โลหะที่ใช้งานอยู่ โลหะแอคทีฟ ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายอัลคาไล

ข้อมูลใดบ้างที่สามารถได้รับจากชุดแรงดันไฟฟ้า?

แรงดันไฟฟ้าของโลหะหลายประเภทมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเคมีอนินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลลัพธ์ของปฏิกิริยาหลายอย่างและความเป็นไปได้ในการใช้งานนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโลหะบางชนิดใน NER เรามาหารือเกี่ยวกับปัญหานี้โดยละเอียด

ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรด

โลหะที่อยู่ในลำดับแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับกรดซึ่งเป็นสารที่ไม่ออกซิไดซ์ โลหะที่อยู่ใน NER ทางด้านขวาของ H จะทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์เท่านั้น (โดยเฉพาะกับ HNO 3 และ H 2 SO 4 ที่เข้มข้น)

ตัวอย่างที่ 1- สังกะสีอยู่ใน NER ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ดังนั้นจึงสามารถทำปฏิกิริยากับกรดได้เกือบทั้งหมด:

สังกะสี + 2HCl = สังกะสี 2 + H 2

สังกะสี + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

ตัวอย่างที่ 2- ทองแดงตั้งอยู่ใน ERN ทางด้านขวาของ H; โลหะนี้ไม่ทำปฏิกิริยากับกรด "ธรรมดา" (HCl, H 3 PO 4, HBr, กรดอินทรีย์) แต่ทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์ (ไนตริก, ซัลฟิวริกเข้มข้น):

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

Cu + 2H 2 SO 4 (เข้มข้น) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

ฉันอยากจะดึงความสนใจของคุณไปยังจุดสำคัญ: เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์ จะไม่ใช่ไฮโดรเจนที่ถูกปล่อยออกมา แต่เป็นสารประกอบอื่นๆ บางส่วน คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้!

ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับน้ำ

โลหะที่อยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของ Mg จะทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิห้องได้อย่างง่ายดาย จากนั้นจะปล่อยไฮโดรเจนออกมาและเกิดเป็นสารละลายอัลคาไล

ตัวอย่างที่ 3- โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม ละลายในน้ำได้ง่ายจนเกิดเป็นสารละลายด่าง:

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

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

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

โลหะที่อยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ไฮโดรเจนไปจนถึงแมกนีเซียม (รวมอยู่ด้วย) ในบางกรณีจะมีปฏิกิริยากับน้ำ แต่ปฏิกิริยาต้องมีเงื่อนไขเฉพาะ ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมและแมกนีเซียมเริ่มทำปฏิกิริยากับ H 2 O หลังจากที่ลอกฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิวโลหะแล้วเท่านั้น เหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิห้อง แต่ทำปฏิกิริยากับไอน้ำ โคบอลต์ นิกเกิล ดีบุก และตะกั่วแทบไม่มีปฏิกิริยากับ H 2 O ไม่เพียงแต่ที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเมื่อถูกความร้อนด้วย

โลหะที่อยู่ทางด้านขวาของ ERN (เงิน ทอง แพลทินัม) จะไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำในทุกสภาวะ

ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายเกลือที่เป็นน้ำ

เราจะพูดถึงปฏิกิริยาประเภทต่อไปนี้:

โลหะ (*) + เกลือของโลหะ (**) = โลหะ (**) + เกลือของโลหะ (*)

ฉันอยากจะย้ำว่าเครื่องหมายดอกจันในกรณีนี้ไม่ได้ระบุสถานะออกซิเดชันหรือความจุของโลหะ แต่เพียงให้แยกแยะระหว่างโลหะหมายเลข 1 และโลหะหมายเลข 2

ในการดำเนินการปฏิกิริยาดังกล่าว จะต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขสามประการพร้อมกัน:

1. เกลือที่เกี่ยวข้องในกระบวนการจะต้องละลายในน้ำ (สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตารางความสามารถในการละลาย)
2. โลหะ (*) ต้องอยู่ในชุดความเค้นทางด้านซ้ายของโลหะ (**)
3. โลหะ (*) ไม่ควรทำปฏิกิริยากับน้ำ (ซึ่งได้รับการตรวจสอบอย่างง่ายดายโดย ESI)

ตัวอย่างที่ 4- มาดูปฏิกิริยากัน:

สังกะสี + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(หมายเลข 3) 2 ≠

ปฏิกิริยาแรกเกิดขึ้นได้ง่าย โดยเป็นไปตามเงื่อนไขข้างต้นทั้งหมด: คอปเปอร์ซัลเฟตละลายได้ในน้ำ สังกะสีอยู่ใน NER ทางด้านซ้ายของทองแดง Zn ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ

ปฏิกิริยาที่สองเป็นไปไม่ได้เนื่องจากไม่ตรงตามเงื่อนไขแรก (คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์แทบไม่ละลายในน้ำ) ปฏิกิริยาที่สามไม่สามารถทำได้ เนื่องจากตะกั่วเป็นโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าเหล็ก (อยู่ทางด้านขวาใน ESR) ในที่สุด กระบวนการที่สี่จะไม่ส่งผลให้เกิดการตกตะกอนของนิกเกิล เนื่องจากโพแทสเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นสามารถทำปฏิกิริยากับสารละลายเกลือได้ แต่นี่เป็นกระบวนการที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

กระบวนการสลายตัวด้วยความร้อนของไนเตรต

ฉันขอเตือนคุณว่าไนเตรตเป็นเกลือของกรดไนตริก ไนเตรตทั้งหมดสลายตัวเมื่อถูกความร้อน แต่องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวอาจแตกต่างกันไป ส่วนประกอบจะถูกกำหนดโดยตำแหน่งของโลหะในชุดความเค้น

ไนเตรตของโลหะที่อยู่ใน NER ทางด้านซ้ายของแมกนีเซียม เมื่อถูกความร้อน จะเกิดไนไตรต์และออกซิเจนที่สอดคล้องกัน:

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

ในระหว่างการสลายตัวด้วยความร้อนของโลหะไนเตรตซึ่งอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ Mg ถึง Cu รวมโลหะออกไซด์ NO 2 และออกซิเจนจะเกิดขึ้น:

2Cu(หมายเลข 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

ในที่สุดในระหว่างการสลายตัวของไนเตรตของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยที่สุด (อยู่ใน ERN ทางด้านขวาของทองแดง) โลหะ ไนโตรเจนไดออกไซด์ และออกซิเจนก็จะเกิดขึ้น

ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น “สารอิเล็กโทรด – สารละลาย” ทำหน้าที่เป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณของความสามารถของสารได้อย่างแม่นยำ (ทั้งโลหะและอโลหะ) เข้าไปในสารละลายในรูปของไอออนเช่น อักขระความเสถียรของความสามารถ OB ของไอออนและสารที่เกี่ยวข้อง

ความต่างศักย์นี้เรียกว่าศักย์ไฟฟ้า.

อย่างไรก็ตามวิธีการโดยตรงในการวัดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นดังกล่าวไม่มีอยู่ดังนั้นเราจึงตกลงที่จะกำหนดสิ่งเหล่านั้นโดยสัมพันธ์กับที่เรียกว่าอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน มีศักยภาพอัล ซึ่งตามอัตภาพถือว่าเป็นศูนย์ (มักเรียกอีกอย่างว่าอิเล็กโทรดอ้างอิง) อิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐานประกอบด้วยจากแผ่นแพลตตินั่มที่แช่อยู่ในสารละลายที่มีกรดความเข้มข้นของ H ไอออน + 1 โมล/ลิตร และล้างด้วยกระแสก๊าซไฮโดรเจนภายใต้สภาวะมาตรฐาน

การเกิดขึ้นของศักย์ไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐานสามารถจินตนาการได้ดังนี้ ก๊าซไฮโดรเจนซึ่งถูกดูดซับโดยแพลตตินัมจะเข้าสู่สถานะอะตอม:

H22H.

สภาวะสมดุลไดนามิกเกิดขึ้นระหว่างอะตอมไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของแผ่น ไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย และแพลตตินัม (อิเล็กตรอน!):

เอช + + อี

กระบวนการโดยรวมแสดงโดยสมการ:

ชม 2 2H + + 2e

แพลตตินัมไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยารีดอกซ์และ กระบวนการ tive แต่เป็นเพียงพาหะของอะตอมไฮโดรเจนเท่านั้น

ถ้าแผ่นโลหะบางชนิดจุ่มอยู่ในสารละลายเกลือซึ่งมีความเข้มข้นของไอออนโลหะเท่ากับ 1 โมล/ลิตร ต่อกับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน ก็จะได้เซลล์กัลวานิก แรงเคลื่อนไฟฟ้าของธาตุนี้(EMF) ซึ่งวัดที่ 25° C จะแสดงลักษณะเฉพาะของศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐานของโลหะ ซึ่งโดยปกติจะกำหนดเป็น E 0

สัมพันธ์กับระบบ H 2 /2H + สารบางชนิดจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ และบางชนิดทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ปัจจุบัน ได้รับศักยภาพมาตรฐานสำหรับโลหะเกือบทั้งหมดและอโลหะหลายชนิด ซึ่งแสดงถึงความสามารถสัมพัทธ์ของตัวรีดิวซ์หรือตัวออกซิไดซ์ในการบริจาคหรือจับอิเล็กตรอน

ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์เกี่ยวกับไฮโดรเจนจะมีเครื่องหมาย "-" และเครื่องหมาย "+" แสดงถึงศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่เป็นสารออกซิไดซ์

หากเราจัดเรียงโลหะตามลำดับที่เพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของพวกมันก็จะเรียกว่า ซีรีย์แรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าของโลหะ:

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 ฉัน, С u, Hg, А g, Р d, Р t, А u

ความเค้นจำนวนหนึ่งบ่งบอกถึงคุณสมบัติทางเคมีของโลหะ

1. ยิ่งศักย์ไฟฟ้าของโลหะเป็นลบมากเท่าใด ความสามารถในการรีดิวซ์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

2. โลหะแต่ละชนิดสามารถแทนที่ (ลด) จากสารละลายเกลือโลหะเหล่านั้นที่อยู่ในชุดของความเค้นของโลหะหลังจากนั้น ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ ซึ่งจะไม่ลดไอออนของโลหะอื่นจากสารละลายเกลือของพวกมัน เนื่องจากในกรณีเหล่านี้ปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำจะเกิดขึ้นในอัตราที่เร็วกว่า

3. โลหะทุกชนิดที่มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานเป็นลบ เช่น ซึ่งอยู่ในชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนสามารถแทนที่มันจากสารละลายกรดได้

ควรสังเกตว่าชุดที่นำเสนอนี้แสดงลักษณะพฤติกรรมของโลหะและเกลือของพวกมันในสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้นเนื่องจากศักยภาพนั้นคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาของไอออนเฉพาะกับโมเลกุลของตัวทำละลาย นั่นคือสาเหตุที่ซีรีส์เคมีไฟฟ้าเริ่มต้นด้วยลิเธียม ในขณะที่รูบิเดียมและโพแทสเซียมที่มีฤทธิ์ทางเคมีมากกว่าจะอยู่ทางด้านขวาของลิเธียม นี่เป็นเพราะกระบวนการให้ความชุ่มชื้นของลิเธียมไอออนมีพลังงานสูงเป็นพิเศษเมื่อเปรียบเทียบกับไอออนของโลหะอัลคาไลอื่นๆ

ค่าพีชคณิตของศักย์รีดอกซ์มาตรฐานแสดงคุณลักษณะของฤทธิ์ออกซิเดชันของรูปแบบออกซิไดซ์ที่สอดคล้องกัน ดังนั้นการเปรียบเทียบค่าศักยภาพรีดอกซ์มาตรฐานทำให้เราสามารถตอบคำถาม: ปฏิกิริยารีดอกซ์นี้เกิดขึ้นหรือไม่?

ดังนั้นปฏิกิริยาออกซิเดชั่นครึ่งหนึ่งของไอออนเฮไลด์ทั้งหมดจึงกลายเป็นฮาโลเจนอิสระ

2 Cl – – 2 e = C l 2 E 0 = -1.36 V (1)

2 ห้องนอน – -2e = V r 2 E 0 = -1.07 V (2)

2I – -2 e = ฉัน 2 E 0 = -0.54 V (3)

สามารถนำไปใช้ภายใต้สภาวะมาตรฐานเมื่อใช้ตะกั่วออกไซด์เป็นตัวออกซิไดซ์ ( IV ) (E 0 = 1.46 V) หรือโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (E 0 = 1.52 V) เมื่อใช้โพแทสเซียมไดโครเมต (อี 0 = 1.35 V) สามารถดำเนินการได้เฉพาะปฏิกิริยา (2) และ (3) เท่านั้น ในที่สุดการใช้กรดไนตริกเป็นตัวออกซิไดซ์ (อี 0 = 0.96 V) ยอมให้เกิดปฏิกิริยาเพียงครึ่งเดียวที่เกี่ยวข้องกับไอออนไอโอไดด์ (3)

ดังนั้น เกณฑ์เชิงปริมาณสำหรับการประเมินความเป็นไปได้ของปฏิกิริยารีดอกซ์เฉพาะที่เกิดขึ้นคือค่าบวกของความแตกต่างระหว่างศักยภาพรีดอกซ์มาตรฐานของปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์

กรอส อี., ไวส์แมนเทล เอช.

เคมีสำหรับผู้อยากรู้อยากเห็น พื้นฐานของเคมีและการทดลองเพื่อความบันเทิง

บทที่ 3 (ต่อ)

หลักสูตรเล็กๆ สาขาวิชาเคมีไฟฟ้าของโลหะ

เราคุ้นเคยกับอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของโลหะอัลคาไลคลอไรด์และการผลิตโลหะโดยใช้การหลอมแล้ว ตอนนี้เรามาลองใช้การทดลองง่ายๆ หลายๆ การทดลองเพื่อศึกษากฎบางประการของเคมีไฟฟ้าของสารละลายในน้ำและเซลล์กัลวานิก และทำความคุ้นเคยกับการผลิตสารเคลือบกัลวานิกป้องกันด้วย
วิธีเคมีไฟฟ้าใช้ในเคมีวิเคราะห์สมัยใหม่และใช้ในการกำหนดปริมาณเคมีเชิงทฤษฎีที่สำคัญที่สุด
ในที่สุดการกัดกร่อนของวัตถุที่เป็นโลหะซึ่งสร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อเศรษฐกิจของประเทศ ในกรณีส่วนใหญ่เป็นกระบวนการไฟฟ้าเคมี

ซีรีส์ความเครียดของโลหะ

การเชื่อมโยงพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจกระบวนการเคมีไฟฟ้าคืออนุกรมแรงดันไฟฟ้าของโลหะ โลหะสามารถจัดเรียงเป็นอนุกรมโดยขึ้นต้นด้วยโลหะมีตระกูลที่มีฤทธิ์น้อยที่สุด:
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.
ตามแนวคิดล่าสุด นี่คือชุดแรงดันไฟฟ้าสำหรับโลหะและไฮโดรเจนที่สำคัญที่สุด หากอิเล็กโทรดของเซลล์กัลวานิกทำจากโลหะสองชนิดในแถวเดียวกัน แรงดันลบจะปรากฏบนวัสดุที่อยู่ข้างหน้าแถว
ค่าแรงดันไฟฟ้า ( ศักยภาพทางเคมีไฟฟ้า) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งขององค์ประกอบในชุดแรงดันไฟฟ้าและคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์
เราจะสร้างแก่นแท้ของอนุกรมแรงดันไฟฟ้าจากการทดลองง่ายๆ หลายประการ ซึ่งเราจะต้องมีแหล่งกำเนิดกระแสและเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า ละลายคอปเปอร์ซัลเฟตประมาณ 10 กรัมในน้ำ 100 มล. แล้วจุ่มเข็มเหล็กหรือแผ่นเหล็กลงในสารละลาย (เราขอแนะนำให้คุณทำความสะอาดเตารีดก่อนจนกว่าจะขัดเงาด้วยกระดาษทรายละเอียด) หลังจากนั้นไม่นาน เหล็กจะถูกเคลือบด้วยชั้นทองแดงที่ปล่อยออกมาเป็นสีแดง เหล็กที่มีฤทธิ์มากกว่าจะเข้ามาแทนที่ทองแดงจากสารละลาย โดยที่เหล็กจะละลายเป็นไอออน และทองแดงจะถูกปล่อยออกมาเป็นโลหะ กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปตราบใดที่สารละลายสัมผัสกับเตารีด เมื่อทองแดงปกคลุมพื้นผิวเหล็กทั้งหมด มันก็จะหยุดลงทันที ในกรณีนี้จะเกิดชั้นทองแดงที่ค่อนข้างมีรูพรุนดังนั้นจึงไม่สามารถรับการเคลือบป้องกันได้โดยไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้า
ในการทดลองต่อไปนี้ เราจะลดแถบสังกะสีและแผ่นโลหะตะกั่วขนาดเล็กลงในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต หลังจากผ่านไป 15 นาที เราก็นำออกมาล้างและตรวจดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ เราสามารถมองเห็นลวดลายคล้ายน้ำแข็งที่สวยงาม ซึ่งในแสงสะท้อนจะมีสีแดงและประกอบด้วยทองแดงที่ปล่อยออกมา โลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นจะเปลี่ยนทองแดงจากไอออนิกเป็นสถานะโลหะมากขึ้นเช่นกัน
ในทางกลับกัน ทองแดงสามารถแทนที่โลหะที่อยู่ต่ำกว่าในชุดแรงดันไฟฟ้า ซึ่งก็คือมีความว่องไวน้อยกว่า ใช้สารละลายซิลเวอร์ไนเตรต 2-3 หยดบนแผ่นทองแดงบางๆ หรือลวดทองแดงที่แบน (หลังจากทำความสะอาดพื้นผิวให้เงางามแล้ว) ด้วยตาเปล่า คุณจะเห็นการเคลือบสีดำที่เกิดขึ้น ซึ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ที่มีแสงสะท้อนจะดูเหมือนเข็มบางๆ และลวดลายของพืช (เรียกว่าเดนไดรต์)
หากต้องการแยกสังกะสีโดยไม่มีกระแสจำเป็นต้องใช้โลหะที่มีฤทธิ์มากกว่า หากไม่รวมโลหะที่ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ เราพบแมกนีเซียมในชุดแรงดันไฟฟ้าเหนือสังกะสี วางสารละลายซิงค์ซัลเฟต 2-3 หยดลงบนแผ่นเทปแมกนีเซียมหรือบนเศษอิเล็กตรอนบางๆ เราได้รับสารละลายซิงค์ซัลเฟตโดยการละลายชิ้นส่วนสังกะสีในกรดซัลฟิวริกเจือจาง นอกจากซิงค์ซัลเฟตแล้ว ให้เติมแอลกอฮอล์ที่เสียสภาพลงไป 2-3 หยดด้วย สำหรับแมกนีเซียม หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ เราจะสังเกตเห็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ สังกะสีที่ปล่อยออกมาในรูปของผลึกบางๆ
โดยทั่วไป สมาชิกใดๆ ของอนุกรมแรงดันไฟฟ้าสามารถถูกแทนที่จากสารละลายซึ่งมีอยู่เป็นไอออน และแปลงเป็นสถานะโลหะได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อลองใช้ชุดค่าผสมทุกประเภท เราอาจผิดหวัง ดูเหมือนว่าถ้าแถบอลูมิเนียมจุ่มลงในสารละลายเกลือของทองแดงเหล็กตะกั่วและสังกะสีโลหะเหล่านี้ก็ควรจะถูกปล่อยออกมา แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น สาเหตุของความล้มเหลวไม่ได้อยู่ที่ข้อผิดพลาดในชุดแรงดันไฟฟ้า แต่ขึ้นอยู่กับการยับยั้งปฏิกิริยาพิเศษซึ่งในกรณีนี้เกิดจากฟิล์มออกไซด์บาง ๆ บนพื้นผิวของอลูมิเนียม ในการแก้ปัญหาดังกล่าว อะลูมิเนียมเรียกว่าแบบพาสซีฟ

