kim loại hoạt động. Kim loại hoạt động Tương tác của kim loại với dung dịch kiềm

Những thông tin có thể thu được từ một loạt các điện áp?

Một số ứng suất kim loại được sử dụng rộng rãi trong hóa học vô cơ. Đặc biệt, kết quả của nhiều phản ứng và thậm chí khả năng thực hiện chúng phụ thuộc vào vị trí của một số kim loại trong NRN. Hãy thảo luận về vấn đề này chi tiết hơn.

Sự tương tác của kim loại với axit

Các kim loại nằm trong dãy điện thế bên trái hiđro phản ứng với axit - chất không oxi hóa. Các kim loại nằm trong ERN bên phải H chỉ tương tác với axit - chất oxi hóa (đặc biệt là với HNO 3 và H 2 SO 4 đặc).

ví dụ 1. Kẽm nằm trong NER ở bên trái hydro, do đó, nó có thể phản ứng với hầu hết các axit:

Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2

Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2

ví dụ 2. Đồng nằm trong ERN ở bên phải của H; kim loại này không phản ứng với axit "thông thường" (HCl, H 3 PO 4 , HBr, axit hữu cơ), tuy nhiên, nó tương tác với axit oxy hóa (nitric, sulfuric đậm đặc):

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

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

Tôi thu hút sự chú ý của bạn đến một điểm quan trọng: khi kim loại tương tác với axit oxy hóa, không phải hydro được giải phóng mà là một số hợp chất khác. Bạn có thể đọc thêm về điều này!

Tương tác của kim loại với nước

Các kim loại nằm trong dãy điện áp bên trái của Mg dễ dàng phản ứng với nước đã ở nhiệt độ phòng với sự giải phóng hydro và tạo thành dung dịch kiềm.

ví dụ 3. Natri, kali, canxi dễ tan trong nước tạo thành dung dịch kiềm:

2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2

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

Ca + 2H 2 O \u003d Ca(OH) 2 + H 2

Các kim loại nằm trong dải điện áp từ hydro đến magiê (bao gồm) trong một số trường hợp tương tác với nước, nhưng các phản ứng đòi hỏi các điều kiện cụ thể. Ví dụ, nhôm và magiê chỉ bắt đầu tương tác với H 2 O sau khi loại bỏ màng oxit khỏi bề mặt kim loại. Sắt không phản ứng với nước ở nhiệt độ phòng, nhưng tương tác với hơi nước. Coban, niken, thiếc, chì thực tế không tương tác với H 2 O, không chỉ ở nhiệt độ phòng mà cả khi đun nóng.

Các kim loại nằm ở phía bên phải của ERN (bạc, vàng, bạch kim) không phản ứng với nước trong mọi trường hợp.

Tác dụng của kim loại với dung dịch nước muối

Chúng ta sẽ nói về các loại phản ứng sau:

kim loại (*) + muối kim loại (**) = kim loại (**) + muối kim loại (*)

Tôi muốn nhấn mạnh rằng các dấu hoa thị trong trường hợp này không biểu thị mức độ oxy hóa, không phải hóa trị của kim loại mà chỉ cho phép chúng ta phân biệt giữa kim loại số 1 và kim loại số 2.

Để một phản ứng như vậy xảy ra, ba điều kiện phải được đáp ứng đồng thời:

các muối tham gia vào quá trình này phải hòa tan trong nước (điều này rất dễ kiểm tra bằng cách sử dụng bảng độ hòa tan);
kim loại (*) phải nằm trong dãy có hiệu điện thế bên trái kim loại (**);
kim loại (*) không được phản ứng với nước (điều này cũng dễ dàng kiểm tra bằng ERN).

Ví dụ 4. Hãy xem xét một vài phản ứng:

Zn + CuSO 4 \u003d ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Phản ứng đầu tiên dễ thực hiện, tất cả các điều kiện trên đều được đáp ứng: đồng sunfat tan trong nước, kẽm ở ERN bên trái đồng, Zn không phản ứng với nước.

Phản ứng thứ hai là không thể, bởi vì điều kiện đầu tiên không được đáp ứng (đồng (II) sunfua thực tế không hòa tan trong nước). Phản ứng thứ ba không khả thi vì chì là kim loại kém hoạt động hơn sắt (nằm bên phải trong NRN). Cuối cùng, quy trình thứ tư sẽ KHÔNG tạo ra kết tủa niken do kali phản ứng với nước; kali hydroxit thu được có thể phản ứng với dung dịch muối, nhưng đây là một quá trình hoàn toàn khác.

Quá trình phân hủy nhiệt nitrat

Hãy để tôi nhắc bạn rằng nitrat là muối của axit nitric. Tất cả các nitrat bị phân hủy khi đun nóng, nhưng thành phần của các sản phẩm phân hủy có thể khác nhau. Thành phần được xác định bởi vị trí của kim loại trong chuỗi ứng suất.

Nitrat của các kim loại nằm trong NER bên trái magie khi nung nóng tạo thành nitrit và oxi tương ứng:

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2

Trong quá trình phân hủy nhiệt các muối nitrat kim loại nằm trong dãy điện thế từ Mg đến Cu, oxit kim loại, NO 2 và oxi được tạo thành:

2Cu(NO 3) 2 \u003d 2CuO + 4NO 2 + O 2

Cuối cùng, trong quá trình phân hủy nitrat của các kim loại kém hoạt động nhất (nằm trong NER bên phải đồng), kim loại, nitơ điôxit và oxy được hình thành.

Sự khác biệt tiềm năng "chất điện cực - dung dịch" chỉ đóng vai trò là một đặc tính định lượng về khả năng của một chất (cả kim loại vàphi kim loại) đi vào dung dịch ở dạng ion, tức là nhân vậtbởi khả năng OB của ion và chất tương ứng của nó.

Sự khác biệt tiềm năng này được gọi làthế điện cực.

Tuy nhiên, các phương pháp trực tiếp để đo lường sự khác biệt tiềm năng như vậykhông tồn tại, vì vậy chúng tôi đã đồng ý định nghĩa chúng liên quan đếncái gọi là điện cực hydro tiêu chuẩn, tiềm năngcó giá trị được lấy theo điều kiện bằng 0 (thường còn được gọi làđiện cực tham chiếu). Điện cực hydro tiêu chuẩn bao gồmtừ một tấm bạch kim ngâm trong dung dịch axit có connồng độ ion H + 1 mol/l và được rửa sạch bằng dòng khíhydro ở điều kiện tiêu chuẩn.

Sự xuất hiện của một điện thế tại một điện cực hydro tiêu chuẩn có thể được hình dung như sau. Khí hydro, được hấp thụ bởi bạch kim, chuyển sang trạng thái nguyên tử:

H22H.

Giữa hydro nguyên tử được hình thành trên bề mặt của tấm, các ion hydro trong dung dịch và bạch kim (electron!) Một trạng thái cân bằng động được thực hiện:

H H + + e.

Quá trình tổng thể được thể hiện bằng phương trình:

H 2 2H+ + 2e.

Bạch kim không tham gia oxi hóa khử Và quá trình, nhưng chỉ là chất mang hydro nguyên tử.

Nếu một tấm kim loại nhúng trong dung dịch muối của nó có nồng độ ion kim loại bằng 1 mol / l, được nối với điện cực hydro tiêu chuẩn, thì sẽ thu được một tế bào điện. Suất điện động của nguyên tố này(EMF), được đo ở 25 ° C và đặc trưng cho thế điện cực chuẩn của kim loại, thường được ký hiệu là E 0.

Trong mối quan hệ với hệ H 2 / 2H +, một số chất sẽ đóng vai trò là chất oxi hóa, số khác đóng vai trò là chất khử. Hiện tại, hầu hết các kim loại và nhiều phi kim đều có thế chuẩn, đặc trưng cho khả năng tương đối của các chất khử hoặc chất oxi hóa trong việc tặng hoặc thu electron.

