, da bodo litijevi ioni hidrirali s sproščanjem več energije kot kalijevi ioni.
Tako se med obravnavano transformacijo energija porablja za atomizacijo in ionizacijo, energija pa se sprošča med hidratacijo. Manjša kot je skupna poraba energije, lažji bo celoten proces in bližje začetku niza napetosti se bo dana kovina nahajala. Toda od treh členov splošne energetske bilance je samo eden - ionizacijska energija - neposredno določen s položajem kovine v periodnem sistemu. Posledično ni razloga za pričakovanje, da bo relativni položaj določenih kovin v nizu napetosti vedno ustrezal njihovemu položaju v periodnem sistemu. Tako se za litij izkaže, da je skupna poraba energije manjša kot za kalij, po kateri je litij v napetostnem nizu pred kalijem.
Za baker in cink sta poraba energije za ionizacijo prostih atomov in dobiček energije med hidratacijo ionov blizu. Toda kovinski baker tvori močnejši kristalna mreža, kot cink, kot je razvidno iz primerjave tališč teh kovin: cink se tali pri , baker pa le pri . Zato je porabljena energija za atomizacijo teh kovin bistveno drugačna, zaradi česar so skupni stroški energije za celoten proces pri bakru veliko večji kot pri cinku, kar pojasnjuje relativno lego teh kovine v nizu napetosti.
Pri prehodu iz vode v nevodna topila se lahko relativni položaji kovin v napetostnem nizu spremenijo. Razlog za to je, da se solvatacijska energija različnih kovinskih ionov pri prehodu iz enega topila v drugo spreminja različno.
Zlasti bakrov ion se precej močno solvatira v nekaterih organskih topilih; To vodi do dejstva, da se v takih topilih baker nahaja v napetostnem nizu pred vodikom in ga izpodriva iz kislinskih raztopin.
Tako za razliko od periodnega sistema elementov niz napetosti kovin ni odsev splošni vzorci, na podlagi katerega je mogoče podati celovito karakterizacijo kemijskih lastnosti kovin. Niz napetosti označuje le redoks sposobnost elektrokemičnega sistema "kovina - kovinski ion" pod strogo določenimi pogoji: vrednosti, navedene v njem, se nanašajo na vodna raztopina, temperatura in enota koncentracije (aktivnosti) kovinskih ionov.