มาดูเบื้องหลังกัน

เพื่อกำหนดกฎของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ เราสามารถจำกัดตัวเองให้พิจารณาแคตไอออนและกำจัดแอนไอออนออกได้ เนื่องจากพวกมันไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา (อย่างไรก็ตาม อัตราการสะสมจะขึ้นอยู่กับประเภทของแอนไอออน) หากเพื่อความง่าย เราถือว่าทั้งโลหะที่ตกตะกอนและโลหะที่ละลายทำให้เกิดไอออนบวกที่มีประจุสองเท่า เราก็สามารถเขียนได้:

ฉัน 1 + ฉัน 2 2+ = ฉัน 1 2+ + ฉัน 2

นอกจากนี้ สำหรับการทดลองครั้งแรก Me 1 = Fe, Me 2 = Cu
ดังนั้นกระบวนการนี้ประกอบด้วยการแลกเปลี่ยนประจุ (อิเล็กตรอน) ระหว่างอะตอมและไอออนของโลหะทั้งสอง หากเราพิจารณา (เป็นปฏิกิริยาขั้นกลาง) แยกการละลายของเหล็กหรือการตกตะกอนของทองแดง เราจะได้:

เฟ = เฟ 2+ + 2 จ --

ลูกบาศ์ก 2+ + 2 จ-- = ลูกบาศ์ก

ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่โลหะแช่อยู่ในน้ำหรือในสารละลายเกลือ โดยที่ไอออนบวกไม่สามารถแลกเปลี่ยนได้เนื่องจากตำแหน่งในอนุกรมความเค้น อย่างไรก็ตาม โลหะมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่สารละลายในรูปของไอออน ในกรณีนี้ อะตอมของโลหะจะให้อิเล็กตรอนสองตัว (หากโลหะนั้นมีเวเลนต์คู่) พื้นผิวของโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายจะมีประจุลบสัมพันธ์กับสารละลาย และชั้นไฟฟ้าสองชั้นจะถูกสร้างขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นนี้ป้องกันการละลายของโลหะอีกต่อไป ดังนั้นกระบวนการจะหยุดในไม่ช้า
หากโลหะสองชนิดจุ่มอยู่ในสารละลาย ทั้งสองจะมีประจุ แต่โลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจะอ่อนลงเล็กน้อย เนื่องจากอะตอมของโลหะมีแนวโน้มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนน้อยกว่า
มาเชื่อมต่อโลหะทั้งสองเข้ากับตัวนำ เนื่องจากความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น การไหลของอิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะที่มีปฏิกิริยามากกว่าไปยังโลหะที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่า ซึ่งก่อตัวเป็นขั้วบวกของธาตุ กระบวนการหนึ่งเกิดขึ้นโดยที่โลหะที่มีฤทธิ์มากกว่าจะเข้าไปในสารละลาย และแคตไอออนจากสารละลายจะถูกปล่อยออกมาบนโลหะที่มีตระกูลมากกว่า ตอนนี้ให้เราอธิบายด้วยการทดลองหลายๆ ครั้งถึงการใช้เหตุผลเชิงนามธรรมที่ให้ไว้ข้างต้น (ซึ่งยิ่งกว่านั้น ยังแสดงถึงการทำให้เข้าใจง่ายมากขึ้นอีกด้วย)
ขั้นแรก เติมบีกเกอร์ขนาด 250 มล. ลงตรงกลางด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริก 10% แล้วจุ่มสังกะสีและทองแดงเป็นชิ้นไม่เล็กเกินไป เราบัดกรีหรือตรึงลวดทองแดงเข้ากับอิเล็กโทรดทั้งสองซึ่งปลายของสายนั้นไม่ควรสัมผัสกับสารละลาย
ตราบใดที่ปลายลวดไม่ได้เชื่อมต่อถึงกัน เราจะสังเกตการละลายของสังกะสีซึ่งมาพร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจน สังกะสีจากอนุกรมแรงดันไฟฟ้าดังต่อไปนี้จะมีฤทธิ์มากกว่าไฮโดรเจน ดังนั้นโลหะจึงสามารถแทนที่ไฮโดรเจนจากสถานะไอออนิกได้ โลหะทั้งสองจะเกิดชั้นไฟฟ้าสองชั้น วิธีที่ง่ายที่สุดในการตรวจจับความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดคือการใช้โวลต์มิเตอร์ ทันทีหลังจากเชื่อมต่ออุปกรณ์เข้ากับวงจรลูกศรจะระบุประมาณ 1 V แต่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว หากคุณเชื่อมต่อหลอดไฟขนาดเล็กที่กินไฟ 1 V เข้ากับองค์ประกอบหลอดไฟจะสว่างขึ้น - ในตอนแรกค่อนข้างแรงจากนั้นแสงจะอ่อนลง
จากขั้วของขั้วอุปกรณ์ เราสามารถสรุปได้ว่าอิเล็กโทรดทองแดงเป็นขั้วบวก สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์โดยพิจารณาจากเคมีไฟฟ้าของกระบวนการ มาเตรียมสารละลายเกลือแกงที่อิ่มตัวในบีกเกอร์หรือหลอดทดลองขนาดเล็ก เติมสารละลายแอลกอฮอล์ของตัวบ่งชี้ฟีนอล์ฟทาลีนประมาณ 0.5 มล. แล้วจุ่มอิเล็กโทรดทั้งสองที่ปิดด้วยลวดลงในสารละลาย จะสังเกตเห็นสีแดงจางๆ ใกล้ขั้วลบ ซึ่งเกิดจากการสะสมของโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่แคโทด
ในการทดลองอื่นๆ เราสามารถวางคู่โลหะหลายๆ คู่ไว้ในเซลล์และหาแรงดันไฟฟ้าผลลัพธ์ได้ ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมและเงินจะให้ความต่างศักย์ไฟฟ้าขนาดใหญ่เป็นพิเศษเนื่องมาจากระยะห่างที่สำคัญระหว่างสิ่งเหล่านั้นกับชุดแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่สังกะสีและเหล็กจะให้ค่าความต่างศักย์ที่เล็กมาก น้อยกว่าหนึ่งในสิบของโวลต์ เมื่อใช้อะลูมิเนียม เราจะไม่ได้รับกระแสไฟฟ้าใดๆ เนื่องจากการทู่
องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้หรือตามที่นักเคมีไฟฟ้ากล่าวว่าวงจรมีข้อเสียคือเมื่อทำการวัดกระแสแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมพวกมันจะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นนักเคมีไฟฟ้ามักจะวัดค่าที่แท้จริงของแรงดันไฟฟ้าในสถานะที่ไม่มีพลังงานโดยใช้วิธีการชดเชยแรงดันไฟฟ้า กล่าวคือ เปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสอื่น
ให้เราพิจารณากระบวนการในองค์ประกอบทองแดง - สังกะสีโดยละเอียดอีกเล็กน้อย ที่แคโทด สังกะสีจะเข้าสู่สารละลายตามสมการต่อไปนี้:

สังกะสี = สังกะสี 2+ + 2 จ --

ไอออนไฮโดรเจนของกรดซัลฟิวริกจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวกของทองแดง พวกมันจับอิเล็กตรอนที่มาจากลวดจากแคโทดสังกะสีและเป็นผลให้เกิดฟองไฮโดรเจน:

2H + + 2 จ-- = ไม่มี 2

หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ ทองแดงจะถูกปกคลุมไปด้วยฟองไฮโดรเจนบางๆ ในกรณีนี้ อิเล็กโทรดทองแดงจะกลายเป็นไฮโดรเจน และความต่างศักย์จะลดลง กระบวนการนี้เรียกว่าโพลาไรเซชันของอิเล็กโทรด โพลาไรเซชันของอิเล็กโทรดทองแดงสามารถกำจัดได้โดยการเติมสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมตเล็กน้อยลงในเซลล์หลังจากแรงดันไฟฟ้าตก หลังจากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเนื่องจากโพแทสเซียมไดโครเมตจะออกซิไดซ์ไฮโดรเจนเป็นน้ำ โพแทสเซียมไดโครเมตในกรณีนี้ทำหน้าที่เป็นตัวดีโพลาไรเซอร์
ในทางปฏิบัติ มีการใช้วงจรกัลวานิกซึ่งอิเล็กโทรดไม่มีโพลาไรซ์ หรือวงจรที่สามารถกำจัดโพลาไรเซชันได้โดยการเพิ่มดีโพลาไรเซอร์
สำหรับตัวอย่างขององค์ประกอบที่ไม่สามารถโพลาไรซ์ได้ ให้พิจารณาองค์ประกอบ Daniel ซึ่งมักใช้ในอดีตเป็นแหล่งปัจจุบัน นี่เป็นธาตุทองแดง-สังกะสีด้วย แต่โลหะทั้งสองถูกแช่อยู่ในสารละลายที่แตกต่างกัน อิเล็กโทรดสังกะสีถูกวางไว้ในเซลล์ดินเหนียวที่มีรูพรุนซึ่งเต็มไปด้วยกรดซัลฟิวริกเจือจาง (ประมาณ 20%) เซลล์ดินเหนียวถูกแขวนไว้ในแก้วขนาดใหญ่ที่มีสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตเข้มข้น และที่ด้านล่างจะมีชั้นของผลึกคอปเปอร์ซัลเฟต อิเล็กโทรดตัวที่สองในภาชนะนี้คือทรงกระบอกที่ทำจากแผ่นทองแดง
องค์ประกอบนี้สามารถทำจากขวดแก้ว เซลล์ดินเหนียวที่มีจำหน่ายทั่วไป (ในกรณีร้ายแรง เราใช้กระถางดอกไม้ ปิดรูที่ด้านล่าง) และอิเล็กโทรดสองขนาดที่มีขนาดเหมาะสม
ในระหว่างการทำงานขององค์ประกอบ สังกะสีจะละลายกลายเป็นซิงค์ซัลเฟต และไอออนของทองแดงจะถูกปล่อยออกมาที่อิเล็กโทรดทองแดง แต่ในขณะเดียวกัน อิเล็กโทรดทองแดงจะไม่โพลาไรซ์และองค์ประกอบจะสร้างแรงดันไฟฟ้าประมาณ 1 V จริงๆ แล้วตามทฤษฎีแล้วแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วคือ 1.10 V แต่เมื่อรวบรวมกระแสเราจะวัดค่าที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเนื่องจากกระแสไฟฟ้า ความต้านทานของเซลล์
ถ้าเราไม่เอากระแสออกจากธาตุ เราจำเป็นต้องเอาอิเล็กโทรดสังกะสีออกจากสารละลายกรดซัลฟิวริก เพราะไม่เช่นนั้นมันจะละลายกลายเป็นไฮโดรเจน
แผนภาพของเซลล์ธรรมดาที่ไม่จำเป็นต้องมีพาร์ติชันที่มีรูพรุนจะแสดงในรูป อิเล็กโทรดสังกะสีจะอยู่ที่ด้านบนของขวดแก้ว และอิเล็กโทรดทองแดงจะอยู่บริเวณด้านล่าง ทั้งเซลล์เต็มไปด้วยสารละลายเกลือแกงที่อิ่มตัว วางคริสตัลคอปเปอร์ซัลเฟตจำนวนหนึ่งไว้ที่ด้านล่างของขวด สารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตเข้มข้นที่ได้จะผสมกับสารละลายเกลือแกงช้ามาก ดังนั้นเมื่อเซลล์ทำงาน ทองแดงจะถูกปล่อยออกมาที่อิเล็กโทรดทองแดง และสังกะสีจะละลายในรูปของซัลเฟตหรือคลอไรด์ในส่วนบนของเซลล์
ปัจจุบันแบตเตอรี่ใช้เซลล์แห้งเกือบทั้งหมดซึ่งสะดวกต่อการใช้งานมากกว่า บรรพบุรุษของพวกเขาคือองค์ประกอบเลแคลนช์ อิเล็กโทรดเป็นกระบอกสังกะสีและแท่งคาร์บอน อิเล็กโทรไลต์เป็นส่วนผสมที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมคลอไรด์เป็นส่วนใหญ่ สังกะสีละลายในส่วนผสม และไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาบนถ่านหิน เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพลาไรเซชัน แท่งคาร์บอนจะถูกจุ่มลงในถุงผ้าลินินที่มีส่วนผสมของผงถ่านหินและไพโรลูไซต์ ผงคาร์บอนจะเพิ่มพื้นผิวอิเล็กโทรด และไพโรลูไซต์ทำหน้าที่เป็นตัวดีโพลาไรเซอร์ โดยจะออกซิไดซ์ไฮโดรเจนอย่างช้าๆ
จริงอยู่ที่ความสามารถในการดีโพลาไรซ์ของไพโรลูไซต์นั้นอ่อนแอกว่าโพแทสเซียมไดโครเมตที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ดังนั้นเมื่อได้รับกระแสในเซลล์แห้งแรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว " เหนื่อย"เนื่องจากโพลาไรเซชัน หลังจากนั้นไม่นานปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนจึงเกิดขึ้นกับไพโรลูไซต์ ดังนั้นองค์ประกอบ " พักผ่อน" ถ้าคุณไม่ผ่านกระแสมาระยะหนึ่ง มาตรวจสอบสิ่งนี้กับแบตเตอรี่สำหรับไฟฉายซึ่งเราเชื่อมต่อหลอดไฟ ขนานกับหลอดไฟนั่นคือต่อเข้ากับขั้วโดยตรงเราเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์
ในตอนแรกแรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 4.5 V (ส่วนใหญ่แบตเตอรี่ดังกล่าวจะมีเซลล์สามเซลล์เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมโดยแต่ละเซลล์มีแรงดันไฟฟ้าตามทฤษฎีที่ 1.48 V) หลังจากนั้นครู่หนึ่งแรงดันไฟฟ้าจะลดลงและการเรืองแสงของหลอดไฟจะ อ่อนแอลง จากการอ่านค่าโวลต์มิเตอร์ เราสามารถตัดสินได้ว่าแบตเตอรี่ต้องพักนานแค่ไหน
สถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยการสร้างองค์ประกอบใหม่ที่เรียกว่า แบตเตอรี่- พวกมันเกิดปฏิกิริยาแบบพลิกกลับได้และสามารถชาร์จใหม่ได้หลังจากที่เซลล์หมดประจุโดยการเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC ภายนอก
ปัจจุบันแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด อิเล็กโทรไลต์ในนั้นคือกรดซัลฟิวริกเจือจางซึ่งจุ่มแผ่นตะกั่วสองแผ่นลงไป อิเล็กโทรดขั้วบวกเคลือบด้วยตะกั่วไดออกไซด์ PbO 2 ส่วนขั้วลบคือตะกั่วโลหะ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วจะอยู่ที่ประมาณ 2.1 V เมื่อทำการคายประจุจะเกิดตะกั่วซัลเฟตบนแผ่นทั้งสองซึ่งจะเปลี่ยนเป็นตะกั่วโลหะและตะกั่วเปอร์ออกไซด์อีกครั้งเมื่อทำการชาร์จ

การใช้สีเคลือบกัลวานิก

การสะสมของโลหะจากสารละลายที่เป็นน้ำโดยใช้กระแสไฟฟ้าเป็นกระบวนการย้อนกลับของการละลายด้วยไฟฟ้า ซึ่งเราคุ้นเคยเมื่อพิจารณาถึงเซลล์กัลวานิก ก่อนอื่น เราจะตรวจสอบการสะสมของทองแดง ซึ่งใช้ในคูลอมเมตริกทองแดงเพื่อวัดปริมาณไฟฟ้า

โลหะสะสมตามกระแส

ด้วยการงอปลายของแผ่นทองแดงบาง ๆ สองแผ่นแล้วจึงแขวนไว้บนผนังด้านตรงข้ามของบีกเกอร์หรือดีกว่าคือตู้ปลาแก้วขนาดเล็ก เราต่อสายไฟเข้ากับแผ่นด้วยขั้วต่อ
อิเล็กโทรไลต์จัดเตรียมตามสูตรต่อไปนี้: คอปเปอร์ซัลเฟตผลึก 125 กรัม, กรดซัลฟิวริกเข้มข้น 50 กรัม และแอลกอฮอล์ 50 กรัม (แอลกอฮอล์แปลงสภาพ) ที่เหลือคือน้ำสูงสุด 1 ลิตร ในการทำเช่นนี้ ขั้นแรกให้ละลายคอปเปอร์ซัลเฟตในน้ำ 500 มล. จากนั้นค่อยๆ เติมกรดซัลฟิวริกในส่วนเล็กๆ ( เครื่องทำความร้อน! ของเหลวอาจกระเซ็นได้!) จากนั้นเติมแอลกอฮอล์และเติมน้ำให้ได้ปริมาตร 1 ลิตร
เติมคูลอมมิเตอร์ด้วยสารละลายที่เตรียมไว้ และเชื่อมต่อความต้านทานแบบแปรผัน แอมมิเตอร์ และแบตเตอรี่ตะกั่วเข้ากับวงจร เมื่อใช้ความต้านทาน เราจะปรับกระแสเพื่อให้ความหนาแน่นอยู่ที่ 0.02-0.01 A/cm 2 ของพื้นผิวอิเล็กโทรด หากแผ่นทองแดงมีพื้นที่ 50 cm2 ความแรงของกระแสไฟฟ้าควรอยู่ในช่วง 0.5-1 A
หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ทองแดงโลหะสีแดงอ่อนจะเริ่มตกตะกอนที่แคโทด (อิเล็กโทรดลบ) และทองแดงจะเข้าสู่สารละลายที่แอโนด (อิเล็กโทรดบวก) ในการทำความสะอาดแผ่นทองแดง เราจะส่งกระแสผ่านคูลอมเมตริกเป็นเวลาประมาณครึ่งชั่วโมง จากนั้นเราก็นำแคโทดออกมาเช็ดให้แห้งด้วยกระดาษกรองอย่างระมัดระวังแล้วชั่งน้ำหนักอย่างแม่นยำ มาติดตั้งอิเล็กโทรดในเซลล์ ปิดวงจรโดยใช้ลิโน่และรักษากระแสให้คงที่ เช่น 1 A หลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมง ให้เปิดวงจรแล้วชั่งน้ำหนักแคโทดแห้งอีกครั้ง ที่กระแส 1 A มวลของมันจะเพิ่มขึ้น 1.18 กรัมต่อชั่วโมงการทำงาน
ดังนั้นปริมาณไฟฟ้าเท่ากับ 1 แอมแปร์ชั่วโมงที่ไหลผ่านสารละลายสามารถปล่อยทองแดงได้ 1.18 กรัม หรือโดยทั่วไป: ปริมาณของสารที่ปล่อยออกมาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลาย
ในการแยกไอออนที่เทียบเท่า 1 ไอออนจำเป็นต้องผ่านสารละลายด้วยปริมาณไฟฟ้าเท่ากับผลคูณของประจุอิเล็กโทรด e และหมายเลขของ Avogadro เอ็นตอบ:
อี*เอ็น A = 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 = 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 ค่านี้ระบุด้วยสัญลักษณ์ เอฟและตั้งชื่อตามผู้ค้นพบกฎเชิงปริมาณของอิเล็กโทรไลซิส หมายเลขฟาราเดย์(ค่าที่แน่นอน เอฟ- 96,498 A*s*โมล -1) ดังนั้น เพื่อแยกจำนวนเทียบเท่าที่กำหนดออกจากโซลูชัน n e ปริมาณไฟฟ้าควรส่งผ่านสารละลายเท่ากับ ฉ*นอี A*s*mol -1 . กล่าวอีกนัยหนึ่ง
มัน =ฉ*นเอ่อ นี่. ฉัน- ปัจจุบัน, ที- เวลาที่กระแสไหลผ่านสารละลาย ในส่วน " พื้นฐานการไทเทรต“ได้แสดงให้เห็นแล้วว่าจำนวนเทียบเท่าของสาร n e เท่ากับผลคูณของจำนวนโมลและจำนวนที่เท่ากัน:
nอี = n*ซีเพราะฉะนั้น:

ฉัน*ที = ไอ้เหี้ย

ในกรณีนี้ ซี- ประจุไอออน (สำหรับ Ag + ซี= 1 สำหรับ Cu 2+ ซี= 2 สำหรับอัล 3+ ซี= 3 เป็นต้น) หากเราแสดงจำนวนโมลเป็นอัตราส่วนของมวลต่อมวลโมล ( n = ม./ม) จากนั้นเราจะได้สูตรที่ช่วยให้คำนวณกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส:

มัน =F*m*Z/M

การใช้สูตรนี้คุณสามารถคำนวณกระแสได้:

ฉัน = 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

ถ้าเราแนะนำความสัมพันธ์สำหรับงานไฟฟ้า วเอล

วเอล = คุณ*ฉัน*tและ วอีเมล/ คุณ = มัน

แล้วจะรู้ถึงความตึงเครียด คุณคุณสามารถคำนวณ:

วเอล = F*m*Z*U/M

นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณได้ว่าต้องใช้เวลานานเท่าใดในการปล่อยสารจำนวนหนึ่งด้วยไฟฟ้า หรือปริมาณของสารที่จะปล่อยออกมาในช่วงเวลาหนึ่งๆ ในระหว่างการทดลอง จะต้องรักษาความหนาแน่นกระแสให้อยู่ภายในขีดจำกัดที่ระบุ หากน้อยกว่า 0.01 A/cm2 โลหะจะถูกปล่อยออกมาน้อยเกินไป เนื่องจากไอออนของทองแดง(I) จะก่อตัวขึ้นบางส่วน หากความหนาแน่นกระแสสูงเกินไป การยึดเกาะของสารเคลือบกับอิเล็กโทรดจะอ่อนลง และเมื่ออิเล็กโทรดถูกถอดออกจากสารละลาย อาจเกิดการแตกหักได้
ในทางปฏิบัติ การเคลือบกัลวานิกบนโลหะจะใช้เพื่อป้องกันการกัดกร่อนเป็นหลักและเพื่อให้มีความเงางามเหมือนกระจก
นอกจากนี้ โลหะ โดยเฉพาะทองแดงและตะกั่ว ยังถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการละลายขั้วบวกและการแยกที่แคโทด (การกลั่นด้วยไฟฟ้า) ในภายหลัง
หากต้องการชุบเหล็กด้วยทองแดงหรือนิกเกิล คุณต้องทำความสะอาดพื้นผิวของวัตถุให้สะอาดก่อน ในการทำเช่นนี้ให้ขัดด้วยชอล์กที่ล้างแล้วและล้างไขมันอย่างต่อเนื่องด้วยสารละลายโซดาไฟน้ำและแอลกอฮอล์เจือจาง หากสิ่งของนั้นมีสนิมคุณต้องดองล่วงหน้าด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริก 10-15%
เราแขวนผลิตภัณฑ์ที่ทำความสะอาดแล้วในอ่างอิเล็กโทรไลต์ (ตู้ปลาหรือบีกเกอร์ขนาดเล็ก) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นแคโทด
สารละลายสำหรับเคลือบทองแดงประกอบด้วยคอปเปอร์ซัลเฟต 250 กรัมและกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 80-100 กรัมในน้ำ 1 ลิตร (ข้อควรระวัง!) ในกรณีนี้แผ่นทองแดงจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก พื้นผิวของขั้วบวกควรจะเท่ากับพื้นผิวของวัตถุที่ถูกเคลือบโดยประมาณ ดังนั้นคุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจเสมอว่าแอโนดทองแดงแขวนอยู่ในอ่างที่ความลึกเท่ากับแคโทด
กระบวนการนี้จะดำเนินการที่แรงดันไฟฟ้า 3-4 V (แบตเตอรี่สองก้อน) และความหนาแน่นกระแส 0.02-0.4 A/cm2 อุณหภูมิของสารละลายในอ่างควรอยู่ที่ 18-25 °C
ให้เราใส่ใจกับความจริงที่ว่าระนาบแอโนดและพื้นผิวที่จะเคลือบขนานกัน เป็นการดีกว่าที่จะไม่ใช้วัตถุที่มีรูปร่างซับซ้อน ด้วยการเปลี่ยนแปลงระยะเวลาของอิเล็กโทรไลซิส จึงเป็นไปได้ที่จะได้การเคลือบทองแดงที่มีความหนาต่างกัน
บ่อยครั้งที่พวกเขาหันไปใช้การชุบทองแดงเบื้องต้นเพื่อเคลือบโลหะอื่นที่ทนทานกับชั้นนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมักใช้สำหรับการชุบโครเมี่ยมของเหล็ก การชุบนิกเกิลของการหล่อสังกะสี และในกรณีอื่นๆ อิเล็กโทรไลต์ไซยาไนด์ที่มีพิษร้ายแรงอย่างแท้จริงถูกนำมาใช้เพื่อจุดประสงค์นี้
ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบนิกเกิล ให้ละลายผลึกนิกเกิลซัลเฟต 25 กรัม กรดบอริก 10 กรัม หรือโซเดียมซิเตรต 10 กรัมในน้ำ 450 มล. คุณสามารถเตรียมโซเดียมซิเตรตได้ด้วยตัวเองโดยการทำให้สารละลายกรดซิตริก 10 กรัมเป็นกลางด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์หรือสารละลายโซดาเจือจาง ปล่อยให้ขั้วบวกเป็นแผ่นนิกเกิลที่มีพื้นที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า
เมื่อใช้ความต้านทานแบบแปรผัน เราจะรักษาความหนาแน่นกระแสให้เท่ากับ 0.005 A/cm2 ตัวอย่างเช่น ด้วยพื้นผิวของวัตถุ 20 cm2 คุณต้องทำงานที่ความแรงของกระแส 0.1 A หลังจากทำงานไปครึ่งชั่วโมง วัตถุนั้นจะถูกชุบนิกเกิลแล้ว ให้นำออกจากอ่างแล้วเช็ดด้วยผ้า อย่างไรก็ตาม เป็นการดีกว่าที่จะไม่ขัดขวางกระบวนการชุบนิกเกิล เนื่องจากชั้นนิกเกิลอาจเกิดการพาสซีฟและการเคลือบนิกเกิลที่ตามมาจะไม่เกาะติดกัน
เพื่อให้กระจกเงางามโดยไม่ต้องขัดเงาด้วยกลไก เราแนะนำสิ่งที่เรียกว่าสารเติมแต่งที่ทำให้เกิดความมันเงาลงในอ่างกัลวานิก สารเติมแต่งดังกล่าว ได้แก่ กาว เจลาติน น้ำตาล ตัวอย่างเช่นคุณสามารถเพิ่มน้ำตาลสองสามกรัมลงในอ่างนิกเกิลและศึกษาผลของมัน
ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบโครเมียมเหล็ก (หลังจากการชุบทองแดงเบื้องต้น) ให้ละลายกรดโครมิกแอนไฮไดรด์ CrO 3 40 กรัม (ข้อควรระวัง! พิษ!) และกรดซัลฟิวริก 0.5 กรัมพอดี (ไม่ว่าในกรณีใด!) ในน้ำ 100 มล. . กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่ความหนาแน่นกระแสประมาณ 0.1 A/cm 2 และใช้แผ่นตะกั่วเป็นขั้วบวก ซึ่งพื้นที่ควรน้อยกว่าพื้นที่พื้นผิวชุบโครเมียมเล็กน้อย
อ่างนิกเกิลและโครเมียมควรให้ความร้อนดีที่สุดเล็กน้อย (ประมาณ 35 ° C) โปรดทราบว่าอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบโครเมี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการที่ยาวนานและมีกระแสไฟฟ้าสูง จะปล่อยไอที่มีกรดโครมิกออกมา ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างมาก ดังนั้นควรทำการชุบโครเมี่ยมภายใต้แรงฉุดหรือในที่โล่ง เช่น บนระเบียง
เมื่อชุบโครเมียม (และชุบนิเกิลในระดับที่น้อยกว่า) กระแสไฟทั้งหมดไม่ได้ใช้สำหรับการสะสมของโลหะ ในขณะเดียวกันก็ปล่อยไฮโดรเจนออกมา จากแรงดันไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง คาดว่าโลหะที่อยู่หน้าไฮโดรเจนไม่ควรถูกปล่อยออกมาจากสารละลายที่เป็นน้ำเลย แต่ในทางกลับกัน ไฮโดรเจนที่มีฤทธิ์น้อยกว่าควรจะถูกปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ เช่นเดียวกับการละลายขั้วบวกของโลหะ วิวัฒนาการของไฮโดรเจนแบบแคโทดมักถูกยับยั้งและสังเกตได้เมื่อใช้ไฟฟ้าแรงสูงเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแรงดันเกินของไฮโดรเจน และมีขนาดใหญ่เป็นพิเศษ เช่น บนตะกั่ว ด้วยเหตุนี้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจึงสามารถทำงานได้ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ แทนที่จะเป็น PbO 2 ไฮโดรเจนควรปรากฏที่แคโทด แต่เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเกิน วิวัฒนาการของไฮโดรเจนจึงเริ่มต้นขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเกือบเต็ม