Thế của các điện cực đóng vai trò là chất khử đối với hydro có dấu “-” và dấu “+” đánh dấu thế của các điện cực là chất oxi hóa.

Nếu bạn sắp xếp các kim loại theo thứ tự tăng dần của thế điện cực tiêu chuẩn của chúng, thì cái gọi là hiệu điện thế điện hóa của kim loại:

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, V i , С u , Hg , А g , Р d , Р t , А u .

Dãy các ứng suất đặc trưng cho tính chất hóa học của kim loại.

1. Thế điện cực của kim loại càng âm thì khả năng khử của nó càng lớn.

2. Mỗi kim loại có khả năng đẩy (phục hồi) ra khỏi dung dịch muối những kim loại nằm trong dãy ứng suất kim loại sau nó. Các ngoại lệ duy nhất là kim loại kiềm và kiềm thổ, sẽ không khử các ion kim loại khác khỏi dung dịch muối của chúng. Điều này là do trong những trường hợp này, các phản ứng tương tác của kim loại với nước diễn ra với tốc độ nhanh hơn.

3. Tất cả các kim loại có thế điện cực chuẩn âm, tức là nằm trong dãy điện thế của các kim loại ở bên trái hiđro, có khả năng đẩy nó ra khỏi dung dịch axit.

Cần lưu ý rằng loạt trình bày chỉ đặc trưng cho hành vi của kim loại và muối của chúng trong dung dịch nước, vì các điện thế có tính đến các đặc điểm tương tác của một hoặc một ion khác với các phân tử dung môi. Đó là lý do tại sao chuỗi điện hóa bắt đầu với liti, trong khi rubidi và kali hoạt động hóa học mạnh hơn nằm ở bên phải của liti. Điều này là do năng lượng đặc biệt cao của quá trình hydrat hóa ion lithium so với các ion kim loại kiềm khác.

Giá trị đại số của thế oxy hóa khử tiêu chuẩn đặc trưng cho hoạt tính oxy hóa của dạng oxy hóa tương ứng. Do đó, việc so sánh các giá trị của thế oxi hóa khử tiêu chuẩn cho phép chúng ta trả lời câu hỏi: phản ứng oxi hóa khử này hay phản ứng oxi hóa khử đó có tiến hành không?

Vì vậy, tất cả các nửa phản ứng oxy hóa ion halogenua thành halogen tự do

2 Cl - - 2 e \u003d C l 2 E 0 \u003d -1,36 V (1)

2 Br - -2e \u003d B r 2 E 0 \u003d -1,07 V (2)

2I - -2 e \u003d I 2 E 0 \u003d -0,54 V (3)

có thể được thực hiện trong điều kiện tiêu chuẩn khi oxit chì được sử dụng làm tác nhân oxy hóa ( IV ) (E 0 = 1,46 V) hoặc thuốc tím (E 0 = 1,52 V). Khi sử dụng kali dicromat ( E0 = 1,35 V) thì chỉ thực hiện được các phản ứng (2) và (3). Cuối cùng, việc sử dụng axit nitric làm chất oxy hóa ( E0 = 0,96 V) chỉ cho phép xảy ra một nửa phản ứng với sự tham gia của ion iotua (3).

Do đó, một tiêu chí định lượng để đánh giá khả năng xảy ra một phản ứng oxi hóa khử cụ thể là giá trị dương của sự chênh lệch giữa thế oxi hóa khử tiêu chuẩn của các nửa phản ứng oxi hóa và khử.

Grosse E., Weissmantel X.

Hóa học cho những người tò mò. Nguyên tắc cơ bản của hóa học và thí nghiệm giải trí.

Chương 3 (tiếp theo)

BÀI HỌC NHỎ VỀ ĐIỆN HÓA KIM LOẠI

Chúng ta đã làm quen với quá trình điện phân dung dịch clorua kim loại kiềm và sản xuất kim loại bằng phương pháp nóng chảy. Bây giờ chúng ta hãy thử thực hiện một số thí nghiệm đơn giản để nghiên cứu một số định luật điện hóa của dung dịch nước, tế bào điện và cũng làm quen với việc sản xuất lớp phủ điện bảo vệ.
Phương pháp điện hóa được sử dụng trong hóa học phân tích hiện đại và dùng để xác định các đại lượng quan trọng nhất trong hóa học lý thuyết.
Cuối cùng, sự ăn mòn các vật kim loại, gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc gia, trong hầu hết các trường hợp là quá trình điện hóa.

PHẠM VI ĐIỆN ÁP CỦA KIM LOẠI

Liên kết cơ bản để hiểu các quá trình điện hóa là chuỗi điện áp của kim loại. Có thể sắp xếp các kim loại thành một hàng bắt đầu bằng phản ứng và kết thúc bằng kim loại quý ít phản ứng nhất:
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.
Đây là cách, theo những ý tưởng mới nhất, một loạt điện áp cho các kim loại và hydro quan trọng nhất. Nếu các điện cực của một tế bào điện được làm từ hai kim loại bất kỳ của một hàng, thì một điện áp âm sẽ xuất hiện trên vật liệu trước đó trong hàng.
Giá trị điện áp ( tiềm năng điện hóa) phụ thuộc vào vị trí của phần tử trong dãy hiệu điện thế và tính chất của chất điện phân.
Chúng ta sẽ thiết lập bản chất của chuỗi điện áp từ một số thí nghiệm đơn giản mà chúng ta cần nguồn dòng điện và dụng cụ đo điện. Hãy hòa tan khoảng 10 g đồng sunfat kết tinh trong 100 ml nước và nhúng một cây kim thép hoặc một miếng tôn vào dung dịch. (Chúng tôi khuyên bạn trước tiên nên lau bàn ủi cho sáng bóng bằng một miếng vải nhám mỏng.) Sau một thời gian ngắn, bàn ủi sẽ được bao phủ bởi một lớp đồng thoát ra màu đỏ. Sắt hoạt động mạnh hơn sẽ đẩy đồng ra khỏi dung dịch, với sắt hòa tan dưới dạng ion và đồng được giải phóng dưới dạng kim loại. Quá trình tiếp tục miễn là dung dịch tiếp xúc với sắt. Ngay sau khi đồng bao phủ toàn bộ bề mặt của bàn ủi, nó sẽ gần như dừng lại. Trong trường hợp này, một lớp đồng khá xốp được hình thành, do đó không thể có được lớp phủ bảo vệ nếu không sử dụng dòng điện.
Trong các thí nghiệm sau, chúng ta sẽ hạ các dải kẽm và chì thiếc nhỏ vào dung dịch đồng sunfat. Sau 15 phút, lấy chúng ra, rửa sạch và kiểm tra dưới kính hiển vi. Chúng ta có thể thấy những hoa văn đẹp như băng có màu đỏ dưới ánh sáng phản chiếu và bao gồm đồng được giải phóng. Ở đây, các kim loại hoạt động mạnh hơn cũng chuyển đồng từ trạng thái ion sang trạng thái kim loại.
Đổi lại, đồng có thể thay thế các kim loại thấp hơn trong chuỗi điện áp, nghĩa là ít hoạt động hơn. Trên một dải đồng mỏng hoặc trên một sợi dây đồng dẹt (trước đó đã làm sạch bề mặt cho sáng bóng), chúng tôi nhỏ vài giọt dung dịch bạc nitrat. Bằng mắt thường, có thể nhận thấy lớp phủ màu đen được hình thành, dưới kính hiển vi dưới ánh sáng phản chiếu trông giống như những chiếc kim mỏng và hoa văn thực vật (cái gọi là đuôi gai).
Để cách ly kẽm không có dòng điện, cần sử dụng một kim loại hoạt động mạnh hơn. Loại trừ các kim loại tương tác mạnh với nước, chúng tôi tìm thấy magiê trong chuỗi ứng suất trên kẽm. Chúng tôi đặt một vài giọt dung dịch kẽm sunfat trên một miếng băng magiê hoặc trên một con chip mỏng của điện tử. Chúng tôi thu được dung dịch kẽm sunfat bằng cách hòa tan một mẩu kẽm trong axit sunfuric loãng. Đồng thời với kẽm sulfat, thêm một vài giọt rượu biến tính. Trên magiê, sau một thời gian ngắn, chúng tôi nhận thấy, đặc biệt là dưới kính hiển vi, kẽm đã tách ra ở dạng tinh thể mỏng.
Nói chung, bất kỳ thành viên nào của chuỗi điện áp đều có thể bị đẩy ra khỏi dung dịch, ở dạng ion và chuyển sang trạng thái kim loại. Tuy nhiên, khi thử tất cả các loại kết hợp, chúng tôi có thể thất vọng. Có vẻ như nếu một dải nhôm được ngâm trong dung dịch muối đồng, sắt, chì và kẽm, những kim loại này sẽ nổi bật trên đó. Nhưng điều này, tuy nhiên, không xảy ra. Nguyên nhân của sự cố không nằm ở lỗi trong dãy điện áp mà dựa trên sự ức chế đặc biệt của phản ứng, trong trường hợp này là do một lớp màng oxit mỏng trên bề mặt nhôm. Trong các giải pháp như vậy, nhôm được gọi là thụ động.

