Ενεργά μέταλλα. Ο κόσμος των σύγχρονων υλικών - ηλεκτροχημικές σειρές τάσεων μετάλλων Τι είναι η ηλεκτροχημική σειρά τάσεων μετάλλων

Ενότητες: Χημεία, Διαγωνισμός "Παρουσίαση για το μάθημα"

Τάξη: 11

Παρουσίαση για το μάθημα

Πίσω μπροστά

Προσοχή! Οι προεπισκοπήσεις διαφανειών είναι μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς και ενδέχεται να μην αντιπροσωπεύουν όλα τα χαρακτηριστικά της παρουσίασης. Εάν ενδιαφέρεστε για αυτό το έργο, κατεβάστε την πλήρη έκδοση.

Στόχοι:

• Εκπαιδευτικός:Εξέταση της χημικής δραστηριότητας των μετάλλων με βάση τη θέση τους στον περιοδικό πίνακα D.I. Mendeleev και στην ηλεκτροχημική σειρά τάσης των μετάλλων.
• Αναπτυξιακή:Να προωθήσει την ανάπτυξη της ακουστικής μνήμης, την ικανότητα σύγκρισης πληροφοριών, λογικής σκέψης και εξήγησης συνεχιζόμενων χημικών αντιδράσεων.
• Εκπαιδευτικός:Αναπτύσσουμε την ικανότητα της ανεξάρτητης εργασίας, την ικανότητα να εκφράζουμε εύλογα τη γνώμη μας και να ακούμε τους συμμαθητές μας και να ενσταλάνουμε στα παιδιά μια αίσθηση πατριωτισμού και υπερηφάνειας για τους συμπατριώτες τους.

Εξοπλισμός:Η/Υ με προβολέα πολυμέσων, μεμονωμένα εργαστήρια με σετ χημικών αντιδραστηρίων, μοντέλα μεταλλικών κρυσταλλικών δικτυωμάτων.

Τύπος μαθήματος: χρήση τεχνολογίας για την ανάπτυξη της κριτικής σκέψης.

Κατά τη διάρκεια των μαθημάτων

ΕΓΩ. Στάδιο πρόκλησης.

Ενημέρωση γνώσεων για το θέμα, αφύπνιση γνωστικής δραστηριότητας.

Παιχνίδι μπλόφα: "Πιστεύεις ότι..." (Διαφάνεια 3)

1. Τα μέταλλα καταλαμβάνουν την επάνω αριστερή γωνία στο PSHE.
2. Στους κρυστάλλους, τα μεταλλικά άτομα συνδέονται με μεταλλικούς δεσμούς.
3. Τα ηλεκτρόνια σθένους των μετάλλων είναι στενά συνδεδεμένα με τον πυρήνα.
4. Τα μέταλλα στις κύριες υποομάδες (Α) έχουν συνήθως 2 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό τους επίπεδο.
5. Στην ομάδα από πάνω προς τα κάτω παρατηρείται αύξηση των αναγωγικών ιδιοτήτων των μετάλλων.
6. Για να εκτιμηθεί η αντιδραστικότητα ενός μετάλλου σε διαλύματα οξέων και αλάτων, αρκεί να δούμε την ηλεκτροχημική σειρά τάσης των μετάλλων.
7. Για να εκτιμήσετε την αντιδραστικότητα ενός μετάλλου σε διαλύματα οξέων και αλάτων, απλά κοιτάξτε τον περιοδικό πίνακα του D.I. Μεντελέεφ

Ερώτηση για την τάξη;Τι σημαίνει η καταχώρηση; Me 0 – ne —> Me +n(Διαφάνεια 4)

Απάντηση:Το Me0 είναι ένας αναγωγικός παράγοντας, που σημαίνει ότι αλληλεπιδρά με οξειδωτικά μέσα. Τα ακόλουθα μπορούν να δράσουν ως οξειδωτικά μέσα:

1. Απλές ουσίες (+O 2, Cl 2, S...)
2. Σύνθετες ουσίες (Η 2 Ο, οξέα, διαλύματα αλάτων...)

II. Κατανόηση νέων πληροφοριών.

Ως μεθοδολογική τεχνική προτείνεται η σύνταξη ενός διαγράμματος αναφοράς.

Ερώτηση για την τάξη;Ποιοι παράγοντες καθορίζουν τις αναγωγικές ιδιότητες των μετάλλων; (Διαφάνεια 5)

Απάντηση:Από τη θέση στον περιοδικό πίνακα του D.I Mendeleev ή από τη θέση στην ηλεκτροχημική σειρά τάσης των μετάλλων.

Ο δάσκαλος εισάγει τις έννοιες: χημική και ηλεκτροχημική δραστηριότητα.

Πριν ξεκινήσουν την εξήγηση, τα παιδιά καλούνται να συγκρίνουν τη δραστηριότητα των ατόμων ΠΡΟΣ ΤΗΝΚαι Liθέση στον περιοδικό πίνακα Δ.Ι. Mendeleev και τη δραστηριότητα απλών ουσιών που σχηματίζονται από αυτά τα στοιχεία ανάλογα με τη θέση τους στην ηλεκτροχημική σειρά τάσης των μετάλλων. (Διαφάνεια 6)

Προκύπτει μια αντίφαση:Σύμφωνα με τη θέση των αλκαλιμετάλλων στο PSCE και σύμφωνα με τα μοτίβα των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων στην υποομάδα, η δραστηριότητα του καλίου είναι μεγαλύτερη από αυτή του λιθίου. Με βάση τη θέση στη σειρά τάσης, το λίθιο είναι το πιο ενεργό.

Νέο υλικό.Ο δάσκαλος εξηγεί τη διαφορά μεταξύ χημικής και ηλεκτροχημικής δραστηριότητας και εξηγεί ότι η ηλεκτροχημική σειρά τάσεων αντικατοπτρίζει την ικανότητα ενός μετάλλου να μετατρέπεται σε ενυδατωμένο ιόν, όπου το μέτρο της δραστηριότητας του μετάλλου είναι ενέργεια, η οποία αποτελείται από τρεις όρους (ενέργεια ατομοποίησης, ιονισμός ενέργεια και ενέργεια ενυδάτωσης). Καταγράφουμε το υλικό σε ένα τετράδιο. (Διαφάνειες 7-10)

Ας το γράψουμε μαζί σε ένα τετράδιο. συμπέρασμα:Όσο μικρότερη είναι η ακτίνα του ιόντος, τόσο μεγαλύτερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο γύρω από αυτό δημιουργείται, τόσο περισσότερη ενέργεια απελευθερώνεται κατά την ενυδάτωση, επομένως και οι ισχυρότερες αναγωγικές ιδιότητες αυτού του μετάλλου στις αντιδράσεις.

Ιστορική αναφορά:ομιλία μαθητή για τη δημιουργία μιας σειράς μετάλλων μετατόπισης από τον Beketov. (Διαφάνεια 11)

Η δράση της ηλεκτροχημικής σειράς μετάλλων τάσης περιορίζεται μόνο από τις αντιδράσεις μετάλλων με διαλύματα ηλεκτρολυτών (οξέα, άλατα).

Σημείωμα:

1. Οι αναγωγικές ιδιότητες των μετάλλων μειώνονται κατά τις αντιδράσεις σε υδατικά διαλύματα υπό τυπικές συνθήκες (250°C, 1 atm).
2. Το μέταλλο στα αριστερά μετατοπίζει το μέταλλο προς τα δεξιά από τα άλατά τους σε διάλυμα.
3. Μέταλλα που στέκονται πριν από το υδρογόνο το εκτοπίζουν από οξέα σε διάλυμα (εκτός: HNO3).
4. Εγώ (προς Αλ) + H 2 O -> αλκάλιο + H 2
   ΑλλαΕγώ (έως H 2) + H 2 O -> οξείδιο + H 2 (σκληρές συνθήκες)
   Εγώ (μετά το Η 2) + H 2 O -> δεν αντιδρούν

(Διαφάνεια 12)

Μοιράζονται υπενθυμίσεις στα παιδιά.

Πρακτική δουλειά:«Αλληλεπίδραση μετάλλων με διαλύματα αλάτων» (Διαφάνεια 13)

Κάντε τη μετάβαση:

• CuSO 4 —> FeSO 4
• CuSO 4 —> ZnSO 4

Επίδειξη εμπειρίας αλληλεπίδρασης μεταξύ διαλύματος χαλκού και νιτρικού υδραργύρου(II).

III. Αντανάκλαση, προβληματισμός.

Επαναλαμβάνουμε: σε ποια περίπτωση χρησιμοποιούμε τον περιοδικό πίνακα και σε ποια περίπτωση χρειάζεται μια σειρά μεταλλικών τάσεων; (Διαφάνειες 14-15).

Ας επιστρέψουμε στις αρχικές ερωτήσεις του μαθήματος. Εμφανίζουμε τις ερωτήσεις 6 και 7 στην οθόνη Αναλύουμε ποια πρόταση είναι λανθασμένη. Υπάρχει ένα πλήκτρο στην οθόνη (έλεγχος της εργασίας 1). (Διαφάνεια 16).

Ας συνοψίσουμε το μάθημα:

• Τι καινούργιο έμαθες;
• Σε ποια περίπτωση είναι δυνατή η χρήση της ηλεκτροχημικής σειράς τάσης μετάλλων;

Εργασία για το σπίτι: (Διαφάνεια 17)

1. Επαναλάβετε την έννοια του «ΔΥΝΑΤΙΚΟ» από το μάθημα της φυσικής.
2. Συμπληρώστε την εξίσωση αντίδρασης, γράψτε τις εξισώσεις ισορροπίας ηλεκτρονίων: Сu + Hg(NO 3) 2 →
3. Δίνονται μέταλλα ( Fe, Mg, Pb, Cu)– προτείνει πειράματα που επιβεβαιώνουν τη θέση αυτών των μετάλλων στην ηλεκτροχημική σειρά τάσης.