คุณสมบัติการบูรณะ- สิ่งเหล่านี้เป็นคุณสมบัติทางเคมีหลักของโลหะทุกชนิด พวกมันแสดงออกมาเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสารออกซิไดซ์หลากหลายชนิด รวมถึงสารออกซิไดซ์จากสิ่งแวดล้อม โดยทั่วไป ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารออกซิไดซ์สามารถแสดงได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

ฉัน + สารออกซิไดซ์" ฉัน(+X)

โดยที่ (+X) คือสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกของฉัน

ตัวอย่างการเกิดออกซิเดชันของโลหะ

เฟ + โอ 2 → เฟ (+3) 4เฟ + 3O 2 = 2 เฟ 2 O 3

Ti + ฉัน 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

สังกะสี + H + → สังกะสี(+2) สังกะสี + 2H + = สังกะสี 2+ + H 2

ชุดกิจกรรมโลหะ

คุณสมบัติรีดิวซ์ของโลหะแตกต่างกัน ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด E ถูกใช้เป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณของคุณสมบัติรีดักชันของโลหะ

ยิ่งโลหะมีการเคลื่อนไหวมากเท่าใด ศักยภาพของอิเล็กโทรดมาตรฐาน E o ก็จะยิ่งเป็นลบมากขึ้นเท่านั้น

โลหะที่จัดเรียงเป็นแถวเมื่อกิจกรรมออกซิเดชันลดลงก่อให้เกิดชุดกิจกรรม

ชุดกิจกรรมโลหะ

ฉัน

หลี่

เค

แคลิฟอร์เนีย

นา

มก

อัล

มน

สังกะสี

Cr

เฟ

นิ

ส

ป.ล

เอช 2

ลูกบาศ์ก

อจ

ออสเตรเลีย

ฉัน z+

ลี+

เค+

Ca2+

นา+

มก.2+

อัล 3+

ม.2+

สังกะสี 2+

Cr3+

เฟ 2+

นิ2+

เอสเอ็น 2+

ปบี 2+

เอช+

คิว 2+

เอจี+

ออสเตรเลีย 3+

อี โอ บี

-3,0

-2,9

-2,87

-2,71

-2,36

-1,66

-1,18

-0,76

-0,74

-0,44

-0,25

-0,14

-0,13

0

+0,34

+0,80

+1,50

โลหะที่มีค่า Eo เป็นลบมากกว่าจะสามารถลดไอออนบวกของโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกมากกว่าได้

การลดลงของโลหะจากสารละลายเกลือกับโลหะอื่นที่มีฤทธิ์รีดิวซ์สูงกว่าเรียกว่าซีเมนต์- การซีเมนต์ใช้ในเทคโนโลยีโลหะวิทยา

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แคดเมียมได้มาจากการลดปริมาณแคดเมียมจากสารละลายเกลือกับสังกะสี

สังกะสี + ซีดี 2+ = ซีดี + สังกะสี 2+

3.3. 1. ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับออกซิเจน

ออกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง มันสามารถออกซิไดซ์โลหะส่วนใหญ่ได้ยกเว้นออสเตรเลียและพ.ต . โลหะที่สัมผัสกับอากาศจะสัมผัสกับออกซิเจน ดังนั้นเมื่อศึกษาเคมีของโลหะ เรามักจะให้ความสนใจกับลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับออกซิเจนเสมอ

ทุกคนรู้ดีว่าเหล็กในอากาศชื้นถูกปกคลุมไปด้วยสนิม - เหล็กออกไซด์ไฮเดรต แต่โลหะหลายชนิดที่มีสถานะกะทัดรัดที่อุณหภูมิไม่สูงเกินไปจะมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน เนื่องจากโลหะเหล่านี้จะก่อตัวเป็นฟิล์มป้องกันบาง ๆ บนพื้นผิว ฟิล์มของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นเหล่านี้ป้องกันไม่ให้ตัวออกซิไดซ์สัมผัสกับโลหะ ปรากฏการณ์การก่อตัวของชั้นป้องกันบนพื้นผิวของโลหะที่ป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะเรียกว่าทู่ของโลหะ

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของโลหะกับออกซิเจน. กิจกรรมของโลหะจะเพิ่มขึ้นเมื่อถูกบดละเอียด โลหะส่วนใหญ่ที่อยู่ในรูปผงจะเผาไหม้ในออกซิเจน

s-โลหะ

แสดงกิจกรรมการลดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดส-โลหะโลหะ Na, K, Rb Cs สามารถติดไฟในอากาศได้ และพวกมันจะถูกเก็บไว้ในภาชนะที่ปิดสนิทหรือใต้ชั้นน้ำมันก๊าด Be และ Mg ถูกทำให้มีอุณหภูมิต่ำในอากาศ แต่เมื่อติดไฟ เทป Mg จะไหม้เป็นเปลวไฟที่มองไม่เห็น

โลหะครั้งที่สองกลุ่มย่อย A และ Li เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจะเกิดออกไซด์.

2Ca + O2 = 2CaO

4 หลี่ + โอ 2 = 2 หลี่ 2 โอ

โลหะอัลคาไล ยกเว้นหลี่เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจะไม่เกิดออกไซด์ แต่เป็นเปอร์ออกไซด์ฉัน 2 โอ 2 และซูเปอร์ออกไซด์มีโอ 2 .

2นา + โอ 2 = นา 2 โอ 2

K + O 2 = เกาะ 2

p-โลหะ

โลหะที่เป็นของพี- บล็อกถูกทะลุไปในอากาศ

เมื่อเผาไหม้ด้วยออกซิเจน

• โลหะของกลุ่มย่อย IIIA จะเกิดออกไซด์ในประเภทนั้น ฉัน 2 O 3,
• Sn ถูกออกซิไดซ์เป็น สโน 2 และ Pb - สูงสุด PbO
• บี้ไป ไบ2O3.

d-โลหะ

ทั้งหมดง-คาบที่ 4 โลหะถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจน- Sc, Mn, Fe ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายที่สุด ทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ ได้แก่ Ti, V, Cr

เมื่อถูกเผาด้วยออกซิเจน ของทั้งหมดง

เมื่อถูกเผาด้วยออกซิเจน ของทั้งหมดง-ของธาตุคาบ 4 มีเพียงสแกนเดียม ไทเทเนียม และวานาเดียมเท่านั้นที่ก่อให้เกิดออกไซด์ โดยที่ Me อยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด เท่ากับหมายเลขหมู่คาบ 4 d ที่เหลือเมื่อถูกเผาในออกซิเจนจะก่อตัวเป็นออกไซด์โดยที่ Me อยู่ในสถานะออกซิเดชันระดับกลางแต่เสถียร

ประเภทของออกไซด์ที่เกิดจากคาบ 4 d-metals จากการเผาไหม้ในออกซิเจน:

• มีโอจาก Zn, Cu, Ni, Co. (ที่ T>1,000°C Cu ก่อตัวเป็น Cu 2 O)
• ฉัน 2 O 3ในรูปแบบ Cr, Fe และ Sc
• มีโอ 2 - มน และติ
• V ก่อให้เกิดออกไซด์ที่สูงขึ้น - วี 2 โอ 5 .

ง- โลหะคาบ 5 และ 6 ยกเว้นใช่ ลา ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีกว่าโลหะอื่นๆ ทั้งหมด ไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนออป .

เมื่อถูกเผาด้วยออกซิเจนง- ตามกฎแล้วโลหะในช่วง 5 และ 6 จะก่อให้เกิดออกไซด์ที่สูงกว่า, ข้อยกเว้นคือโลหะ Ag, Pd, Rh, Ru

ประเภทของออกไซด์ที่เกิดจาก d-metals ในช่วง 5 และ 6 ระหว่างการเผาไหม้ในออกซิเจน:

• ฉัน 2 O 3- แบบ Y, ลา; ร;
• มีโอ 2- Zr, Hf; ไอร์:
• มี 2 ​​โอ 5- Nb ตา;
• มีโอ 3- โม ว
• มี 2 ​​โอ 7- ทีซี เรื่อง
• มีโอ 4 - ออส
• มีโอ- ซีดี, ปรอท, พีดี;
• มี 2 ​​โอ- เอจี;

ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรด

ในสารละลายกรด ไฮโดรเจนไอออนบวกเป็นตัวออกซิไดซ์- แคตไอออนของ H+ สามารถออกซิไดซ์โลหะในชุดกิจกรรมได้จนถึงไฮโดรเจน, เช่น. มีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ

โลหะหลายชนิดเมื่อถูกออกซิไดซ์จะเปลี่ยนเป็นแคตไอออนในสารละลายที่เป็นกรดฉันซี + .