HÃY NHÌN BÊN NGOÀI PHIM

Để xây dựng các mô hình của các quá trình đang diễn ra, chúng ta có thể hạn chế xem xét các cation và loại trừ các anion, vì bản thân chúng không tham gia vào phản ứng. (Tuy nhiên, loại anion ảnh hưởng đến tốc độ lắng đọng.) Nếu để đơn giản, chúng ta giả sử rằng cả kim loại được giải phóng và kim loại bị hòa tan đều tạo ra các cation tích điện gấp đôi, thì chúng ta có thể viết:

Tôi 1 + Tôi 2 2+ = Tôi 1 2+ + Tôi 2

Hơn nữa, đối với thí nghiệm đầu tiên Me 1 = Fe, Me 2 = Сu.
Vì vậy, quá trình này bao gồm sự trao đổi điện tích (electron) giữa các nguyên tử và ion của cả hai kim loại. Nếu chúng ta xem xét riêng (như các phản ứng trung gian) sự hòa tan của sắt hoặc sự kết tủa của đồng, chúng ta sẽ nhận được:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

Сu 2+ + 2 e--=Cu

Bây giờ hãy xem xét trường hợp khi kim loại được ngâm trong nước hoặc trong dung dịch muối, với cation không thể trao đổi do vị trí của nó trong dãy điện áp. Mặc dù vậy, kim loại có xu hướng đi vào dung dịch ở dạng ion. Trong trường hợp này, nguyên tử kim loại nhường hai electron (nếu kim loại là hóa trị hai), bề mặt của kim loại được ngâm trong dung dịch được tích điện âm so với dung dịch và một lớp điện kép được hình thành tại giao diện. Sự khác biệt tiềm năng này ngăn chặn sự hòa tan hơn nữa của kim loại, do đó quá trình này sẽ sớm dừng lại.
Nếu hai kim loại khác nhau được ngâm trong một dung dịch, thì cả hai đều tích điện, nhưng kim loại kém hoạt động hơn sẽ yếu hơn một chút, do thực tế là các nguyên tử của nó ít bị tách electron hơn.
Kết nối cả hai kim loại với một dây dẫn. Do có hiệu điện thế nên dòng electron sẽ chuyển động từ kim loại hoạt động mạnh hơn sang kim loại kém hoạt động hơn tạo thành cực dương của nguyên tố. Một quá trình diễn ra trong đó kim loại hoạt động mạnh hơn đi vào dung dịch và các cation từ dung dịch được giải phóng trên kim loại quý hơn. Bây giờ chúng ta hãy minh họa bằng một vài thí nghiệm lập luận hơi trừu tượng ở trên (hơn nữa, đó là một sự đơn giản hóa thô thiển).
Đầu tiên, đổ đầy dung dịch axit sunfuric 10% vào giữa cốc có dung tích 250 ml và nhúng những miếng kẽm và đồng không quá nhỏ vào đó. Chúng tôi hàn hoặc tán một dây đồng vào cả hai điện cực, các đầu của chúng không được chạm vào dung dịch.
Miễn là các đầu của dây không được kết nối với nhau, chúng ta sẽ quan sát thấy sự hòa tan của kẽm, kèm theo sự giải phóng hydro. Kẽm, như sau từ chuỗi điện áp, hoạt động mạnh hơn hydro, vì vậy kim loại có thể thay thế hydro khỏi trạng thái ion. Cả hai kim loại tạo thành một lớp kép điện. Sự khác biệt tiềm năng giữa các điện cực là dễ dàng nhất để phát hiện với một vôn kế. Ngay sau khi bật thiết bị trong mạch, mũi tên sẽ chỉ khoảng 1 V, nhưng sau đó điện áp sẽ nhanh chóng giảm xuống. Nếu bạn kết nối một bóng đèn nhỏ với phần tử tiêu thụ điện áp 1 V, thì nó sẽ sáng - lúc đầu khá mạnh, sau đó ánh sáng yếu dần.
Bằng cách phân cực của các cực của thiết bị, chúng ta có thể kết luận rằng điện cực đồng là cực dương. Điều này có thể được chứng minh ngay cả khi không có thiết bị bằng cách xem xét điện hóa học của quá trình. Chúng ta hãy chuẩn bị dung dịch muối ăn bão hòa trong cốc nhỏ hoặc trong ống nghiệm, thêm khoảng 0,5 ml dung dịch rượu của chất chỉ thị phenolphtalein và nhúng cả hai điện cực được đóng bằng dây vào dung dịch. Gần cực âm, sẽ quan sát thấy màu đỏ nhạt, đó là do sự hình thành natri hydroxit ở cực âm.
Trong các thí nghiệm khác, người ta có thể đặt các cặp kim loại khác nhau vào pin và xác định điện áp thu được. Ví dụ, magiê và bạc sẽ tạo ra một sự khác biệt tiềm năng đặc biệt lớn do khoảng cách đáng kể giữa chúng trong một loạt điện áp, trong khi ngược lại, kẽm và sắt sẽ tạo ra một sự khác biệt rất nhỏ, chưa đến một phần mười của một vôn. Sử dụng nhôm, thực tế chúng ta sẽ không nhận được bất kỳ dòng điện nào do hiện tượng thụ động hóa.
Tất cả những phần tử này, hay như các nhà điện hóa nói là mạch điện, đều có nhược điểm là khi có dòng điện, điện áp trên chúng giảm xuống rất nhanh. Do đó, các nhà điện hóa luôn đo giá trị thực của điện áp ở trạng thái mất năng lượng bằng phương pháp bù điện áp, nghĩa là bằng cách so sánh nó với điện áp của một nguồn dòng điện khác.
Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn các quá trình trong nguyên tố đồng-kẽm. Ở cực âm, kẽm đi vào dung dịch theo phương trình sau:

Zn = Zn2+ + 2 e --

Các ion hydro axit sunfuric được thải ra trên cực dương đồng. Chúng gắn các electron đi qua dây từ cực âm kẽm và kết quả là các bong bóng hydro được hình thành:

2H + + 2 e-- \u003d H 2

Sau một thời gian ngắn, đồng sẽ được bao phủ bởi một lớp bong bóng hydro mỏng. Trong trường hợp này, điện cực đồng sẽ biến thành điện cực hydro và hiệu điện thế sẽ giảm. Quá trình này được gọi là phân cực điện cực. Sự phân cực của điện cực đồng có thể được loại bỏ bằng cách thêm một ít dung dịch kali dicromat vào tế bào sau khi giảm điện áp. Sau đó, điện áp sẽ tăng trở lại, vì kali dicromat sẽ oxy hóa hydro thành nước. Kali dicromat hoạt động trong trường hợp này như một chất khử cực.
Trong thực tế, các mạch điện được sử dụng, các điện cực không được phân cực hoặc các mạch, sự phân cực của chúng có thể được loại bỏ bằng cách thêm các chất khử cực.
Như một ví dụ về phần tử không phân cực, hãy xem xét phần tử Daniell, trước đây thường được sử dụng làm nguồn dòng điện. Đây cũng là một nguyên tố đồng-kẽm, nhưng cả hai kim loại đều được ngâm trong các dung dịch khác nhau. Điện cực kẽm được đặt trong một ngăn đất sét xốp chứa đầy axit sunfuric loãng (khoảng 20%). Tế bào đất sét được treo trong một cốc thủy tinh lớn chứa dung dịch đồng sunfat đậm đặc, dưới đáy có một lớp tinh thể đồng sunfat. Điện cực thứ hai trong bình này là một tấm đồng hình trụ.
Phần tử này có thể được làm từ lọ thủy tinh, ô đất sét có bán trên thị trường (trong trường hợp cực đoan, sử dụng chậu hoa, đóng lỗ ở đáy) và hai điện cực có kích thước phù hợp.
Trong quá trình hoạt động của phần tử, kẽm hòa tan với sự hình thành kẽm sulfat và các ion đồng được giải phóng trên điện cực đồng. Nhưng đồng thời, điện cực đồng không được phân cực và phần tử cho điện áp khoảng 1 V. Thực ra, về mặt lý thuyết, điện áp ở các cực là 1,10 V, nhưng khi lấy dòng điện, chúng tôi đo được giá trị thấp hơn một chút, do đến điện trở của tế bào.
Nếu chúng ta không loại bỏ dòng điện khỏi tế bào, chúng ta phải loại bỏ điện cực kẽm khỏi dung dịch axit sunfuric, vì nếu không nó sẽ hòa tan để tạo thành hydro.
Sơ đồ của một ô đơn giản, không yêu cầu phân vùng xốp, được hiển thị trong hình. Điện cực kẽm nằm trong lọ thủy tinh ở trên cùng và điện cực đồng nằm gần đáy. Toàn bộ tế bào chứa đầy dung dịch natri clorua bão hòa. Ở đáy lọ, chúng tôi đổ một nắm tinh thể đồng sunfat. Dung dịch đồng sunfat đậm đặc thu được sẽ trộn rất chậm với dung dịch muối thông thường. Do đó, trong quá trình hoạt động của tế bào, đồng sẽ được giải phóng trên điện cực đồng và kẽm ở dạng sunfat hoặc clorua sẽ hòa tan ở phần trên của tế bào.
Pin bây giờ hầu như chỉ sử dụng tế bào khô, sử dụng thuận tiện hơn. Tổ tiên của chúng là nguyên tố Leclanchet. Các điện cực là một xi lanh kẽm và một thanh carbon. Chất điện phân là một hỗn hợp chủ yếu bao gồm amoni clorua. Kẽm hòa tan trong bột nhão và hydro được giải phóng trên than. Để tránh phân cực, thanh carbon được hạ xuống trong một túi vải lanh với hỗn hợp bột than và pyrolusit. Bột carbon làm tăng bề mặt của điện cực và pyrolusit hoạt động như một chất khử cực, từ từ oxy hóa hydro.
Đúng vậy, khả năng khử cực của pyrolusite yếu hơn khả năng khử cực của kali dicromat đã đề cập trước đó. Do đó, khi nhận được dòng điện trong các tế bào khô, điện áp giảm nhanh chóng, chúng " mệt"do sự phân cực. Chỉ sau một thời gian, quá trình oxy hóa hydro xảy ra với pyrolusit. Do đó, các nguyên tố" nghỉ ngơi", nếu bạn không truyền dòng điện trong một thời gian. Hãy kiểm tra điều này trên pin đèn pin, chúng ta kết nối một bóng đèn với bóng đèn. Song song với đèn, tức là trực tiếp với các cực, chúng ta kết nối một vôn kế.
Lúc đầu, điện áp sẽ vào khoảng 4,5 V. (Thông thường, ba ô được mắc nối tiếp trong các loại pin như vậy, mỗi ô có điện áp lý thuyết là 1,48 V.) Sau một thời gian, điện áp sẽ giảm, bóng đèn sẽ yếu đi. Bằng cách đọc vôn kế, chúng ta có thể đánh giá thời gian pin cần nghỉ ngơi.
Một vị trí đặc biệt được chiếm giữ bởi các yếu tố tái tạo, được gọi là ắc quy. Các phản ứng thuận nghịch diễn ra trong chúng và chúng có thể được sạc lại sau khi tế bào được xả bằng cách kết nối với nguồn DC bên ngoài.
Hiện nay, pin chì-axit là phổ biến nhất; trong đó, chất điện phân là axit sunfuric loãng, trong đó hai tấm chì được nhúng vào. Điện cực dương được phủ bằng chì dioxit PbO 2 , điện cực âm là chì kim loại. Điện áp ở các cực xấp xỉ 2,1 V. Trong quá trình phóng điện, chì sunfat được hình thành trên cả hai tấm, chì sunfat này lại biến thành chì kim loại và chì peroxide trong quá trình sạc.

SƠN MẠ

Sự kết tủa của kim loại từ dung dịch nước với sự trợ giúp của dòng điện là quá trình ngược lại của quá trình hòa tan điện phân, mà chúng ta đã gặp khi xem xét các tế bào điện. Trước hết, chúng ta hãy kiểm tra sự kết tủa của đồng, được sử dụng trong một điện kế đồng để đo lượng điện.

Kim loại được lắng đọng bởi dòng điện

Sau khi uốn cong hai đầu của hai tấm đồng mỏng, chúng tôi treo chúng lên các bức tường đối diện của một chiếc cốc hoặc tốt hơn là một bể cá thủy tinh nhỏ. Chúng tôi gắn dây vào các tấm có đầu cuối.
chất điện phân chuẩn bị theo công thức sau: 125 g đồng sunfat kết tinh, 50 g axit sunfuric đặc và 50 g rượu (rượu biến tính), phần còn lại là nước đến 1 lít. Để làm điều này, trước tiên hãy hòa tan đồng sunfat trong 500 ml nước, sau đó cẩn thận thêm từng phần nhỏ axit sunfuric ( Sưởi! Chất lỏng có thể bắn tung tóe!), sau đó đổ rượu vào và đun cách thủy đến thể tích 1 lít.
Chúng tôi lấp đầy coulometer bằng dung dịch đã chuẩn bị và bao gồm một điện trở thay đổi, ampe kế và pin chì trong mạch. Với sự trợ giúp của điện trở, chúng tôi điều chỉnh dòng điện sao cho mật độ của nó là 0,02-0,01 A/cm 2 trên bề mặt điện cực. Nếu tấm đồng có diện tích 50 cm 2 thì cường độ dòng điện phải nằm trong khoảng 0,5-1 A.
Sau một thời gian, đồng kim loại màu đỏ nhạt sẽ bắt đầu kết tủa ở cực âm (điện cực âm) và đồng sẽ chuyển sang dung dịch ở cực dương (điện cực dương). Để làm sạch các tấm đồng, chúng ta sẽ cho một dòng điện chạy qua điện kế trong khoảng nửa giờ. Sau đó, chúng tôi lấy cực âm ra, làm khô cẩn thận bằng giấy lọc và cân chính xác. Chúng tôi lắp đặt một điện cực trong tế bào, đóng mạch bằng biến trở và duy trì dòng điện không đổi, chẳng hạn như 1 A. Sau một giờ, chúng tôi mở mạch và cân lại cực âm đã sấy khô. Với dòng điện 1 A mỗi giờ hoạt động, khối lượng của nó sẽ tăng thêm 1,18 g.
Do đó, một điện lượng bằng 1 ampe-kế khi đi qua một dung dịch có thể giải phóng 1,18 g đồng. Hay nói chung: lượng chất thoát ra tỉ lệ thuận với điện lượng đi qua dung dịch.
Để phân lập 1 đương lượng ion cần truyền qua dung dịch một lượng điện bằng tích của điện tích e và số Avogadro N MỘT:
e*N A \u003d 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 \u003d 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Giá trị này được biểu thị bằng ký hiệu F và được đặt tên theo người phát hiện ra các định luật định lượng của điện phân số Faraday(giá trị chính xác F- 96 498 A * s * mol -1). Do đó, để cô lập một số đương lượng nhất định từ một giải pháp N e qua dung dịch một điện lượng bằng F*n e A * s * mol -1. Nói cách khác,
Nó =F*n e đây TÔI- hiện hành, t là thời gian để dòng điện chạy qua dung dịch. Trong chuong " Khái niệm cơ bản về chuẩn độ"Người ta đã chứng minh rằng số lượng đương lượng của một chất N e bằng tích số mol với số đương lượng:
N e = N*z Kể từ đây:

TÔI*t = F*n*Z

Trong trường hợp này z- điện tích ion (đối với Ag+ z= 1, đối với Cu 2+ z= 2, đối với Al 3+ z= 3, v.v.). Nếu chúng ta biểu thị số mol dưới dạng tỷ lệ giữa khối lượng và khối lượng mol ( N = phút / phút), sau đó chúng tôi nhận được một công thức cho phép bạn tính toán tất cả các quá trình xảy ra trong quá trình điện phân:

Nó =F*m*Z / M

Sử dụng công thức này, bạn có thể tính toán hiện tại:

TÔI = F*m*Z/(t*M)\u003d 9,65 * 10 4 * 1,18 * 2 / (3600 * 63,54) A * s * g * mol / (s * mol * g) \u003d 0,996 A

Nếu chúng ta giới thiệu tỷ lệ cho công việc điện W e-mail

W e-mail = U*I*t Và W thư điện tử / bạn = Nó

Thế mới biết sự căng thẳng bạn, bạn có thể tính:

W e-mail = F*m*Z*U/M

Bạn cũng có thể tính toán thời gian điện phân giải phóng một lượng chất nhất định hoặc bao nhiêu chất sẽ được giải phóng trong một thời gian nhất định. Trong quá trình thí nghiệm, mật độ dòng điện phải được duy trì trong giới hạn quy định. Nếu nó nhỏ hơn 0,01 A / cm 2, thì sẽ có quá ít kim loại được giải phóng, vì các ion đồng (I) sẽ được hình thành một phần. Nếu mật độ dòng điện quá cao, độ bám dính của lớp phủ với điện cực sẽ yếu và khi lấy điện cực ra khỏi dung dịch, điện cực có thể bị vỡ vụn.
Trong thực tế, lớp phủ mạ điện trên kim loại được sử dụng chủ yếu để bảo vệ chống ăn mòn và để có được lớp hoàn thiện như gương.
Ngoài ra, kim loại, đặc biệt là đồng và chì, được tinh chế bằng cách hòa tan anốt và sau đó tách ra ở cực âm (tinh chế điện phân).
Để mạ sắt bằng đồng hoặc niken, trước tiên bạn phải làm sạch hoàn toàn bề mặt của vật thể. Để làm điều này, hãy đánh bóng nó bằng phấn đã rửa sạch và tẩy dầu mỡ liên tục bằng dung dịch xút, nước và cồn loãng. Nếu đồ vật bị rỉ sét, cần ngâm trước trong dung dịch axit sunfuric 10-15%.
Chúng tôi sẽ treo sản phẩm đã làm sạch trong bể điện phân (bể cá nhỏ hoặc cốc thủy tinh), nơi nó sẽ đóng vai trò là cực âm.
Dung dịch mạ đồng chứa 250 g đồng sunfat và 80-100 g axit sunfuric đậm đặc trong 1 lít nước (Chú ý!). Trong trường hợp này, một tấm đồng sẽ đóng vai trò là cực dương. Bề mặt của cực dương phải xấp xỉ bằng bề mặt của vật được phủ. Do đó, bạn phải luôn đảm bảo rằng cực dương bằng đồng được treo trong bồn tắm ở cùng độ sâu với cực âm.
Quá trình sẽ được thực hiện ở điện áp 3-4 V (hai pin) và mật độ dòng điện 0,02-0,4 A/cm 2 . Nhiệt độ của dung dịch trong bồn tắm phải là 18-25 ° C.
Hãy chú ý đến thực tế là mặt phẳng của cực dương và bề mặt được phủ song song với nhau. Tốt hơn là không sử dụng các đối tượng có hình dạng phức tạp. Bằng cách thay đổi thời gian điện phân, có thể thu được lớp phủ đồng có độ dày khác nhau.
Mạ đồng sơ bộ thường được sử dụng để phủ một lớp kim loại bền khác lên lớp này. Điều này đặc biệt thường được sử dụng trong mạ crôm sắt, mạ niken đúc kẽm và trong các trường hợp khác. Đúng, chất điện phân xyanua rất độc hại được sử dụng cho mục đích này.
Để chuẩn bị chất điện phân cho lớp mạ niken, hãy hòa tan 25 g niken sunfat kết tinh, 10 g axit boric hoặc 10 g natri xitrat trong 450 ml nước. Natri xitrat có thể được điều chế bằng cách trung hòa dung dịch 10 g axit xitric với dung dịch xút ăn da loãng hoặc dung dịch xút. Đặt cực dương là một tấm niken có diện tích lớn nhất có thể và lấy pin làm nguồn điện áp.
Giá trị của mật độ dòng điện với sự trợ giúp của điện trở thay đổi sẽ được duy trì bằng 0,005 A/cm 2 . Ví dụ, với bề mặt vật thể 20 cm 2, cần gia công ở cường độ dòng điện 0,1 A. Sau nửa giờ làm việc, vật thể đã được mạ niken. Lấy nó ra khỏi bồn tắm và lau bằng vải. Tuy nhiên, tốt hơn hết là không nên làm gián đoạn quá trình mạ niken, vì khi đó lớp niken có thể bị thụ động hóa và lớp niken sau đó sẽ không bám dính tốt.
Để đạt được độ bóng như gương mà không cần đánh bóng cơ học, chúng tôi đưa cái gọi là chất phụ gia làm sáng vào bể mạ. Các chất phụ gia như keo, gelatin, đường chẳng hạn. Ví dụ, bạn có thể cho một vài gam đường vào bồn tắm bằng niken và nghiên cứu tác dụng của nó.
Để chuẩn bị chất điện phân cho lớp mạ crom sắt (sau khi mạ đồng sơ bộ), hãy hòa tan 40 g anhydrit crom CrO 3 (Chú ý! Chất độc!) và chính xác 0,5 g axit sunfuric (không có trường hợp nào hơn!) trong 100 ml nước. Quá trình diễn ra với mật độ dòng điện khoảng 0,1 A/cm 2 và một tấm chì được sử dụng làm cực dương, diện tích của nó phải nhỏ hơn một chút so với diện tích của bề mặt mạ crom.
Bể niken và crom được làm nóng nhẹ tốt nhất (lên đến khoảng 35 ° C). Xin lưu ý rằng chất điện phân để mạ crom, đặc biệt là với quá trình lâu dài và cường độ dòng điện cao, sẽ thải ra hơi chứa axit cromic, rất có hại cho sức khỏe. Do đó, việc mạ crom nên được tiến hành dưới gió lùa hoặc ngoài trời, ví dụ như ngoài ban công.
Trong lớp mạ crom (và ở mức độ thấp hơn là lớp mạ niken), không phải tất cả dòng điện đều được sử dụng để lắng đọng kim loại. Đồng thời, hydro được giải phóng. Trên cơ sở của một loạt các điện áp, người ta cho rằng các kim loại đứng trước hydro hoàn toàn không được giải phóng khỏi dung dịch nước, mà ngược lại, hydro kém hoạt động hơn sẽ được giải phóng. Tuy nhiên, ở đây, như trong trường hợp hòa tan anot của kim loại, sự giải phóng hydro ở catốt thường bị ức chế và chỉ được quan sát thấy ở điện áp cao. Hiện tượng này được gọi là quá điện áp hydro, và nó đặc biệt lớn, chẳng hạn như trên chì. Do trường hợp này, pin chì có thể hoạt động. Khi pin được sạc, thay vì PbO 2, hydro sẽ xuất hiện trên cực âm, nhưng do quá điện áp, quá trình tạo hydro bắt đầu khi pin gần như được sạc đầy.