Αξιολογούμε τα αποτελέσματα για το παιχνίδι μπλόφα, την εργασία στο ταμπλό, τις προφορικές απαντήσεις, την επικοινωνία και την πρακτική εργασία.

Μεταχειρισμένα βιβλία:

1. Ο.Σ. Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaya «Εγχειρίδιο για δασκάλους. Χημεία 11η τάξη, μέρος ΙΙ” Εκδοτικός Οίκος Bustard.
2. N.L. Γκλίνκα «Γενική Χημεία».

Ποιες πληροφορίες μπορούν να ληφθούν από μια σειρά τάσεων;

Μια σειρά από τάσεις μετάλλων χρησιμοποιούνται ευρέως στην ανόργανη χημεία. Ειδικότερα, τα αποτελέσματα πολλών αντιδράσεων και ακόμη και η δυνατότητα υλοποίησής τους εξαρτώνται από τη θέση ενός συγκεκριμένου μετάλλου στο NER. Ας συζητήσουμε αυτό το θέμα με περισσότερες λεπτομέρειες.

Αλληλεπίδραση μετάλλων με οξέα

Μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά τάσης στα αριστερά του υδρογόνου αντιδρούν με οξέα - μη οξειδωτικά μέσα. Μέταλλα που βρίσκονται στο NER στα δεξιά του Η αλληλεπιδρούν μόνο με οξειδωτικά οξέα (ιδιαίτερα, με HNO 3 και συμπυκνωμένο H 2 SO 4).

Παράδειγμα 1. Ο ψευδάργυρος βρίσκεται στο NER στα αριστερά του υδρογόνου, επομένως, είναι σε θέση να αντιδράσει με όλα σχεδόν τα οξέα:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Παράδειγμα 2. Ο χαλκός βρίσκεται στο ERN στα δεξιά του H. αυτό το μέταλλο δεν αντιδρά με «συνηθισμένα» οξέα (HCl, H 3 PO 4, HBr, οργανικά οξέα), αλλά αλληλεπιδρά με οξειδωτικά οξέα (νιτρικό, πυκνό θειικό):

Cu + 4HNO 3 (συμπ.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Cu + 2H 2 SO 4 (συμπ.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Θα ήθελα να επιστήσω την προσοχή σας σε ένα σημαντικό σημείο: όταν τα μέταλλα αλληλεπιδρούν με οξειδωτικά οξέα, δεν απελευθερώνεται υδρογόνο, αλλά κάποιες άλλες ενώσεις. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτό!

Αλληλεπίδραση μετάλλων με νερό

Τα μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά τάσης στα αριστερά του Mg αντιδρούν εύκολα με νερό ήδη σε θερμοκρασία δωματίου, απελευθερώνοντας υδρογόνο και σχηματίζοντας ένα αλκαλικό διάλυμα.

Παράδειγμα 3. Το νάτριο, το κάλιο, το ασβέστιο διαλύονται εύκολα στο νερό για να σχηματίσουν ένα αλκαλικό διάλυμα:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

Τα μέταλλα που βρίσκονται στο εύρος τάσης από υδρογόνο έως μαγνήσιο (συμπεριλαμβανομένου) σε ορισμένες περιπτώσεις αλληλεπιδρούν με το νερό, αλλά οι αντιδράσεις απαιτούν συγκεκριμένες συνθήκες. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο και το μαγνήσιο αρχίζουν να αλληλεπιδρούν με το H 2 O μόνο αφού αφαιρέσουν το φιλμ οξειδίου από τη μεταλλική επιφάνεια. Ο σίδηρος δεν αντιδρά με το νερό σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά αντιδρά με τους υδρατμούς. Το κοβάλτιο, το νικέλιο, ο κασσίτερος και ο μόλυβδος πρακτικά δεν αλληλεπιδρούν με το H2O, όχι μόνο σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά και όταν θερμαίνονται.

Τα μέταλλα που βρίσκονται στη δεξιά πλευρά του ERN (ασήμι, χρυσός, πλατίνα) δεν αντιδρούν με το νερό σε καμία περίπτωση.

Αλληλεπίδραση μετάλλων με υδατικά διαλύματα αλάτων

Θα μιλήσουμε για αντιδράσεις του παρακάτω τύπου:

μέταλλο (*) + άλας μετάλλου (**) = μέταλλο (**) + μεταλλικό άλας (*)

Θα ήθελα να τονίσω ότι οι αστερίσκοι σε αυτή την περίπτωση δεν υποδεικνύουν την κατάσταση οξείδωσης ή το σθένος του μετάλλου, αλλά απλώς επιτρέπουν σε κάποιον να διακρίνει μεταξύ του μετάλλου Νο. 1 και του μετάλλου Νο. 2.

Για να πραγματοποιηθεί μια τέτοια αντίδραση, πρέπει να πληρούνται τρεις προϋποθέσεις ταυτόχρονα:

1. τα άλατα που εμπλέκονται στη διαδικασία πρέπει να διαλυθούν σε νερό (αυτό μπορεί εύκολα να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας τον πίνακα διαλυτότητας).
2. το μέταλλο (*) πρέπει να βρίσκεται στη σειρά τάσεων στα αριστερά του μετάλλου (**).
3. το μέταλλο (*) δεν πρέπει να αντιδρά με το νερό (το οποίο επίσης επαληθεύεται εύκολα από το ESI).

Παράδειγμα 4. Ας δούμε μερικές αντιδράσεις:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Η πρώτη αντίδραση είναι εύκολα εφικτή, πληρούνται όλες οι παραπάνω προϋποθέσεις: ο θειικός χαλκός είναι διαλυτός στο νερό, ο ψευδάργυρος βρίσκεται στο NER στα αριστερά του χαλκού, ο Zn δεν αντιδρά με το νερό.

Η δεύτερη αντίδραση είναι αδύνατη επειδή δεν πληρούται η πρώτη προϋπόθεση (το θειούχο χαλκό (II) είναι πρακτικά αδιάλυτο στο νερό). Η τρίτη αντίδραση δεν είναι εφικτή, καθώς ο μόλυβδος είναι λιγότερο ενεργό μέταλλο από τον σίδηρο (βρίσκεται στα δεξιά στο ESR). Τέλος, η τέταρτη διαδικασία ΔΕΝ θα οδηγήσει σε καθίζηση νικελίου επειδή το κάλιο αντιδρά με το νερό. το προκύπτον υδροξείδιο του καλίου μπορεί να αντιδράσει με το διάλυμα άλατος, αλλά αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική διαδικασία.

Διαδικασία θερμικής αποσύνθεσης νιτρικών αλάτων

Να σας υπενθυμίσω ότι τα νιτρικά είναι άλατα του νιτρικού οξέος. Όλα τα νιτρικά άλατα αποσυντίθενται όταν θερμαίνονται, αλλά η σύνθεση των προϊόντων αποσύνθεσης μπορεί να ποικίλλει. Η σύνθεση καθορίζεται από τη θέση του μετάλλου στη σειρά τάσεων.

Τα νιτρικά άλατα μετάλλων που βρίσκονται στο NER στα αριστερά του μαγνησίου, όταν θερμαίνονται, σχηματίζουν τα αντίστοιχα νιτρώδη και οξυγόνο:

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

Κατά τη θερμική αποσύνθεση των νιτρικών μετάλλων που βρίσκονται στο εύρος τάσης από Mg έως Cu, σχηματίζεται οξείδιο μετάλλου, NO 2 και οξυγόνο:

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

Τέλος, κατά την αποσύνθεση των νιτρικών των λιγότερο ενεργών μετάλλων (που βρίσκονται στο ERN στα δεξιά του χαλκού), σχηματίζεται μέταλλο, διοξείδιο του αζώτου και οξυγόνο.

Σειρά ηλεκτροχημικής δραστηριότητας μετάλλων (εύρος τάσης, εύρος τυπικών δυναμικών ηλεκτροδίων) - ακολουθία στην οποία τα μέταλλα είναι διατεταγμένα κατά σειρά αύξησης των τυπικών ηλεκτροχημικών δυναμικών τους φ 0, που αντιστοιχεί στη μισή αντίδραση αναγωγής του μεταλλικού κατιόντος Me n+: Me n+ + nē → Me

Ένας αριθμός τάσεων χαρακτηρίζει τη συγκριτική δραστηριότητα των μετάλλων σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής σε υδατικά διαλύματα.

Ιστορία

Η αλληλουχία της διάταξης των μετάλλων στη σειρά των αλλαγών στη χημική τους δράση ήταν ήδη γνωστή σε γενικές γραμμές στους αλχημιστές. Οι διαδικασίες αμοιβαίας μετατόπισης μετάλλων από διαλύματα και η επιφανειακή τους απόθεση (για παράδειγμα, η μετατόπιση αργύρου και χαλκού από διαλύματα αλάτων τους από σίδηρο) θεωρήθηκαν ως εκδήλωση της μεταστοιχείωσης στοιχείων.

Οι μεταγενέστεροι αλχημιστές έφτασαν κοντά στο να κατανοήσουν τη χημική πλευρά της αμοιβαίας καθίζησης μετάλλων από τα διαλύματά τους. Έτσι, ο Angelus Sala στο έργο του «Anatomia Vitrioli» (1613) κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα προϊόντα των χημικών αντιδράσεων αποτελούνται από τα ίδια «συστατικά» που περιείχαν οι αρχικές ουσίες. Στη συνέχεια, ο Robert Boyle πρότεινε μια υπόθεση σχετικά με τους λόγους για τους οποίους ένα μέταλλο εκτοπίζει ένα άλλο από τη λύση που βασίζεται σε σωματιδιακές έννοιες.