แอนไอออนของกรดจำนวนหนึ่งสามารถแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่งกว่า H + สารออกซิไดซ์ดังกล่าวประกอบด้วยแอนไอออนและกรดที่พบบ่อยที่สุด ชม 2 ดังนั้น 4 และเอชเอ็นโอ 3 .

NO 3 - แอนไอออนแสดงคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ที่ความเข้มข้นใดๆ ในสารละลาย แต่ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรดและธรรมชาติของโลหะที่ถูกออกซิไดซ์

SO 4 2- แอนไอออนแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์ใน H 2 SO 4 ที่เข้มข้นเท่านั้น

ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์ของตัวออกซิไดซ์: H + , NO 3 - , ดังนั้น 4 2 -

2Н + + 2е - =เอช 2

ดังนั้น 4 2- จากความเข้มข้น H 2 SO 4 ดังนั้น 4 2- +2อี - + 4 ชม + = ดังนั้น 2 + 2 ชม 2 โอ

(การก่อตัวของ S, H 2 S ก็เป็นไปได้เช่นกัน)

NO 3 - จาก HNO 3 เข้มข้น หมายเลข 3 - + อี - +2H + = NO 2 + H 2 O
NO 3 - จากเจือจาง HNO 3 หมายเลข 3 - + 3e - +4H+=NO+2H2O

(การก่อตัวของ N 2 O, N 2, NH 4 + ก็เป็นไปได้เช่นกัน)

ตัวอย่างปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรด

Zn + H 2 SO 4 (เจือจาง) " ZnSO 4 + H 2

8Al + 15H 2 SO 4 (k.) " 4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

3Ni + 8HNO 3 (ดิล.) " 3Ni(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Cu + 4HNO 3 (k.) " Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

ผลิตภัณฑ์จากออกซิเดชันของโลหะในสารละลายที่เป็นกรด

โลหะอัลคาไลก่อตัวเป็นไอออนบวกประเภท Me + โลหะ s ของกลุ่มที่สองก่อตัวเป็นไอออนบวกฉัน 2+

เมื่อละลายในกรด โลหะ p-block จะเกิดเป็นแคตไอออนที่ระบุในตาราง

โลหะ Pb และ Bi ละลายในกรดไนตริกเท่านั้น

ฉัน	อัล	กา	ใน	ตล	ส	ป.ล	บี
เมซ+	อัล 3+	กา 3+	ใน 3+	ทล+	เอสเอ็น 2+	ปบี 2+	ไบ 3+
อีโอ บี	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

d-metals ทั้งหมด 4 คาบ ยกเว้นลูกบาศ์ก , สามารถออกซิไดซ์ได้ด้วยไอออนเอช+ ในสารละลายที่เป็นกรด

ประเภทของแคตไอออนที่เกิดจากคาบ 4 d-โลหะ:

• ฉัน 2+(สร้างโลหะ d ตั้งแต่ Mn ถึง Cu)
• ฉัน 3+ (เกิด Sc, Ti, V, Cr และ Fe ในกรดไนตริก)
• Ti และ V ก็ก่อตัวเป็นแคตไอออนเช่นกัน มีโอ 2+

ง- องค์ประกอบของคาบ 5 และ 6 มีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีกว่าคาบ 4ง- โลหะ

ในสารละลายที่เป็นกรด H + สามารถออกซิไดซ์ได้: Y, La, Cd

สิ่งต่อไปนี้สามารถละลายได้ใน HNO 3: Cd, Hg, Ag Pd, Tc, Re ละลายใน HNO 3 ที่ร้อน

สิ่งต่อไปนี้ละลายใน H 2 SO 4 ที่ร้อน: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg

โลหะ: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W มักจะละลายในส่วนผสมของ HNO 3 + HF

ใน Aqua Regia (ส่วนผสมของ HNO 3 + HCl) Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au และ Os สามารถละลายได้ด้วยความยากลำบาก) สาเหตุของการละลายของโลหะในน้ำกัดทองหรือในส่วนผสมของ HNO 3 + HF คือการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อน

ตัวอย่าง. การละลายของทองคำในกรดกัดทองเกิดขึ้นได้เนื่องจากการก่อตัวของสารเชิงซ้อน -

Au + HNO 3 + 4HCl = H + NO + 2H 2 O

ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับน้ำ

คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของน้ำเกิดจากฮ(+1)

2H 2 O + 2e -" เอ็น 2 +2OH-

เนื่องจากความเข้มข้นของ H + ในน้ำต่ำ คุณสมบัติการออกซิไดซ์จึงต่ำ โลหะสามารถละลายในน้ำได้อี< - 0,413 B. Число металлов, удовлетворяющих этому условию, значительно больше, чем число металлов, реально растворяющихся в воде. Причиной этого является образование на поверхности большинства металлов плотного слоя оксида, нерастворимого в воде. Если оксиды и гидроксиды металла растворимы в воде, то этого препятствия нет, поэтому щелочные и щелочноземельные металлы энергично растворяются в воде. ทั้งหมดส-โลหะ ยกเว้นบีและมก ละลายในน้ำได้ง่าย

2 นา + 2 โห = ชม 2 + 2 โอ้ -

นาทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างรุนแรง และปล่อยความร้อนออกมา H2 ที่ปล่อยออกมาอาจติดไฟได้

2H 2 +O 2 =2H 2 O

Mg ละลายในน้ำเดือดเท่านั้น Be ได้รับการปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันด้วยออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำเฉื่อย

โลหะบล็อก P มีสารรีดิวซ์ที่ทรงพลังน้อยกว่าส.

ในบรรดาโลหะ p กิจกรรมรีดิวซ์จะสูงกว่าในโลหะของกลุ่มย่อย IIIA, Sn และ Pb เป็นตัวรีดิวซ์ที่อ่อนแอ, Bi มี Eo > 0

p-metals จะไม่ละลายในน้ำภายใต้สภาวะปกติ- เมื่อปกป้องออกไซด์ถูกละลายจากพื้นผิวในสารละลายอัลคาไลน์ด้วยน้ำ Al, Ga และ Sn จะถูกออกซิไดซ์

ในบรรดาโลหะ d พวกมันจะถูกออกซิไดซ์ด้วยน้ำเมื่อ Sc และ Mn, La, Y ถูกทำให้ร้อน

ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายอัลคาไล

ในสารละลายอัลคาไลน์ น้ำจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์.

2H 2 O + 2e - =ชม. 2 + 2OH -อีโอ = - 0.826 บี (พีเอช = 14)

คุณสมบัติออกซิไดซ์ของน้ำจะลดลงเมื่อค่า pH เพิ่มขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นของ H + ลดลง แต่ถึงอย่างไร, โลหะบางชนิดที่ไม่ละลายในน้ำจะละลายในสารละลายอัลคาไลตัวอย่างเช่น Al, Zn และอื่นๆ สาเหตุหลักสำหรับการละลายของโลหะดังกล่าวในสารละลายอัลคาไลน์ก็คือออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของโลหะเหล่านี้แสดงแอมโฟเทอริซิตี้และละลายในด่าง ซึ่งช่วยขจัดสิ่งกีดขวางระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์

ตัวอย่าง. การละลายของ Al ในสารละลาย NaOH

2Al + 3H 2 O + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na + 3H 2

หากจากทั้งชุดของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน เราเลือกเฉพาะกระบวนการอิเล็กโทรดที่สอดคล้องกับสมการทั่วไป

จากนั้นเราจะได้ความเค้นโลหะชุดหนึ่ง นอกจากโลหะแล้ว ซีรี่ส์นี้ยังรวมไฮโดรเจนไว้ด้วยเสมอ ซึ่งช่วยให้คุณเห็นว่าโลหะชนิดใดที่สามารถแทนที่ไฮโดรเจนจากสารละลายกรดที่เป็นน้ำได้

ตารางที่ 19. ชุดของความเค้นของโลหะ

ตารางแสดงความเค้นจำนวนหนึ่งสำหรับโลหะที่สำคัญที่สุด 19. ตำแหน่งของโลหะชนิดใดชนิดหนึ่งในชุดความเค้นแสดงถึงความสามารถในการรับปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำภายใต้สภาวะมาตรฐาน ไอออนของโลหะเป็นตัวออกซิไดซ์และโลหะในรูปของสารธรรมดาเป็นตัวรีดิวซ์ ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งโลหะอยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้ามากเท่าไร ตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำก็จะยิ่งมีไอออนมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งโลหะอยู่ใกล้จุดเริ่มต้นของอนุกรมมากเท่าไร คุณสมบัติรีดิวซ์ของโลหะธรรมดาก็จะยิ่งแข็งแกร่งเท่านั้น สาร - โลหะ

ศักยภาพกระบวนการอิเล็กโทรด

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางจะเท่ากับ B (ดูหน้า 273) โลหะที่มีฤทธิ์ในตอนต้นของอนุกรม ซึ่งมีศักยภาพเป็นลบมากกว่า -0.41 V อย่างมีนัยสำคัญ จะเข้ามาแทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ แมกนีเซียมจะแทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำร้อนเท่านั้น โลหะที่อยู่ระหว่างแมกนีเซียมและแคดเมียมโดยทั่วไปจะไม่แทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ ฟิล์มออกไซด์จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของโลหะเหล่านี้ซึ่งมีผลในการป้องกัน