Thuộc tính phục hồi- Đây là những tính chất hóa học chính đặc trưng cho tất cả các kim loại. Chúng biểu hiện trong sự tương tác với nhiều loại chất oxy hóa, bao gồm cả chất oxy hóa từ môi trường. Nói chung, sự tương tác của kim loại với các tác nhân oxy hóa có thể được biểu thị bằng sơ đồ:

Tôi + chất oxy hóa" Tôi(+X),

Trong đó (+X) là trạng thái oxy hóa dương của Me.

Ví dụ về sự oxi hóa kim loại.

Fe + O 2 → Fe (+3) 4Fe + 3O 2 \u003d 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

Zn + H + → Zn(+2) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2

Chuỗi hoạt động của kim loại

Tính khử của các kim loại khác xa nhau. Thế điện cực E được dùng làm đại lượng đặc trưng cho tính khử của kim loại.

Kim loại càng hoạt động thì thế điện cực chuẩn E o càng âm.

Các kim loại được sắp xếp theo một hàng khi hoạt động oxy hóa của chúng giảm dần tạo thành một hàng hoạt động.

Chuỗi hoạt động của kim loại

Tôi

Lý

âu

mez+

Lý +

K+

Ca2+

Na+

Mg2+

Al 3+

Mn2+

Zn2+

Cr3+

Fe2+

Ni2+

sn 2+

Pb 2+

H+

Cu2+

Ag+

Au 3+

Ơ ,B

-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

+0,34

+0,80

+1,50

Một kim loại có giá trị Eo âm hơn có thể khử một cation kim loại có thế điện cực dương hơn.

Sự khử một kim loại từ dung dịch muối của nó bằng một kim loại khác có hoạt tính khử cao hơn được gọi là quá trình xi măng hóa.. Xi măng được sử dụng trong công nghệ luyện kim.

Đặc biệt, Cd thu được bằng cách khử nó từ dung dịch muối của nó với kẽm.

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. Tương tác của kim loại với oxi

Oxi là chất oxi hóa mạnh. Nó có thể oxy hóa phần lớn các kim loại ngoại trừâuVàPt . Kim loại trong không khí tiếp xúc với oxi nên khi nghiên cứu tính chất hóa học của kim loại người ta luôn chú ý đến đặc điểm tương tác của kim loại với oxi.

Mọi người đều biết rằng sắt trong không khí ẩm được bao phủ bởi rỉ sét - oxit sắt ngậm nước. Nhưng nhiều kim loại ở trạng thái rắn chắc ở nhiệt độ không quá cao cho thấy khả năng chống oxy hóa, vì chúng tạo thành màng bảo vệ mỏng trên bề mặt. Những màng sản phẩm oxy hóa này không cho phép tác nhân oxy hóa tiếp xúc với kim loại. Hiện tượng hình thành các lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại ngăn chặn quá trình oxy hóa của kim loại được gọi là sự thụ động hóa kim loại.

Sự gia tăng nhiệt độ thúc đẩy quá trình oxy hóa kim loại bằng oxy. Hoạt động của kim loại tăng lên ở trạng thái phân chia mịn. Hầu hết các kim loại ở dạng bột cháy trong oxy.

kim loại s

Hoạt động phục hồi lớn nhất được thể hiệnS-kim loại. Các kim loại Na, K, Rb Cs có khả năng bốc cháy trong không khí nên được bảo quản trong bình kín hoặc dưới lớp dầu hỏa. Be và Mg bị thụ động hóa ở nhiệt độ thấp trong không khí. Nhưng khi đốt cháy, dải Mg cháy với ngọn lửa chói lọi.

kim loạiIIPhân nhóm A và Li khi tác dụng với oxi tạo thành oxit.

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

Kim loại kiềm, trừLý, khi tương tác với oxy, chúng không tạo thành oxit, mà là peroxitTôi 2 Ô 2 và superoxittôi 2 .

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

kim loại p

Kim loại sở hữuP- để khối trên không khí bị động.

Khi đốt cháy trong oxi

Các kim loại phân nhóm IIIA tạo thành oxit loại Tôi 2 O 3,
Sn bị oxi hóa thành SNO 2 , và Pb - lên đến PbO
Bi đi đến Bi 2 O 3.

d-kim loại

Tất cảđ- kim loại chu kỳ 4 bị oxi hóa bởi oxi. Sc, Mn, Fe dễ bị oxi hóa nhất. Đặc biệt chống ăn mòn Ti, V, Cr.

Khi đốt cháy trong oxi của tất cảđ

Khi đốt cháy trong oxi của tất cảđ- Các nguyên tố thuộc chu kỳ 4, chỉ có scandi, titan và vanadi tạo thành oxit trong đó Me ở trạng thái oxi hóa cao nhất, bằng số nhóm. Các kim loại d còn lại của chu kì 4 khi đốt cháy trong oxi tạo thành oxit trong đó Me ở trạng thái oxi hóa trung gian nhưng bền.

Các loại oxit được tạo thành bởi các kim loại d của 4 chu kỳ khi đốt cháy trong oxi:

mèo tạo thành Zn, Cu, Ni, Co. (ở T>1000оС Cu tạo thành Cu 2 O),
Tôi 2 O 3, dạng Cr, Fe và Sc,
MeO2 - Mn và Tí
V tạo thành oxit cao nhất - V 2 Ô 5 .

đ-kim loại của thời kỳ thứ 5 và thứ 6, ngoại trừ Y la, hơn tất cả các kim loại khác có khả năng chống oxi hóa. Không phản ứng với oxiÂu, Pt .

Khi đốt cháy trong oxiđ- Kim loại ở chu kỳ 5 và 6 thường tạo thành các oxit cao hơn, ngoại lệ là các kim loại Ag, Pd, Rh, Ru.

Các loại oxit được tạo thành bởi các kim loại d của chu kỳ 5 và 6 trong quá trình đốt cháy trong oxy:

Tôi 2 O 3- dạng Y, La; Rh;
MeO2- Zr, Hf; Tôi:
Tôi 2 O 5- Nb, Ta;
MeO3- Mo, W
Tôi 2 O 7- Tc, Tái
mèo 4 - ô
tôi- Cd, Hg, Pd;
Tôi 2 Ô- Ag;

Sự tương tác của kim loại với axit

Trong dung dịch axit, cation hydro là chất oxi hóa.. Cation H+ có thể oxi hóa các kim loại trong dãy hoạt động thành hiđro, I E. có thế điện cực âm.