Στην εποχή της εμφάνισης της κλασικής χημείας, η ικανότητα των στοιχείων να μετατοπίζουν το ένα το άλλο από τις ενώσεις έγινε μια σημαντική πτυχή της κατανόησης της αντιδραστικότητας. Ο J. Berzelius, βασισμένος στην ηλεκτροχημική θεωρία της συγγένειας, κατασκεύασε μια ταξινόμηση στοιχείων, χωρίζοντάς τα σε «μεταλοειδή» (που χρησιμοποιείται πλέον ο όρος «μη μέταλλα») και «μέταλλα» και τοποθετώντας υδρογόνο μεταξύ τους.

Η αλληλουχία των μετάλλων ανάλογα με την ικανότητά τους να μετατοπίζουν το ένα το άλλο, γνωστή από καιρό στους χημικούς, μελετήθηκε ιδιαίτερα διεξοδικά και διεξοδικά και συμπληρώθηκε από τον N. N. Beketov τη δεκαετία του 1860 και τα επόμενα χρόνια. Ήδη το 1859, έκανε μια αναφορά στο Παρίσι με θέμα «Διερεύνηση των φαινομένων της μετατόπισης ορισμένων στοιχείων από άλλα». Σε αυτό το έργο, ο Beketov συμπεριέλαβε μια σειρά από γενικεύσεις σχετικά με τη σχέση μεταξύ της αμοιβαίας μετατόπισης των στοιχείων και του ατομικού τους βάρους, συνδέοντας αυτές τις διαδικασίες με το " οι αρχικές χημικές ιδιότητες των στοιχείων - αυτό που ονομάζεται χημική συγγένεια". Η ανακάλυψη του Beketov για τη μετατόπιση των μετάλλων από διαλύματα των αλάτων τους από το υδρογόνο υπό πίεση και η μελέτη της αναγωγικής δραστηριότητας αλουμινίου, μαγνησίου και ψευδαργύρου σε υψηλές θερμοκρασίες (μεταλλοθερμία) του επέτρεψαν να υποβάλει μια υπόθεση σχετικά με τη σύνδεση μεταξύ της ικανότητας ορισμένων στοιχεία για να εκτοπίσουν άλλα από ενώσεις με την πυκνότητά τους: ελαφρύτερες απλές ουσίες μπορούν να εκτοπίσουν πιο βαριές (επομένως αυτή η σειρά συχνά ονομάζεται επίσης Σειρά μετατόπισης του Beketov, ή απλά Σειρά Beketov).

Χωρίς να αρνούμαστε τα σημαντικά πλεονεκτήματα του Beketov στην ανάπτυξη σύγχρονων ιδεών για τη σειρά δραστηριοτήτων των μετάλλων, η ιδέα του ως του μοναδικού δημιουργού αυτής της σειράς, που υπάρχει στην εγχώρια λαϊκή και εκπαιδευτική λογοτεχνία, θα πρέπει να θεωρηθεί λανθασμένη. Πολυάριθμα πειραματικά δεδομένα που ελήφθησαν στα τέλη του 19ου αιώνα διέψευσαν την υπόθεση του Beketov. Έτσι, ο William Odling περιέγραψε πολλές περιπτώσεις «αντιστροφής της δραστηριότητας». Για παράδειγμα, ο χαλκός εκτοπίζει τον κασσίτερο από ένα συμπυκνωμένο οξινισμένο διάλυμα SnCl 2 και τον μόλυβδο από ένα όξινο διάλυμα PbCl 2 . είναι επίσης ικανό να διαλύεται σε πυκνό υδροχλωρικό οξύ με την απελευθέρωση υδρογόνου. Ο χαλκός, ο κασσίτερος και ο μόλυβδος βρίσκονται στη σειρά στα δεξιά του καδμίου, αλλά μπορούν να το εκτοπίσουν από ένα βραστό ελαφρώς οξινισμένο διάλυμα CdCl 2.

Η ταχεία ανάπτυξη της θεωρητικής και πειραματικής φυσικής χημείας έδειξε έναν άλλο λόγο για τις διαφορές στη χημική δραστηριότητα των μετάλλων. Με την ανάπτυξη των σύγχρονων εννοιών της ηλεκτροχημείας (κυρίως στα έργα του Walter Nernst), έγινε σαφές ότι αυτή η ακολουθία αντιστοιχεί στη "σειρά τάσεων" - τη διάταξη των μετάλλων σύμφωνα με την τιμή των τυπικών δυναμικών ηλεκτροδίων. Έτσι, αντί για ένα ποιοτικό χαρακτηριστικό - την "κλίση" ενός μετάλλου και του ιόντος του σε ορισμένες αντιδράσεις - ο Nerst εισήγαγε μια ακριβή ποσοτική τιμή που χαρακτηρίζει την ικανότητα κάθε μετάλλου να εισέρχεται σε διάλυμα με τη μορφή ιόντων, καθώς και να ανάγεται. από τα ιόντα στο μέταλλο στο ηλεκτρόδιο, και η αντίστοιχη σειρά πήρε το όνομα εύρος τυπικών δυναμικών ηλεκτροδίων.

Θεωρητική βάση

Οι τιμές των ηλεκτροχημικών δυναμικών είναι συνάρτηση πολλών μεταβλητών και επομένως παρουσιάζουν μια πολύπλοκη εξάρτηση από τη θέση των μετάλλων στον περιοδικό πίνακα. Έτσι, το δυναμικό οξείδωσης των κατιόντων αυξάνεται με αύξηση της ενέργειας ψεκασμού του μετάλλου, με αύξηση του συνολικού δυναμικού ιοντισμού των ατόμων του και με μείωση της ενέργειας ενυδάτωσης των κατιόντων του.

Στην πιο γενική μορφή, είναι σαφές ότι τα μέταλλα που βρίσκονται στην αρχή των περιόδων χαρακτηρίζονται από χαμηλές τιμές ηλεκτροχημικών δυναμικών και καταλαμβάνουν θέσεις στην αριστερή πλευρά της σειράς τάσης. Σε αυτή την περίπτωση, η εναλλαγή των μετάλλων αλκαλίων και αλκαλικών γαιών αντανακλά το φαινόμενο της διαγώνιας ομοιότητας. Τα μέταλλα που βρίσκονται πιο κοντά στο μέσο των περιόδων χαρακτηρίζονται από μεγάλες δυναμικές τιμές και καταλαμβάνουν θέσεις στο δεξί μισό της σειράς. Συνεπής αύξηση του ηλεκτροχημικού δυναμικού (από -3,395 V για το Eu 2+ /Eu [ ] έως +1,691 V για το ζεύγος Au + /Au) αντικατοπτρίζει μια μείωση της αναγωγικής δραστηριότητας των μετάλλων (την ικανότητα δωρεάς ηλεκτρονίων) και μια αύξηση στην οξειδωτική ικανότητα των κατιόντων τους (την ικανότητα να αποκτούν ηλεκτρόνια). Έτσι, ο ισχυρότερος αναγωγικός παράγοντας είναι το μεταλλικό ευρώπιο και ο ισχυρότερος οξειδωτικός παράγοντας είναι τα κατιόντα χρυσού Au+.

Το υδρογόνο περιλαμβάνεται παραδοσιακά στη σειρά τάσης, καθώς η πρακτική μέτρηση των ηλεκτροχημικών δυναμικών των μετάλλων γίνεται χρησιμοποιώντας ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου.

Πρακτική χρήση μιας σειράς τάσεων

Ένας αριθμός τάσεων χρησιμοποιείται στην πράξη για τη συγκριτική [σχετική] εκτίμηση της χημικής δραστηριότητας των μετάλλων σε αντιδράσεις με υδατικά διαλύματα αλάτων και οξέων και για την αξιολόγηση καθοδικών και ανοδικών διεργασιών κατά την ηλεκτρόλυση:

• Τα μέταλλα στα αριστερά του υδρογόνου είναι ισχυρότεροι αναγωγικοί παράγοντες από τα μέταλλα στα δεξιά: εκτοπίζουν το τελευταίο από τα διαλύματα αλάτων. Για παράδειγμα, η αλληλεπίδραση Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu είναι δυνατή μόνο προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός.
• Τα μέταλλα στη σειρά στα αριστερά του υδρογόνου εκτοπίζουν το υδρογόνο όταν αλληλεπιδρούν με υδατικά διαλύματα μη οξειδωτικών οξέων. τα πιο ενεργά μέταλλα (μέχρι και το αλουμίνιο) - και όταν αλληλεπιδρούν με το νερό.
• Τα μέταλλα της σειράς στα δεξιά του υδρογόνου δεν αλληλεπιδρούν με υδατικά διαλύματα μη οξειδωτικών οξέων υπό κανονικές συνθήκες.
• Κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης, τα μέταλλα στα δεξιά του υδρογόνου απελευθερώνονται στην κάθοδο. η αναγωγή των μέτρια ενεργών μετάλλων συνοδεύεται από την απελευθέρωση υδρογόνου. Τα πιο ενεργά μέταλλα (μέχρι το αλουμίνιο) δεν μπορούν να απομονωθούν από υδατικά διαλύματα αλάτων υπό κανονικές συνθήκες.