โลหะที่อยู่ระหว่างแมกนีเซียมและไฮโดรเจนจะเข้ามาแทนที่ไฮโดรเจนจากสารละลายกรด ในขณะเดียวกัน ฟิล์มป้องกันก็จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของโลหะบางชนิดด้วย เพื่อยับยั้งปฏิกิริยา ดังนั้นฟิล์มออกไซด์บนอะลูมิเนียมทำให้โลหะนี้มีความเสถียรไม่เพียงแต่ในน้ำเท่านั้น แต่ยังอยู่ในสารละลายของกรดบางชนิดด้วย ตะกั่วไม่ละลายในกรดซัลฟิวริกที่ความเข้มข้นต่ำกว่า เนื่องจากเกลือที่เกิดขึ้นเมื่อตะกั่วทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกจะไม่ละลายน้ำ และสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวโลหะ ปรากฏการณ์ของการยับยั้งอย่างล้ำลึกของการเกิดออกซิเดชันของโลหะเนื่องจากการมีออกไซด์ป้องกันหรือฟิล์มเกลือบนพื้นผิวเรียกว่าความเฉื่อยและสถานะของโลหะในกรณีนี้เรียกว่าสถานะที่ไม่โต้ตอบ

โลหะสามารถแทนที่กันและกันจากสารละลายเกลือได้ ทิศทางของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยตำแหน่งสัมพัทธ์ในชุดของความเค้น เมื่อพิจารณากรณีเฉพาะของปฏิกิริยาดังกล่าว ควรจำไว้ว่าโลหะที่ออกฤทธิ์จะแทนที่ไฮโดรเจนไม่เพียงแต่จากน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารละลายที่เป็นน้ำด้วย ดังนั้นการแทนที่โลหะร่วมกันจากสารละลายเกลือจึงเกิดขึ้นได้จริงเฉพาะในกรณีของโลหะที่อยู่ในซีรีส์หลังแมกนีเซียม

Beketov เป็นคนแรกที่ศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับการแทนที่โลหะจากสารประกอบด้วยโลหะอื่น จากผลงานของเขา เขาได้จัดเรียงโลหะตามกิจกรรมทางเคมีของพวกมันให้เป็นอนุกรมการกระจัด ซึ่งเป็นต้นแบบของอนุกรมความเค้นของโลหะ

ตำแหน่งสัมพัทธ์ของโลหะบางชนิดในอนุกรมความเค้นและในตารางธาตุเมื่อมองแวบแรกไม่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น ตามตำแหน่งในตารางธาตุ กิจกรรมทางเคมีของโพแทสเซียมควรมากกว่าโซเดียม และโซเดียม - มากกว่าลิเธียม ในชุดแรงดันไฟฟ้า ลิเธียมมีความกระตือรือร้นมากที่สุด และโพแทสเซียมจะอยู่ในตำแหน่งตรงกลางระหว่างลิเธียมกับโซเดียม สังกะสีและทองแดงตามตำแหน่งในตารางธาตุควรมีฤทธิ์ทางเคมีเท่ากันโดยประมาณ แต่ในชุดแรงดันไฟฟ้า สังกะสีจะอยู่เร็วกว่าทองแดงมาก สาเหตุของความไม่สอดคล้องกันประเภทนี้มีดังนี้

เมื่อเปรียบเทียบโลหะที่อยู่ในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งในตารางธาตุ พลังงานไอออไนเซชันของอะตอมอิสระจะถูกใช้เป็นการวัดกิจกรรมทางเคมี - ความสามารถลดลง ตัวอย่างเช่นเมื่อเคลื่อนที่จากบนลงล่างตามกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I ของระบบธาตุพลังงานไอออไนเซชันของอะตอมจะลดลงซึ่งสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของรัศมี (เช่นด้วยระยะห่างของอิเล็กตรอนด้านนอกที่มากขึ้น จากนิวเคลียส) และด้วยการคัดกรองประจุบวกของนิวเคลียสที่เพิ่มขึ้นโดยชั้นอิเล็กทรอนิกส์ระดับกลาง (ดูมาตรา 31) ดังนั้นอะตอมโพแทสเซียมจึงมีฤทธิ์ทางเคมีมากกว่า - พวกมันมีคุณสมบัติรีดิวซ์ได้ดีกว่าอะตอมโซเดียม และอะตอมโซเดียมมีฤทธิ์มากกว่าอะตอมลิเธียม

เมื่อเปรียบเทียบโลหะในชุดแรงดันไฟฟ้า การวัดกิจกรรมทางเคมีจะถือเป็นการวัดกิจกรรมทางเคมีในการแปลงโลหะในสถานะของแข็งให้เป็นไอออนไฮเดรตในสารละลายที่เป็นน้ำ งานนี้สามารถแสดงเป็นผลรวมของสามเทอม ได้แก่ พลังงานการทำให้เป็นอะตอม - การเปลี่ยนผลึกโลหะเป็นอะตอมที่แยกได้ พลังงานไอออไนเซชันของอะตอมโลหะอิสระ และพลังงานไฮเดรชันของไอออนที่เกิดขึ้น พลังงานการทำให้เป็นละอองแสดงถึงความแข็งแกร่งของโครงตาข่ายคริสตัลของโลหะที่กำหนด พลังงานของการไอออไนเซชันของอะตอม - การกำจัดเวเลนซ์อิเล็กตรอนออกจากพวกมัน - ถูกกำหนดโดยตรงจากตำแหน่งของโลหะในตารางธาตุ พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการให้ความชุ่มชื้นนั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของไอออน ประจุ และรัศมี

ลิเธียมและโพแทสเซียมไอออนซึ่งมีประจุเท่ากันแต่มีรัศมีต่างกัน จะสร้างสนามไฟฟ้ารอบตัวไม่เท่ากัน สนามที่สร้างขึ้นใกล้กับลิเธียมไอออนขนาดเล็กจะแข็งแกร่งกว่าสนามที่อยู่ใกล้โพแทสเซียมไอออนขนาดใหญ่ จากนี้เห็นได้ชัดว่าลิเธียมไอออนจะให้ความชุ่มชื้นโดยปล่อยพลังงานออกมามากกว่าโพแทสเซียมไอออน

ดังนั้น ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงที่กำลังพิจารณา พลังงานจะถูกใช้ไปกับการทำให้เป็นอะตอมและการเกิดไอออไนเซชัน และพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการให้ความชุ่มชื้น ยิ่งการใช้พลังงานทั้งหมดต่ำลง กระบวนการทั้งหมดก็จะง่ายขึ้น และโลหะที่กำหนดก็จะยิ่งเข้าใกล้จุดเริ่มต้นของซีรีส์ความเค้นมากขึ้นเท่านั้น แต่จากสามเงื่อนไขของสมดุลพลังงานทั่วไป มีเพียงตำแหน่งเดียวเท่านั้น - พลังงานไอออไนเซชัน - ที่กำหนดโดยตรงจากตำแหน่งของโลหะในตารางธาตุ ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะคาดหวังว่าตำแหน่งสัมพัทธ์ของโลหะบางชนิดในชุดความเค้นจะสอดคล้องกับตำแหน่งในตารางธาตุเสมอ ดังนั้นสำหรับลิเธียมการใช้พลังงานทั้งหมดจะน้อยกว่าโพแทสเซียมตามที่ลิเธียมมาก่อนโพแทสเซียมในซีรีย์แรงดันไฟฟ้า

สำหรับทองแดงและสังกะสี ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานสำหรับการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมอิสระและพลังงานที่ได้รับระหว่างการให้น้ำด้วยไอออนจะใกล้เคียงกัน แต่ทองแดงที่เป็นโลหะจะสร้างโครงผลึกที่แข็งแกร่งกว่าสังกะสี ดังที่เห็นได้จากการเปรียบเทียบอุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะเหล่านี้: สังกะสีละลายที่ และทองแดงเท่านั้นที่ ดังนั้น พลังงานที่ใช้ไปกับการทำให้เป็นอะตอมของโลหะเหล่านี้จึงมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนพลังงานทั้งหมดสำหรับกระบวนการทั้งหมดในกรณีของทองแดงมีค่ามากกว่าในกรณีของสังกะสีมาก ซึ่งอธิบายตำแหน่งสัมพัทธ์ของสิ่งเหล่านี้ โลหะในชุดความเค้น

เมื่อผ่านจากน้ำไปยังตัวทำละลายที่ไม่มีน้ำ ตำแหน่งสัมพัทธ์ของโลหะในชุดแรงดันไฟฟ้าอาจเปลี่ยนแปลง เหตุผลก็คือพลังงานการละลายของไอออนโลหะต่างๆ จะเปลี่ยนไปแตกต่างกันเมื่อเคลื่อนที่จากตัวทำละลายหนึ่งไปยังอีกตัวทำละลายหนึ่ง

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไอออนของทองแดงจะถูกละลายได้ค่อนข้างแรงในตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าในตัวทำละลายดังกล่าวทองแดงจะอยู่ในซีรีย์แรงดันไฟฟ้าก่อนไฮโดรเจนและแทนที่จากสารละลายกรด

ดังนั้นตรงกันข้ามกับระบบธาตุเป็นระยะ ชุดของความเค้นของโลหะไม่ได้สะท้อนถึงรูปแบบทั่วไปบนพื้นฐานที่สามารถให้คุณสมบัติทางเคมีของโลหะที่ครอบคลุมได้ ชุดแรงดันไฟฟ้าแสดงลักษณะเฉพาะความสามารถในการรีดอกซ์ของระบบไฟฟ้าเคมี "โลหะ - ไอออนโลหะ" ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด: ค่าที่กำหนดในนั้นหมายถึงสารละลายในน้ำ อุณหภูมิ และความเข้มข้นของหน่วย (กิจกรรม) ของไอออนโลหะ