Nhiều kim loại khi bị oxi hóa trong dung dịch nước axit, nhiều kim loại biến thành cationmez + .

Anion của một số axit có khả năng thể hiện tính oxi hóa mạnh hơn H+. Các tác nhân oxy hóa như vậy bao gồm các anion và các axit phổ biến nhất h 2 VÌ THẾ 4 VàHNO 3 .

Anion NO 3 - thể hiện tính oxi hóa ở bất kỳ nồng độ nào trong dung dịch, nhưng sản phẩm khử phụ thuộc vào nồng độ của axit và bản chất của kim loại bị oxi hóa.

Anion SO 4 2- chỉ thể hiện tính oxi hóa trong H 2 SO 4 đặc.

Sản phẩm khử oxi hóa: H + , NO 3 - , VÌ THẾ 4 2 -

2H+ + 2e - =H 2

VÌ THẾ 4 2- từ H 2 SO 4 đậm đặc VÌ THẾ 4 2- + 2e - + 4 h + = VÌ THẾ 2 + 2 h 2 Ô

(cũng có thể hình thành S, H 2 S)

NO 3 - từ HNO 3 đặc KHÔNG 3 - + e - +2H+= KHÔNG 2 + H 2 O
NO 3 - từ HNO 3 loãng KHÔNG 3 - + 3e - +4H+=KHÔNG + 2H 2 O

(Cũng có thể tạo thành N 2 O, N 2, NH 4 +)

Ví dụ về phản ứng tương tác của kim loại với axit

Zn + H 2 SO 4 (razb.) "ZnSO 4 + H 2

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

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

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

Sản phẩm oxi hóa kim loại trong dung dịch axit

Kim loại kiềm tạo thành cation loại Me +, kim loại s thuộc nhóm thứ hai tạo thành cation Tôi 2+.

Các kim loại khối p khi hòa tan trong axit sẽ tạo thành các cation được chỉ ra trong bảng.

Kim loại Pb và Bi chỉ tan trong axit nitric.

Tôi	Al	ga	TRONG	tl	sn	pb	bí
mez+	Al 3+	Ga3+	Trong 3+	Tl +	sn 2+	Pb 2+	Bi 3+
Eo,B	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

Tất cả d-metals 4 giai đoạn ngoại trừ cu , có thể bị oxi hóa bởi các ionH+ trong dung dịch axit.

Các loại cation được hình thành bởi d-metals 4 chu kỳ:

tôi 2+(tạo thành d-kim loại từ Mn đến Cu)
Tôi 3+ ( dạng Sc, Ti, V, Cr và Fe trong axit nitric).
Ti và V cũng tạo thành cation MeO2+

đ-Các nguyên tố thuộc chu kỳ 5 và 6 có khả năng chống oxi hóa cao hơn chu kỳ 4đ- kim loại.

Trong dung dịch axit, H+ có thể oxi hóa: Y, La, Cd.

Trong HNO 3 có thể hòa tan: Cd, Hg, Ag. HNO 3 đặc nóng hòa tan Pd, Tc, Re.

Trong H 2 SO 4 nóng hòa tan: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

Các kim loại: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W thường tan trong hỗn hợp HNO 3 + HF.

Trong nước cường toan (hỗn hợp HNO 3 + HCl) Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au và Os có thể khó hòa tan). Lý do cho sự hòa tan của kim loại trong nước cường toan hoặc trong hỗn hợp HNO 3 + HF là sự hình thành các hợp chất phức tạp.

Ví dụ. Có thể hòa tan vàng trong nước cường toan do sự hình thành phức hợp -

Au + HNO 3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H 2 O

Tương tác của kim loại với nước

Tính oxi hóa của nước là do H(+1).

2H 2 O + 2e -" h 2 + 2OH -

Vì nồng độ H + trong nước thấp nên tính oxi hóa của nó thấp. Kim loại có thể tan trong nước e< - 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. Tất cảS- kim loại, trừ Be và Mg dễ tan trong nước.

2 Na + 2 HOH = h 2 + 2 Ồ -

Na phản ứng mạnh với nước, tỏa nhiệt. H 2 phát ra có thể bốc cháy.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Mg chỉ tan trong nước sôi, Be được bảo vệ khỏi sự oxi hóa bởi một oxit trơ không tan

kim loại khối p là chất khử kém mạnh hơnS.

Trong số các kim loại p, các kim loại thuộc phân nhóm IIIA có tính khử mạnh hơn, Sn và Pb là chất khử yếu, Bi có Eo > 0.

Kim loại p không tan trong nước ở điều kiện thường. Khi lớp oxit bảo vệ được hòa tan khỏi bề mặt trong dung dịch kiềm, Al, Ga và Sn bị oxi hóa bởi nước.

Trong số các kim loại d, chúng bị oxi hóa bởi nước khi đun nóng Sc và Mn, La, Y. Sắt phản ứng với hơi nước.

Tương tác của kim loại với dung dịch kiềm

Trong dung dịch kiềm, nước đóng vai trò là chất oxi hóa..

2H 2 O + 2e - \u003dH 2 + 2OH - Eo \u003d - 0,826 B (pH \u003d 14)

Tính chất oxy hóa của nước giảm khi pH tăng, do nồng độ H+ giảm. Tuy nhiên, một số kim loại không tan trong nước tan được trong dung dịch kiềm, ví dụ, Al, Zn và một số loại khác. Lý do chính cho sự hòa tan của các kim loại đó trong dung dịch kiềm là do oxit và hydroxit của các kim loại này là chất lưỡng tính, hòa tan trong kiềm, loại bỏ rào cản giữa chất oxy hóa và chất khử.

Ví dụ. Hòa tan Al trong dung dịch NaOH.

2Al + 3H 2 O + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na + 3H 2

Nếu, từ toàn bộ chuỗi thế điện cực tiêu chuẩn, chúng ta chỉ chọn ra những quá trình điện cực tương ứng với phương trình tổng quát

thì ta được dãy ứng suất của kim loại. Ngoài kim loại, hydro luôn được bao gồm trong chuỗi này, điều này cho phép xem kim loại nào có khả năng thay thế hydro khỏi dung dịch axit.

Bảng 19

Một số ứng suất cho các kim loại quan trọng nhất được đưa ra trong Bảng. 19. Vị trí của kim loại trong dãy điện thế đặc trưng cho khả năng tương tác oxi hóa khử của kim loại đó trong dung dịch nước ở điều kiện tiêu chuẩn. Ion kim loại là chất oxi hóa, kim loại ở dạng chất đơn giản là chất khử. Đồng thời, kim loại càng nằm trong dãy điện thế thì chất oxi hóa trong dung dịch nước là các ion của nó càng mạnh và ngược lại, kim loại càng gần đầu dãy thì tính khử càng mạnh. tính chất được thể hiện bởi một chất đơn giản - kim loại.

Tiềm năng quá trình điện cực

trong môi trường trung tính là B (xem trang 273). Các kim loại hoạt động ở phần đầu của chuỗi, có điện thế âm hơn nhiều so với -0,41 V, sẽ đẩy hydro ra khỏi nước. Magiê chỉ thay thế hydro từ nước nóng. Các kim loại nằm giữa magiê và cadmium thường không thay thế hydro từ nước. Trên bề mặt của các kim loại này, màng oxit được hình thành có tác dụng bảo vệ.