Πίνακας ηλεκτροχημικών δυναμικών μετάλλων

Μέταλλο	Κατιόν	φ 0, V	Αντιδραστικότητα	Ηλεκτρόλυση (στην κάθοδο):
	Li+	-3,0401	αντιδρά με το νερό	απελευθερώνεται υδρογόνο
	Cs+	-3,026
	Rb+	-2,98
	Κ+	-2,931
	Fr+	-2,92
	Ra 2+	-2,912
	Βα 2+	-2,905
	Sr 2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	Eu 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	Sm 2+	-2,68
	Md 2+	-2,40	αντιδρά με υδατικά διαλύματα οξέων
	La 3+	-2,379
	Υ 3+	-2,372
	Mg 2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Πρ 3+	-2,353
	Nd 3+	-2,323
	Ήρ 3+	-2,331
	Ho 3+	-2,33
	Tm 3+	-2,319
	Sm 3+	-2,304
	ΜΜ 3+	-2,30
	Fm 2+	-2,30
	Dy 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	Tb 3+	-2,28
	Gd 3+	-2,279
	Es 2+	-2,23
	Ac 3+	-2,20
	Dy 2+	-2,2
	ΜΜ 2+	-2,2
	Πρβλ. 2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	Είμαι 3+	-2,048
	cm 3+	-2,04
	Pu 3+	-2,031
	Ή 2+	-2,0
	Πρ 2+	-2,0
	ΕΕ 3+	-1,991
	Lr 3+	-1,96
	Πρβλ. 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Θ 4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	Να είσαι 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	MD 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		ανταγωνιστικές αντιδράσεις: τόσο η απελευθέρωση υδρογόνου όσο και η απελευθέρωση καθαρού μετάλλου
	Hf 4+	-1,55
	Zr 4+	-1,53
	Πα 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	Νο 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn 2+	-1,185
	V 2+	-1,175
	Σημ. 3+	-1,1
	Σημ. 5+	-0,96
	V 3+	-0,87
	Cr 2+	-0,852
	Zn 2+	-0,763
	Cr 3+	-0,74
	Ga 3+	-0,560

Grosse E., Weissmantel H.

Χημεία για τους περίεργους. Βασικά στοιχεία της χημείας και ψυχαγωγικά πειράματα.

Κεφάλαιο 3 (συνέχεια)

ΜΙΚΡΟ ΜΑΘΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΕΙΑΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Έχουμε ήδη εξοικειωθεί με την ηλεκτρόλυση διαλυμάτων χλωριούχων μετάλλων αλκαλίων και την παραγωγή μετάλλων με τη χρήση τήγματος. Τώρα ας προσπαθήσουμε να χρησιμοποιήσουμε αρκετά απλά πειράματα για να μελετήσουμε μερικούς από τους νόμους της ηλεκτροχημείας των υδατικών διαλυμάτων και των γαλβανικών στοιχείων και επίσης να εξοικειωθούμε με την παραγωγή προστατευτικών γαλβανικών επικαλύψεων.
Οι ηλεκτροχημικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη αναλυτική χημεία και χρησιμεύουν για τον προσδιορισμό των σημαντικότερων ποσοτήτων της θεωρητικής χημείας.
Τέλος, η διάβρωση μεταλλικών αντικειμένων, που προκαλεί μεγάλες ζημιές στην εθνική οικονομία, στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ηλεκτροχημική διαδικασία.

ΣΕΙΡΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΣΤΡΕΣ

Ο θεμελιώδης κρίκος για την κατανόηση των ηλεκτροχημικών διεργασιών είναι η σειρά τάσης των μετάλλων. Τα μέταλλα μπορούν να ταξινομηθούν σε μια σειρά που αρχίζει με τα χημικά ενεργά και τελειώνει με τα λιγότερο ενεργά ευγενή μέταλλα:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
Αυτή είναι, σύμφωνα με τις τελευταίες ιδέες, μια σειρά από τάσεις για τα πιο σημαντικά μέταλλα και το υδρογόνο. Εάν τα ηλεκτρόδια ενός γαλβανικού στοιχείου είναι κατασκευασμένα από οποιαδήποτε δύο μέταλλα στη σειρά, τότε μια αρνητική τάση θα εμφανιστεί στο υλικό που προηγείται της σειράς.
Τιμή τάσης ( ηλεκτροχημικό δυναμικό) εξαρτάται από τη θέση του στοιχείου στη σειρά τάσης και από τις ιδιότητες του ηλεκτρολύτη.
Θα καθορίσουμε την ουσία της σειράς τάσης από πολλά απλά πειράματα, για τα οποία θα χρειαστούμε μια πηγή ρεύματος και ηλεκτρικά όργανα μέτρησης. Διαλύστε περίπου 10 g κρυσταλλικού θειικού χαλκού σε 100 ml νερού και βυθίστε μια χαλύβδινη βελόνα ή ένα κομμάτι φύλλου σιδήρου στο διάλυμα. (Συνιστούμε να καθαρίσετε πρώτα το σίδερο μέχρι να γυαλίσει με λεπτό γυαλόχαρτο.) Μετά από λίγο, το σίδερο θα καλυφθεί με μια κοκκινωπή στρώση απελευθερωμένου χαλκού. Ο πιο ενεργός σίδηρος εκτοπίζει τον χαλκό από το διάλυμα, με τον σίδηρο να διαλύεται ως ιόντα και τον χαλκό να απελευθερώνεται ως μέταλλο. Η διαδικασία συνεχίζεται όσο το διάλυμα έρχεται σε επαφή με το σίδερο. Μόλις ο χαλκός καλύψει όλη την επιφάνεια του σιδήρου, πρακτικά θα σταματήσει. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα μάλλον πορώδες στρώμα χαλκού, επομένως δεν μπορούν να ληφθούν προστατευτικές επικαλύψεις χωρίς τη χρήση ρεύματος.
Στα επόμενα πειράματα, θα κατεβάσουμε μικρές λωρίδες ψευδαργύρου και λαμαρίνας μολύβδου σε διάλυμα θειικού χαλκού. Μετά από 15 λεπτά, τα βγάζουμε, τα πλένουμε και τα εξετάζουμε στο μικροσκόπιο. Μπορούμε να διακρίνουμε όμορφα μοτίβα που μοιάζουν με πάγο, τα οποία στο ανακλώμενο φως έχουν κόκκινο χρώμα και αποτελούνται από απελευθερωμένο χαλκό. Και εδώ, πιο ενεργά μέταλλα μετέτρεψαν τον χαλκό από την ιοντική σε μεταλλική κατάσταση.
Με τη σειρά του, ο χαλκός μπορεί να εκτοπίσει μέταλλα που είναι χαμηλότερα στη σειρά τάσης, δηλαδή λιγότερο ενεργά. Εφαρμόστε μερικές σταγόνες διαλύματος νιτρικού αργύρου σε μια λεπτή λωρίδα από φύλλο χαλκού ή πεπλατυσμένο σύρμα χαλκού (έχοντας προηγουμένως καθαρίσει την επιφάνεια ώστε να γυαλίσει). Με γυμνό μάτι μπορείτε να δείτε τη μαύρη επίστρωση που προκύπτει, η οποία κάτω από ένα μικροσκόπιο στο ανακλώμενο φως μοιάζει με λεπτές βελόνες και σχέδια φυτών (οι λεγόμενοι δενδρίτες).
Για να απομονώσετε τον ψευδάργυρο χωρίς ρεύμα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε ένα πιο ενεργό μέταλλο. Εξαιρώντας τα μέταλλα που αντιδρούν βίαια με το νερό, βρίσκουμε το μαγνήσιο στη σειρά τάσης πάνω από τον ψευδάργυρο. Τοποθετήστε μερικές σταγόνες διαλύματος θειικού ψευδαργύρου σε ένα κομμάτι ταινίας μαγνησίου ή σε λεπτά ρινίσματα ηλεκτρονίων. Λαμβάνουμε διάλυμα θειικού ψευδαργύρου διαλύοντας ένα κομμάτι ψευδάργυρου σε αραιό θειικό οξύ. Ταυτόχρονα με τον θειικό ψευδάργυρο, προσθέστε μερικές σταγόνες μετουσιωμένης αλκοόλης. Στο μαγνήσιο, μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, θα παρατηρήσουμε, ειδικά στο μικροσκόπιο, ψευδάργυρο που απελευθερώνεται με τη μορφή λεπτών κρυστάλλων.
Γενικά, οποιοδήποτε μέλος της σειράς τάσης μπορεί να εκτοπιστεί από το διάλυμα, όπου υπάρχει ως ιόν, και να μετατραπεί στη μεταλλική κατάσταση. Ωστόσο, όταν δοκιμάζουμε κάθε είδους συνδυασμούς, μπορεί να απογοητευτούμε. Φαίνεται ότι εάν μια λωρίδα αλουμινίου βυθιστεί σε διαλύματα αλάτων χαλκού, σιδήρου, μολύβδου και ψευδαργύρου, αυτά τα μέταλλα θα πρέπει να απελευθερωθούν σε αυτήν. Αυτό, όμως, δεν συμβαίνει. Ο λόγος της αστοχίας δεν έγκειται σε σφάλμα στη σειρά τάσης, αλλά βασίζεται σε μια ειδική αναστολή της αντίδρασης, η οποία στην περίπτωση αυτή οφείλεται σε ένα λεπτό φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια του αλουμινίου. Σε τέτοιες λύσεις, το αλουμίνιο ονομάζεται παθητικό.

ΑΣ ΚΟΙΤΑΞΟΥΜΕ ΠΙΣΩ ΤΑ ΠΑΡΑΣΚΗΝΙΑ

Για να διατυπώσουμε τους νόμους των εν εξελίξει διεργασιών, μπορούμε να περιοριστούμε στην εξέταση κατιόντων και να αποκλείσουμε τα ανιόντα, αφού τα ίδια δεν συμμετέχουν στην αντίδραση. (Ωστόσο, ο ρυθμός εναπόθεσης επηρεάζεται από τον τύπο των ανιόντων.) Εάν, για λόγους απλότητας, υποθέσουμε ότι τόσο τα κατακρημνισμένα όσο και τα διαλυμένα μέταλλα παράγουν διπλά φορτισμένα κατιόντα, τότε μπορούμε να γράψουμε:

Me 1 + Me 2 2+ = Me 1 2+ + Me 2

Επιπλέον, για το πρώτο πείραμα Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
Έτσι, η διαδικασία συνίσταται στην ανταλλαγή φορτίων (ηλεκτρονίων) μεταξύ ατόμων και ιόντων και των δύο μετάλλων. Αν θεωρήσουμε ξεχωριστά (ως ενδιάμεσες αντιδράσεις) τη διάλυση του σιδήρου ή την καθίζηση του χαλκού, παίρνουμε:

Fe = Fe 2+ + 2 μι --

Сu 2+ + 2 μι-- = Cu

Ας εξετάσουμε τώρα την περίπτωση που το μέταλλο είναι βυθισμένο σε νερό ή σε διάλυμα άλατος, με το κατιόν του οποίου η ανταλλαγή είναι αδύνατη λόγω της θέσης του στη σειρά τάσεων. Παρόλα αυτά, το μέταλλο τείνει να διοχετεύεται σε διάλυμα με τη μορφή ιόντος. Σε αυτή την περίπτωση, το άτομο μετάλλου δίνει δύο ηλεκτρόνια (εάν το μέταλλο είναι δισθενές), η επιφάνεια του μετάλλου που βυθίζεται στο διάλυμα γίνεται αρνητικά φορτισμένη σε σχέση με το διάλυμα και σχηματίζεται ένα διπλό ηλεκτρικό στρώμα στη διεπιφάνεια. Αυτή η διαφορά δυναμικού εμποδίζει την περαιτέρω διάλυση του μετάλλου, έτσι ώστε η διαδικασία να σταματήσει σύντομα.
Εάν δύο διαφορετικά μέταλλα βυθιστούν σε ένα διάλυμα, θα φορτιστούν και τα δύο, αλλά το λιγότερο ενεργό θα είναι κάπως πιο αδύναμο, λόγω του γεγονότος ότι τα άτομα του είναι λιγότερο επιρρεπή στην απώλεια ηλεκτρονίων.
Ας συνδέσουμε και τα δύο μέταλλα με έναν αγωγό. Λόγω της διαφοράς δυναμικού, μια ροή ηλεκτρονίων θα ρέει από το πιο ενεργό μέταλλο στο λιγότερο ενεργό, το οποίο σχηματίζει τον θετικό πόλο του στοιχείου. Συμβαίνει μια διαδικασία κατά την οποία το πιο ενεργό μέταλλο εισέρχεται σε διάλυμα και κατιόντα από το διάλυμα απελευθερώνονται στο πιο ευγενές μέταλλο. Ας επεξηγήσουμε τώρα με πολλά πειράματα τον κάπως αφηρημένο συλλογισμό που δόθηκε παραπάνω (που, επιπλέον, αντιπροσωπεύει μια κατάφωρη απλοποίηση).
Αρχικά, γεμίστε ένα ποτήρι ζέσεως 250 ml μέχρι τη μέση με διάλυμα θειικού οξέος 10% και βυθίστε σε αυτό όχι πολύ μικρά κομμάτια ψευδαργύρου και χαλκού. Συγκολλάμε ή πριτσίνουμε χάλκινο σύρμα και στα δύο ηλεκτρόδια, τα άκρα των οποίων δεν πρέπει να αγγίζουν το διάλυμα.
Όσο οι άκρες του σύρματος δεν συνδέονται μεταξύ τους, θα παρατηρούμε τη διάλυση του ψευδαργύρου, η οποία συνοδεύεται από την απελευθέρωση υδρογόνου. Ο ψευδάργυρος, όπως προκύπτει από τη σειρά τάσης, είναι πιο ενεργός από το υδρογόνο, επομένως το μέταλλο μπορεί να εκτοπίσει το υδρογόνο από την ιοντική κατάσταση. Ένα ηλεκτρικό διπλό στρώμα σχηματίζεται και στα δύο μέταλλα. Ο ευκολότερος τρόπος ανίχνευσης της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι με ένα βολτόμετρο. Αμέσως μετά τη σύνδεση της συσκευής στο κύκλωμα, το βέλος θα δείξει περίπου 1 V, αλλά στη συνέχεια η τάση θα πέσει γρήγορα. Εάν συνδέσετε μια μικρή λάμπα που καταναλώνει 1 V στο στοιχείο, θα ανάψει - στην αρχή αρκετά έντονα, και στη συνέχεια η λάμψη θα γίνει αδύναμη.
Με βάση την πολικότητα των ακροδεκτών της συσκευής, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το ηλεκτρόδιο χαλκού είναι ο θετικός πόλος. Αυτό μπορεί να αποδειχθεί χωρίς συσκευή λαμβάνοντας υπόψη την ηλεκτροχημεία της διαδικασίας. Ας ετοιμάσουμε ένα κορεσμένο διάλυμα επιτραπέζιου αλατιού σε ένα μικρό ποτήρι ζέσεως ή δοκιμαστικό σωλήνα, προσθέτουμε περίπου 0,5 ml αλκοολούχου διαλύματος του δείκτη φαινολοφθαλεΐνης και βυθίζουμε και τα δύο ηλεκτρόδια κλειστά με σύρμα στο διάλυμα. Ένα αχνό κοκκινωπό χρώμα θα παρατηρηθεί κοντά στον αρνητικό πόλο, το οποίο προκαλείται από το σχηματισμό υδροξειδίου του νατρίου στην κάθοδο.
Σε άλλα πειράματα, μπορεί κανείς να τοποθετήσει διάφορα ζεύγη μετάλλων σε μια κυψέλη και να καθορίσει την τάση που προκύπτει. Για παράδειγμα, το μαγνήσιο και το ασήμι θα δώσουν μια ιδιαίτερα μεγάλη διαφορά δυναμικού λόγω της σημαντικής απόστασης μεταξύ τους και μιας σειράς τάσεων, ενώ ο ψευδάργυρος και ο σίδηρος, αντίθετα, θα δώσουν μια πολύ μικρή, λιγότερο από το ένα δέκατο του βολτ. Χρησιμοποιώντας αλουμίνιο, δεν θα λάβουμε σχεδόν καθόλου ρεύμα λόγω παθητικοποίησης.
Όλα αυτά τα στοιχεία ή, όπως λένε οι ηλεκτροχημικοί, τα κυκλώματα, έχουν το μειονέκτημα ότι κατά τη μέτρηση του ρεύματος, η τάση σε αυτά πέφτει πολύ γρήγορα. Επομένως, οι ηλεκτροχημικοί μετρούν πάντα την πραγματική τιμή της τάσης σε κατάσταση απενεργοποίησης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αντιστάθμισης τάσης, δηλαδή συγκρίνοντάς την με την τάση μιας άλλης πηγής ρεύματος.
Ας εξετάσουμε τις διεργασίες στο στοιχείο χαλκού-ψευδάργυρου με λίγο περισσότερες λεπτομέρειες. Στην κάθοδο, ο ψευδάργυρος μεταφέρεται σε διάλυμα σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση:

Zn = Zn 2+ + 2 μι --

Τα ιόντα υδρογόνου του θειικού οξέος εκκενώνονται στην άνοδο του χαλκού. Συνδέουν ηλεκτρόνια που προέρχονται από το σύρμα από την κάθοδο ψευδαργύρου και ως αποτέλεσμα σχηματίζονται φυσαλίδες υδρογόνου:

2Η + + 2 μι-- = N 2

Μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, ο χαλκός θα καλυφθεί με ένα λεπτό στρώμα φυσαλίδων υδρογόνου. Σε αυτή την περίπτωση, το ηλεκτρόδιο χαλκού θα μετατραπεί σε υδρογόνο και η διαφορά δυναμικού θα μειωθεί. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πόλωση ηλεκτροδίων. Η πόλωση του ηλεκτροδίου χαλκού μπορεί να εξαλειφθεί προσθέτοντας λίγο διάλυμα διχρωμικού καλίου στο στοιχείο μετά την πτώση τάσης. Μετά από αυτό, η τάση θα αυξηθεί ξανά, καθώς το διχρωμικό κάλιο θα οξειδώσει το υδρογόνο σε νερό. Το διχρωμικό κάλιο δρα σε αυτή την περίπτωση ως αποπολωτικό.
Στην πράξη, χρησιμοποιούνται γαλβανικά κυκλώματα των οποίων τα ηλεκτρόδια δεν είναι πολωμένα ή κυκλώματα των οποίων η πόλωση μπορεί να εξαλειφθεί με την προσθήκη αποπολωτών.
Ως παράδειγμα μη πολώσιμου στοιχείου, θεωρήστε το στοιχείο Daniel, το οποίο χρησιμοποιήθηκε συχνά στο παρελθόν ως τρέχουσα πηγή. Αυτό είναι επίσης ένα στοιχείο χαλκού-ψευδάργυρου, αλλά και τα δύο μέταλλα βυθίζονται σε διαφορετικά διαλύματα. Το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου τοποθετείται σε ένα πορώδες πηλό κελί γεμάτο με αραιό (περίπου 20%) θειικό οξύ. Το πηλό κελί αιωρείται σε ένα μεγάλο ποτήρι που περιέχει ένα συμπυκνωμένο διάλυμα θειικού χαλκού και στον πυθμένα υπάρχει ένα στρώμα κρυστάλλων θειικού χαλκού. Το δεύτερο ηλεκτρόδιο σε αυτό το δοχείο είναι ένας κύλινδρος από φύλλο χαλκού.
Αυτό το στοιχείο μπορεί να κατασκευαστεί από ένα γυάλινο βάζο, ένα πήλινο στοιχείο που διατίθεται στο εμπόριο (σε ακραίες περιπτώσεις χρησιμοποιούμε γλάστρα, κλείνοντας την τρύπα στον πάτο) και δύο ηλεκτρόδια κατάλληλου μεγέθους.
Κατά τη λειτουργία του στοιχείου, ο ψευδάργυρος διαλύεται για να σχηματίσει θειικό ψευδάργυρο και ιόντα χαλκού απελευθερώνονται στο ηλεκτρόδιο χαλκού. Αλλά ταυτόχρονα, το ηλεκτρόδιο χαλκού δεν είναι πολωμένο και το στοιχείο παράγει τάση περίπου 1 V. Στην πραγματικότητα, θεωρητικά, η τάση στους ακροδέκτες είναι 1,10 V, αλλά όταν συλλέγουμε ρεύμα μετράμε μια ελαφρώς χαμηλότερη τιμή λόγω του ηλεκτρικού αντίσταση του κυττάρου.
Εάν δεν αφαιρέσουμε το ρεύμα από το στοιχείο, πρέπει να αφαιρέσουμε το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου από το διάλυμα θειικού οξέος, γιατί διαφορετικά θα διαλυθεί για να σχηματίσει υδρογόνο.
Ένα διάγραμμα ενός απλού κελιού που δεν απαιτεί πορώδες διαμέρισμα φαίνεται στο σχήμα. Το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου βρίσκεται στο πάνω μέρος του γυάλινου βάζου και το ηλεκτρόδιο χαλκού βρίσκεται κοντά στο κάτω μέρος. Ολόκληρο το κελί είναι γεμάτο με ένα κορεσμένο διάλυμα επιτραπέζιου αλατιού. Τοποθετήστε μια χούφτα κρυστάλλους θειικού χαλκού στον πάτο του βάζου. Το προκύπτον συμπυκνωμένο διάλυμα θειικού χαλκού θα αναμιχθεί με το διάλυμα επιτραπέζιου αλατιού πολύ αργά. Επομένως, όταν το στοιχείο λειτουργεί, ο χαλκός θα απελευθερωθεί στο ηλεκτρόδιο του χαλκού και ο ψευδάργυρος θα διαλυθεί με τη μορφή θειικού ή χλωρίου στο πάνω μέρος του στοιχείου.
Σήμερα, οι μπαταρίες χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά ξηρές κυψέλες, οι οποίες είναι πιο βολικές στη χρήση. Πρόγονός τους είναι το στοιχείο Leclanche. Τα ηλεκτρόδια είναι ένας κύλινδρος ψευδαργύρου και μια ράβδος άνθρακα. Ο ηλεκτρολύτης είναι μια πάστα που αποτελείται κυρίως από χλωριούχο αμμώνιο. Ο ψευδάργυρος διαλύεται στην πάστα και το υδρογόνο απελευθερώνεται στον άνθρακα. Για να αποφευχθεί η πόλωση, η ράβδος άνθρακα βυθίζεται σε μια λινή σακούλα που περιέχει ένα μείγμα σκόνης άνθρακα και πυρολουσίτη. Η σκόνη άνθρακα αυξάνει την επιφάνεια του ηλεκτροδίου και ο πυρολουσίτης δρα ως αποπολωτής, οξειδώνοντας αργά το υδρογόνο.
Είναι αλήθεια ότι η ικανότητα αποπόλωσης του πυρολουσίτη είναι ασθενέστερη από αυτή του προαναφερθέντος διχρωμικού καλίου. Επομένως, όταν λαμβάνεται ρεύμα σε ξηρές κυψέλες, η τάση πέφτει γρήγορα, κουράζομαι"λόγω πόλωσης. Μόνο μετά από κάποιο χρονικό διάστημα συμβαίνει η οξείδωση του υδρογόνου με τον πυρολουσίτη. Έτσι, τα στοιχεία " ανάπαυση", αν δεν περνάτε ρεύμα για κάποιο χρονικό διάστημα. Ας το ελέγξουμε σε μπαταρία για φακό, στον οποίο συνδέουμε μια λάμπα. Παράλληλα με τη λάμπα, δηλαδή απευθείας στους ακροδέκτες, συνδέουμε ένα βολτόμετρο.
Στην αρχή, η τάση θα είναι περίπου 4,5 V. (Συνήθως, τέτοιες μπαταρίες έχουν τρία στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά, το καθένα με θεωρητική τάση 1,48 V.) Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, η τάση θα πέσει και η λάμψη του λαμπτήρα θα αποδυναμώνω. Με βάση τις ενδείξεις του βολτόμετρου, μπορούμε να κρίνουμε πόσο χρόνο χρειάζεται η μπαταρία να ξεκουραστεί.
Ξεχωριστή θέση κατέχουν τα αναγεννητικά στοιχεία γνωστά ως μπαταρίες. Υποβάλλονται σε αναστρέψιμες αντιδράσεις και μπορούν να επαναφορτιστούν μετά την εκφόρτιση της κυψέλης συνδέοντας σε μια εξωτερική πηγή DC.
Επί του παρόντος, οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος είναι οι πιο συνηθισμένες. Ο ηλεκτρολύτης σε αυτά είναι αραιό θειικό οξύ, στο οποίο βυθίζονται δύο πλάκες μολύβδου. Το θετικό ηλεκτρόδιο είναι επικαλυμμένο με διοξείδιο του μολύβδου PbO 2, το αρνητικό είναι μεταλλικός μόλυβδος. Η τάση στους ακροδέκτες είναι περίπου 2,1 V. Κατά την εκφόρτιση, σχηματίζεται θειικός μόλυβδος και στις δύο πλάκες, ο οποίος και πάλι μετατρέπεται σε μεταλλικό μόλυβδο και υπεροξείδιο του μολύβδου κατά τη φόρτιση.

ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΑΛΒΑΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΡΩΣΕΩΝ

Η εναπόθεση μετάλλων από υδατικά διαλύματα με χρήση ηλεκτρικού ρεύματος είναι η αντίστροφη διαδικασία ηλεκτρολυτικής διάλυσης, με την οποία εξοικειωθήκαμε όταν εξετάζουμε τα γαλβανικά κύτταρα. Πρώτα απ 'όλα, θα εξετάσουμε την εναπόθεση χαλκού, η οποία χρησιμοποιείται σε ένα χάλκινο κουλόμετρο για τη μέτρηση της ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας.

Το μέταλλο εναποτίθεται με ρεύμα

Έχοντας λυγίσει τις άκρες δύο λεπτών λαμαρινών χάλκινων πιάτων, τις κρεμάμε σε απέναντι τοιχώματα ενός ποτηριού ή, καλύτερα, σε ένα μικρό γυάλινο ενυδρείο. Συνδέουμε τα καλώδια στις πλάκες με ακροδέκτες.
ΗλεκτρολύτηςΑς ετοιμάσουμε σύμφωνα με την παρακάτω συνταγή: 125 g κρυσταλλικού θειικού χαλκού, 50 g πυκνού θειικού οξέος και 50 g αλκοόλης (μετουσιωμένη αλκοόλη), το υπόλοιπο είναι νερό μέχρι 1 λίτρο. Για να γίνει αυτό, διαλύστε πρώτα θειικό χαλκό σε 500 ml νερό και στη συνέχεια προσθέστε προσεκτικά θειικό οξύ σε μικρές μερίδες ( Θέρμανση! Το υγρό μπορεί να πιτσιλίσει!), στη συνέχεια προσθέστε αλκοόλ και προσθέστε νερό σε όγκο 1 λίτρου.
Γεμίστε το κουλόμετρο με το παρασκευασμένο διάλυμα και συνδέστε μια μεταβλητή αντίσταση, ένα αμπερόμετρο και μια μπαταρία μολύβδου στο κύκλωμα. Χρησιμοποιώντας αντίσταση, ρυθμίζουμε το ρεύμα έτσι ώστε η πυκνότητά του να είναι 0,02-0,01 A/cm 2 της επιφάνειας του ηλεκτροδίου. Εάν η χάλκινη πλάκα έχει επιφάνεια 50 cm2, τότε το ρεύμα πρέπει να είναι στην περιοχή 0,5-1 A.
Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, ο ελαφρύς μεταλλικός χαλκός θα αρχίσει να κατακρημνίζεται στην κάθοδο (αρνητικό ηλεκτρόδιο) και ο χαλκός θα εισέλθει σε διάλυμα στην άνοδο (θετικό ηλεκτρόδιο). Για να καθαρίσουμε τις χάλκινες πλάκες, θα περάσουμε ρεύμα από το κουλόμετρο για περίπου μισή ώρα. Στη συνέχεια βγάζουμε την κάθοδο, την στεγνώνουμε προσεκτικά με διηθητικό χαρτί και τη ζυγίζουμε με ακρίβεια. Ας εγκαταστήσουμε ένα ηλεκτρόδιο στο κελί, κλείσουμε το κύκλωμα χρησιμοποιώντας ρεοστάτη και διατηρήσουμε σταθερό ρεύμα, για παράδειγμα 1 Α. Μετά από μια ώρα, ανοίξτε το κύκλωμα και ζυγίστε ξανά την αποξηραμένη κάθοδο. Με ρεύμα 1 Α, η μάζα του θα αυξάνεται κατά 1,18 g ανά ώρα λειτουργίας.
Επομένως, μια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ίση με 1 αμπέρ ώρα που διέρχεται από ένα διάλυμα μπορεί να απελευθερώσει 1,18 g χαλκού. Ή γενικά: η ποσότητα της ουσίας που απελευθερώνεται είναι ευθέως ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από το διάλυμα.
Για να απομονωθεί 1 ισοδύναμο ιόντος, είναι απαραίτητο να περάσει μέσα από το διάλυμα ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ίση με το γινόμενο του φορτίου ηλεκτροδίου e και τον αριθμό του Avogadro ΝΕΝΑ:
e*N A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Αυτή η τιμή υποδεικνύεται με το σύμβολο φάκαι πήρε το όνομά του από τον ανακάλυψε τους ποσοτικούς νόμους της ηλεκτρόλυσης Αριθμός Faraday(ακριβής αξία φά- 96.498 A*s*mol -1). Επομένως, για να απομονωθεί ένας δεδομένος αριθμός ισοδυνάμων από μια λύση nε πρέπει να περάσει από το διάλυμα ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ίση με F*n e A*s*mol -1. Με άλλα λόγια,
Το =F*nεδώ Εγώ- ρεύμα, t- χρόνος διέλευσης ρεύματος από το διάλυμα. στο κεφάλαιο " Βασικά τιτλοδότησης«Έχει ήδη αποδειχθεί ότι ο αριθμός των ισοδυνάμων μιας ουσίας nΤο e είναι ίσο με το γινόμενο του αριθμού των moles και του ισοδύναμου αριθμού:
nε = n*ΖΩς εκ τούτου:

Εγώ*t = F*n*Z

Σε αυτήν την περίπτωση Ζ- φορτίο ιόντων (για Ag + Ζ= 1, για Cu 2+ Ζ= 2, για Al 3+ Ζ= 3, κ.λπ.). Αν εκφράσουμε τον αριθμό των mol ως αναλογία μάζας προς μοριακή μάζα ( n = m/M), τότε παίρνουμε έναν τύπο που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε όλες τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά την ηλεκτρόλυση:

Το =F*m*Z/M

Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο μπορείτε να υπολογίσετε το ρεύμα:

Εγώ = F*m*Z/(t*M)= 9,65*10 4 *1,18*2 / (3600*63,54) A*s*g*mol/(s*mol*g) = 0,996 A

Αν εισάγουμε τη σχέση για ηλεκτρολογικές εργασίες Wελ

W el = U*I*tΚαι WΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ/ U = Το

Μετά, γνωρίζοντας την ένταση U, μπορείτε να υπολογίσετε:

W el = F*m*Z*U/M

Είναι επίσης δυνατό να υπολογιστεί πόσος χρόνος χρειάζεται για να απελευθερωθεί ηλεκτρολυτικά μια συγκεκριμένη ποσότητα ουσίας ή πόση ουσία θα απελευθερωθεί σε συγκεκριμένο χρόνο. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, η πυκνότητα ρεύματος πρέπει να διατηρείται εντός καθορισμένων ορίων. Εάν είναι μικρότερο από 0,01 A/cm2, τότε θα απελευθερωθεί πολύ λίγο μέταλλο, αφού ιόντα χαλκού(Ι) θα σχηματιστούν μερικώς. Εάν η πυκνότητα ρεύματος είναι πολύ υψηλή, η πρόσφυση της επικάλυψης στο ηλεκτρόδιο θα είναι ασθενής και όταν το ηλεκτρόδιο αφαιρεθεί από το διάλυμα, μπορεί να θρυμματιστεί.
Στην πράξη, οι γαλβανικές επικαλύψεις σε μέταλλα χρησιμοποιούνται κυρίως για προστασία από τη διάβρωση και για να αποκτήσουν μια λάμψη που μοιάζει με καθρέφτη.
Επιπλέον, τα μέταλλα, ιδιαίτερα ο χαλκός και ο μόλυβδος, καθαρίζονται με ανοδική διάλυση και επακόλουθο διαχωρισμό στην κάθοδο (ηλεκτρολυτική διύλιση).
Για να επιστρώσετε το σίδερο με χαλκό ή νικέλιο, πρέπει πρώτα να καθαρίσετε καλά την επιφάνεια του αντικειμένου. Για να το κάνετε αυτό, γυαλίστε το με πλυμένη κιμωλία και απολιπάνετε διαδοχικά με ένα αραιωμένο διάλυμα καυστικής σόδας, νερού και αλκοόλης. Εάν το αντικείμενο είναι καλυμμένο με σκουριά, πρέπει να το κάνετε τουρσί εκ των προτέρων σε διάλυμα θειικού οξέος 10-15%.
Κρεμάμε το καθαρισμένο προϊόν σε ένα ηλεκτρολυτικό λουτρό (ένα μικρό ενυδρείο ή ένα ποτήρι), όπου θα χρησιμεύσει ως κάθοδος.
Το διάλυμα για την εφαρμογή επιμετάλλωσης χαλκού περιέχει 250 g θειικού χαλκού και 80-100 g πυκνού θειικού οξέος σε 1 λίτρο νερό (Προσοχή!). Σε αυτή την περίπτωση, η πλάκα χαλκού θα χρησιμεύσει ως άνοδος. Η επιφάνεια της ανόδου θα πρέπει να είναι περίπου ίση με την επιφάνεια του αντικειμένου που επικαλύπτεται. Επομένως, πρέπει πάντα να διασφαλίζετε ότι η άνοδος χαλκού κρέμεται στο λουτρό στο ίδιο βάθος με την κάθοδο.
Η διαδικασία θα πραγματοποιηθεί σε τάση 3-4 V (δύο μπαταρίες) και πυκνότητα ρεύματος 0,02-0,4 A/cm 2. Η θερμοκρασία του διαλύματος στο λουτρό πρέπει να είναι 18-25 °C.
Ας δώσουμε προσοχή στο γεγονός ότι το επίπεδο της ανόδου και η επιφάνεια που πρόκειται να επικαλυφθεί είναι παράλληλες μεταξύ τους. Είναι καλύτερα να μην χρησιμοποιείτε αντικείμενα με πολύπλοκα σχήματα. Μεταβάλλοντας τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης, είναι δυνατό να ληφθούν επιστρώσεις χαλκού διαφορετικού πάχους.
Συχνά καταφεύγουν σε προκαταρκτική επένδυση χαλκού για να εφαρμόσουν μια ανθεκτική επίστρωση άλλου μετάλλου σε αυτό το στρώμα. Αυτό χρησιμοποιείται ιδιαίτερα συχνά για επιχρωμίωση σιδήρου, επινικελίωση χύτευση ψευδαργύρου και σε άλλες περιπτώσεις. Είναι αλήθεια ότι για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται πολύ δηλητηριώδεις ηλεκτρολύτες κυανίου.
Για την παρασκευή ενός ηλεκτρολύτη για επινικελίωση, διαλύστε 25 g κρυσταλλικού θειικού νικελίου, 10 g βορικού οξέος ή 10 g κιτρικού νατρίου σε 450 ml νερού. Μπορείτε να παρασκευάσετε κιτρικό νάτριο μόνοι σας εξουδετερώνοντας ένα διάλυμα 10 g κιτρικού οξέος με ένα αραιό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου ή διαλύματος σόδας. Αφήστε την άνοδο να είναι μια πλάκα νικελίου της μεγαλύτερης δυνατής περιοχής και πάρτε την μπαταρία ως πηγή τάσης.
Χρησιμοποιώντας μια μεταβλητή αντίσταση, θα διατηρήσουμε την πυκνότητα ρεύματος ίση με 0,005 A/cm 2 . Για παράδειγμα, με επιφάνεια αντικειμένου 20 cm 2, πρέπει να εργαστείτε με ένταση ρεύματος 0,1 A. Μετά από μισή ώρα εργασίας, το αντικείμενο θα είναι ήδη επινικελωμένο. Ας το βγάλουμε από το μπάνιο και το σκουπίζουμε με ένα πανί. Ωστόσο, είναι προτιμότερο να μην διακόπτεται η διαδικασία επινικελίωσης, καθώς τότε το στρώμα νικελίου μπορεί να παθητικοποιηθεί και η επακόλουθη επίστρωση νικελίου δεν θα κολλήσει καλά.
Για να επιτύχουμε λάμψη καθρέφτη χωρίς μηχανικό γυάλισμα, εισάγουμε ένα λεγόμενο πρόσθετο που σχηματίζει γυαλάδα στο γαλβανικό λουτρό. Τέτοια πρόσθετα περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, κόλλα, ζελατίνη, ζάχαρη. Μπορείτε να προσθέσετε, για παράδειγμα, μερικά γραμμάρια ζάχαρης σε ένα λουτρό νικελίου και να μελετήσετε την επίδρασή του.
Για να προετοιμάσετε έναν ηλεκτρολύτη για επιχρωμίωση του σιδήρου (μετά από προκαταρκτική επιχάλκωση), διαλύστε 40 g χρωμικού ανυδρίτη CrO 3 (Προσοχή! Δηλητήριο!) και ακριβώς 0,5 g θειικού οξέος (σε καμία περίπτωση περισσότερο!) σε 100 ml νερού. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε πυκνότητα ρεύματος περίπου 0,1 A/cm 2 και χρησιμοποιείται μια πλάκα μολύβδου ως άνοδος, η περιοχή της οποίας πρέπει να είναι ελαφρώς μικρότερη από την επιφάνεια της επιχρωμιωμένης επιφάνειας.
Τα λουτρά νικελίου και χρωμίου θερμαίνονται καλύτερα ελαφρά (στους 35 ° C περίπου). Λάβετε υπόψη ότι οι ηλεκτρολύτες για επιχρωμίωση, ειδικά κατά τη διάρκεια μιας μακράς διαδικασίας και υψηλού ρεύματος, εκπέμπουν ατμούς που περιέχουν χρωμικό οξύ, οι οποίοι είναι πολύ επιβλαβείς για την υγεία. Ως εκ τούτου, η επιχρωμίωση θα πρέπει να πραγματοποιείται υπό πρόσφυση ή στο ύπαιθρο, για παράδειγμα σε μπαλκόνι.
Κατά την επιχρωμίωση (και σε μικρότερο βαθμό και κατά την επινικελίωση), δεν χρησιμοποιείται όλο το ρεύμα για την εναπόθεση μετάλλων. Ταυτόχρονα απελευθερώνεται υδρογόνο. Με βάση έναν αριθμό τάσεων, θα ήταν αναμενόμενο ότι τα μέταλλα μπροστά από το υδρογόνο δεν θα πρέπει να απελευθερώνονται καθόλου από τα υδατικά διαλύματα, αλλά αντίθετα, θα πρέπει να απελευθερώνεται λιγότερο ενεργό υδρογόνο. Ωστόσο, εδώ, όπως και στην ανοδική διάλυση των μετάλλων, η καθοδική έκλυση του υδρογόνου συχνά αναστέλλεται και παρατηρείται μόνο σε υψηλή τάση. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται υπέρταση υδρογόνου και είναι ιδιαίτερα μεγάλο, για παράδειγμα, στο μόλυβδο. Χάρη σε αυτήν την περίσταση, μια μπαταρία μολύβδου-οξέος μπορεί να λειτουργήσει. Κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας, αντί για PbO 2, θα πρέπει να εμφανίζεται υδρογόνο στην κάθοδο, αλλά, λόγω υπέρτασης, η εξέλιξη του υδρογόνου ξεκινά όταν η μπαταρία είναι σχεδόν πλήρως φορτισμένη.