Các kim loại nằm giữa magie và hiđro đẩy hiđro ra khỏi dung dịch axit. Đồng thời, màng bảo vệ cũng được hình thành trên bề mặt của một số kim loại, ức chế phản ứng. Vì vậy, màng oxit trên nhôm làm cho kim loại này không chỉ chống lại nước mà còn trong dung dịch của một số axit. Chì không hòa tan trong axit sunfuric ở nồng độ dưới , vì muối được hình thành trong quá trình tương tác của chì với axit sunfuric không hòa tan và tạo ra một lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại. Hiện tượng ức chế sâu quá trình oxy hóa kim loại, do có màng oxit hoặc muối bảo vệ trên bề mặt của nó, được gọi là hiện tượng thụ động và trạng thái của kim loại trong trường hợp này được gọi là trạng thái thụ động.

Các kim loại có thể đẩy nhau ra khỏi dung dịch muối. Hướng của phản ứng được xác định trong trường hợp này bởi vị trí lẫn nhau của chúng trong chuỗi điện áp. Xem xét các trường hợp cụ thể của các phản ứng như vậy, cần nhớ rằng các kim loại hoạt động không chỉ đẩy hydro ra khỏi nước mà còn từ bất kỳ dung dịch nước nào. Do đó, sự dịch chuyển lẫn nhau của các kim loại khỏi dung dịch muối của chúng thực tế chỉ xảy ra trong trường hợp các kim loại nằm trong hàng sau magiê.

Sự dịch chuyển của kim loại ra khỏi hợp chất của chúng bởi các kim loại khác lần đầu tiên được nghiên cứu chi tiết bởi Beketov. Theo kết quả công việc của mình, ông đã sắp xếp các kim loại theo hoạt động hóa học của chúng thành một chuỗi chuyển vị, là nguyên mẫu của một loạt ứng suất kim loại.

Vị trí lẫn nhau của một số kim loại trong dãy điện thế và trong hệ thống tuần hoàn thoạt nhìn không tương ứng với nhau. Ví dụ, theo vị trí trong hệ thống tuần hoàn, khả năng phản ứng của kali phải lớn hơn natri và natri phải lớn hơn liti. Trong chuỗi điện áp, lithium hoạt động mạnh nhất và kali chiếm vị trí trung gian giữa lithium và natri. Kẽm và đồng, theo vị trí của chúng trong hệ thống định kỳ, nên có hoạt tính hóa học xấp xỉ bằng nhau, nhưng trong chuỗi điện áp, kẽm nằm sớm hơn nhiều so với đồng. Lý do cho loại mâu thuẫn này là như sau.

Khi so sánh các kim loại chiếm một vị trí cụ thể trong hệ thống tuần hoàn, thước đo hoạt động hóa học của chúng - khả năng khử - được lấy bằng giá trị năng lượng ion hóa của các nguyên tử tự do. Thật vậy, trong quá trình chuyển đổi, chẳng hạn, từ trên xuống dưới dọc theo phân nhóm chính của nhóm I của hệ tuần hoàn, năng lượng ion hóa của các nguyên tử giảm đi, điều này có liên quan đến sự gia tăng bán kính của chúng (tức là với khoảng cách lớn từ bên ngoài điện tử từ hạt nhân) và với sự tăng cường sàng lọc điện tích dương của hạt nhân bởi các lớp điện tử trung gian (xem § 31). Do đó, các nguyên tử kali thể hiện hoạt động hóa học lớn hơn - chúng có tính khử mạnh hơn - so với các nguyên tử natri và các nguyên tử natri hoạt động mạnh hơn các nguyên tử liti.

Khi so sánh các kim loại trong một dãy điện áp, phép đo hoạt động hóa học được coi là công việc chuyển đổi kim loại ở trạng thái rắn thành các ion ngậm nước trong dung dịch nước. Công việc này có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của ba thuật ngữ: năng lượng nguyên tử hóa - sự biến đổi tinh thể kim loại thành các nguyên tử bị cô lập, năng lượng ion hóa của các nguyên tử kim loại tự do và năng lượng hydrat hóa của các ion được hình thành. Năng lượng nguyên tử hóa đặc trưng cho độ bền của mạng tinh thể của một kim loại nhất định. Năng lượng ion hóa của các nguyên tử - sự tách ra của các electron hóa trị khỏi chúng - được xác định trực tiếp bởi vị trí của kim loại trong hệ thống tuần hoàn. Năng lượng giải phóng trong quá trình hydrat hóa phụ thuộc vào cấu trúc điện tử của ion, điện tích và bán kính của nó.

Các ion liti và kali, có cùng điện tích nhưng bán kính khác nhau, sẽ tạo ra các điện trường không bằng nhau xung quanh chúng. Trường tạo ra gần các ion liti nhỏ sẽ mạnh hơn trường gần các ion kali lớn. Từ đó, rõ ràng là các ion lithium sẽ hydrat hóa với việc giải phóng nhiều năng lượng hơn so với các ion kali.

Do đó, trong quá trình biến đổi đang được xem xét, năng lượng được sử dụng cho quá trình nguyên tử hóa và ion hóa, đồng thời năng lượng được giải phóng trong quá trình hydrat hóa. Tổng mức tiêu thụ năng lượng càng thấp, toàn bộ quá trình sẽ càng dễ dàng và kim loại đã cho sẽ được định vị càng gần điểm bắt đầu của chuỗi điện áp. Nhưng trong số ba thuật ngữ của tổng cân bằng năng lượng, chỉ có một - năng lượng ion hóa - được xác định trực tiếp bởi vị trí của kim loại trong hệ tuần hoàn. Do đó, không có lý do gì để hy vọng rằng vị trí lẫn nhau của một số kim loại trong một dãy điện áp sẽ luôn tương ứng với vị trí của chúng trong hệ thống tuần hoàn. Vì vậy, đối với lithium, tổng mức tiêu thụ năng lượng ít hơn so với kali, theo đó lithium nằm trong chuỗi điện áp trước kali.

Đối với đồng và kẽm, năng lượng tiêu tốn cho quá trình ion hóa các nguyên tử tự do và năng lượng thu được trong quá trình hydrat hóa các ion gần nhau. Nhưng đồng kim loại tạo thành mạng tinh thể mạnh hơn kẽm, có thể thấy điều này khi so sánh điểm nóng chảy của các kim loại này: kẽm nóng chảy ở nhiệt độ 0, còn đồng chỉ nóng chảy ở nhiệt độ . Do đó, năng lượng tiêu tốn cho quá trình nguyên tử hóa các kim loại này khác nhau đáng kể, do đó tổng chi phí năng lượng cho toàn bộ quá trình trong trường hợp đồng lớn hơn nhiều so với trường hợp kẽm, điều này giải thích vị trí tương đối của các kim loại này. kim loại trong dãy hiệu điện thế.

Khi đi từ dung môi nước sang dung môi không chứa nước, vị trí lẫn nhau của các kim loại trong dãy điện thế có thể thay đổi. Lý do cho điều này nằm ở chỗ năng lượng hòa tan của các ion của các kim loại khác nhau thay đổi theo những cách khác nhau khi truyền từ dung môi này sang dung môi khác.

Đặc biệt, ion đồng được hòa tan rất mạnh trong một số dung môi hữu cơ; điều này dẫn đến thực tế là trong các dung môi như vậy, đồng nằm trong một dãy điện áp lên đến hydro và đẩy nó ra khỏi dung dịch axit.

Do đó, trái ngược với hệ thống tuần hoàn các nguyên tố, một loạt các ứng suất trong kim loại không phải là sự phản ánh tính quy luật chung, trên cơ sở đó có thể đưa ra một đặc điểm linh hoạt về tính chất hóa học của kim loại. Một loạt các điện áp Chỉ đặc trưng cho khả năng oxi hóa khử của hệ thống điện hóa "kim loại - ion kim loại" trong các điều kiện được xác định nghiêm ngặt: các giá trị được đưa ra trong đó đề cập đến dung dịch nước, nhiệt độ và nồng độ đơn vị (hoạt độ) của kim loại ion.