Η διαφορά δυναμικού «ουσία ηλεκτροδίου – διάλυμα» χρησιμεύει ακριβώς ως ποσοτικό χαρακτηριστικό της ικανότητας μιας ουσίας (τόσο τα μέταλλα όσο και ταμη μέταλλα) μεταφέρονται σε διάλυμα με τη μορφή ιόντων, δηλ. χαρακτήραςσταθερότητα της ικανότητας ΟΒ του ιόντος και της αντίστοιχης ουσίας του.

Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεταιδυναμικό ηλεκτροδίου.

Ωστόσο, άμεσες μέθοδοι για τη μέτρηση τέτοιων διαφορών δυναμικούδεν υπάρχει, οπότε συμφωνήσαμε να τα ορίσουμε σε σχέση μετο λεγόμενο πρότυπο ηλεκτρόδιο υδρογόνου, δυναμικόal που συμβατικά λαμβάνεται ως μηδέν (συχνά ονομάζεται επίσηςηλεκτρόδιο αναφοράς). Ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου αποτελείται απόαπό μια πλάκα πλατίνας βυθισμένη σε διάλυμα οξέος που περιέχεισυγκέντρωση ιόντων Η + 1 mol/l και πλύθηκε με ρεύμα αερίουυδρογόνου υπό τυπικές συνθήκες.

Η εμφάνιση ενός δυναμικού σε ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου μπορεί να φανταστεί ως εξής. Το αέριο υδρογόνο, που προσροφάται από την πλατίνα, περνά στην ατομική κατάσταση:

H22H.

Πραγματοποιείται μια κατάσταση δυναμικής ισορροπίας μεταξύ ατομικού υδρογόνου που σχηματίζεται στην επιφάνεια της πλάκας, ιόντων υδρογόνου στο διάλυμα και πλατίνας (ηλεκτρόνια!):

HH + + e.

Η συνολική διαδικασία εκφράζεται με την εξίσωση:

H 2 2H + + 2e.

Η πλατίνα δεν συμμετέχει σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγήςΚαι αλλά είναι μόνο φορέας ατομικού υδρογόνου.

Εάν μια πλάκα από ένα ορισμένο μέταλλο, βυθισμένη σε διάλυμα του άλατος του με συγκέντρωση μεταλλικών ιόντων ίση με 1 mol/l, συνδεθεί με ένα τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου, προκύπτει ένα γαλβανικό στοιχείο. Ηλεκτροκινητική δύναμη αυτού του στοιχείου(emf), μετρημένο στους 25°C, χαρακτηρίζει το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου του μετάλλου, που συνήθως ορίζεται ως E 0 .

Σε σχέση με το σύστημα H 2 / 2H +, ορισμένες ουσίες θα συμπεριφέρονται ως οξειδωτικοί παράγοντες, άλλες ως αναγωγικοί παράγοντες. Επί του παρόντος, έχουν ληφθεί τυπικά δυναμικά για όλα σχεδόν τα μέταλλα και πολλά αμέταλλα, τα οποία χαρακτηρίζουν τη σχετική ικανότητα των αναγωγικών ή οξειδωτικών παραγόντων να δίνουν ή να συλλαμβάνουν ηλεκτρόνια.

Τα δυναμικά των ηλεκτροδίων που δρουν ως αναγωγικοί παράγοντες σε σχέση με το υδρογόνο έχουν πρόσημο «-» και το σύμβολο «+» υποδεικνύει τα δυναμικά των ηλεκτροδίων που είναι οξειδωτικοί παράγοντες.

Αν τακτοποιήσουμε τα μέταλλα με αύξουσα σειρά των τυπικών δυναμικών ηλεκτροδίων τους, τότε το λεγόμενο ηλεκτροχημική σειρά μετάλλων τάσης:

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, N a, M g, A l, M n, Zn, C r, F e, C d, Co, N i, Sn, P b, H, Sb, B i, С u, Hg, А g, Р d, Р t, А u.

Ένας αριθμός τάσεων χαρακτηρίζει τις χημικές ιδιότητες των μετάλλων.

1. Όσο πιο αρνητικό είναι το δυναμικό του ηλεκτροδίου ενός μετάλλου, τόσο μεγαλύτερη είναι η αναγωγική του ικανότητα.

2. Κάθε μέταλλο είναι ικανό να εκτοπίζει (μειώνει) από τα διαλύματα αλάτων εκείνα τα μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά των μεταλλικών τάσεων μετά από αυτό. Οι μόνες εξαιρέσεις είναι τα μέταλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών, τα οποία δεν θα μειώσουν τα ιόντα άλλων μετάλλων από διαλύματα των αλάτων τους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε αυτές τις περιπτώσεις οι αντιδράσεις των μετάλλων με το νερό συμβαίνουν με ταχύτερο ρυθμό.

3. Όλα τα μέταλλα που έχουν αρνητικό πρότυπο δυναμικό ηλεκτροδίου, δηλ. αυτά που βρίσκονται στη σειρά τάσης των μετάλλων στα αριστερά του υδρογόνου είναι ικανά να το εκτοπίσουν από όξινα διαλύματα.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παρουσιαζόμενη σειρά χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά των μετάλλων και των αλάτων τους μόνο σε υδατικά διαλύματα, αφού τα δυναμικά λαμβάνουν υπόψη τις ιδιαιτερότητες της αλληλεπίδρασης ενός συγκεκριμένου ιόντος με μόρια διαλύτη. Γι' αυτό η ηλεκτροχημική σειρά ξεκινά με το λίθιο, ενώ το πιο χημικά ενεργό ρουβίδιο και κάλιο βρίσκονται στα δεξιά του λιθίου. Αυτό οφείλεται στην εξαιρετικά υψηλή ενέργεια της διαδικασίας ενυδάτωσης των ιόντων λιθίου σε σύγκριση με ιόντα άλλων αλκαλικών μετάλλων.

Η αλγεβρική τιμή του τυπικού δυναμικού οξειδοαναγωγής χαρακτηρίζει την οξειδωτική δραστηριότητα της αντίστοιχης οξειδωμένης μορφής. Επομένως, μια σύγκριση των τιμών των τυπικών δυναμικών οξειδοαναγωγής μας επιτρέπει να απαντήσουμε στην ερώτηση: συμβαίνει αυτή ή εκείνη η αντίδραση οξειδοαναγωγής;

Έτσι, όλες οι ημι-αντιδράσεις οξείδωσης ιόντων αλογονιδίου σε ελεύθερα αλογόνα

2 Cl - - 2 e = C l 2 E 0 = -1,36 V (1)

2 Br - -2e = V r 2 E 0 = -1,07 V (2)

2I - -2 e = I 2 E 0 = -0,54 V (3)

μπορεί να εφαρμοστεί υπό τυπικές συνθήκες όταν χρησιμοποιείται οξείδιο μολύβδου ως οξειδωτικό μέσο ( IV ) (Ε 0 = 1,46 V) ή υπερμαγγανικό κάλιο (Ε 0 = 1,52 V). Όταν χρησιμοποιείτε διχρωμικό κάλιο (Ε 0 = 1,35 V) μόνο οι αντιδράσεις (2) και (3) μπορούν να πραγματοποιηθούν. Τέλος, η χρήση του νιτρικού οξέος ως οξειδωτικού παράγοντα (Ε 0 = 0,96 V) επιτρέπει μόνο μια ημιαντίδραση που περιλαμβάνει ιόντα ιωδίου (3).

Έτσι, ένα ποσοτικό κριτήριο για την αξιολόγηση της πιθανότητας εμφάνισης μιας συγκεκριμένης αντίδρασης οξειδοαναγωγής είναι η θετική τιμή της διαφοράς μεταξύ των τυπικών δυναμικών οξειδοαναγωγής των ημι-αντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής.