materjalid / 22.08.2020

Reaktsioonid aktiivsete metallidega. aktiivsed metallid. Metallide koostoime soolade vesilahustega

Reaktsioonid aktiivsete metallidega. aktiivsed metallid. Metallide koostoime soolade vesilahustega

Millist teavet saab pingete jadatest?

Anorgaanilises keemias kasutatakse laialdaselt mitmeid metallide pingeid. Eelkõige sõltuvad paljude reaktsioonide tulemused ja isegi nende teostamise võimalus mõne metalli positsioonist NRN-is. Arutame seda küsimust üksikasjalikumalt.

Metallide koostoime hapetega

Metallid, mis on pingereas vesinikust vasakul, reageerivad hapetega – mitteoksüdeerivate ainetega. ERN-is H paremal asuvad metallid interakteeruvad ainult hapete - oksüdeerivate ainetega (eriti HNO 3 ja kontsentreeritud H 2 SO 4-ga).

Näide 1. Tsink asub NER-is vesinikust vasakul, seetõttu on see võimeline reageerima peaaegu kõigi hapetega:

Zn + 2HCl \u003d ZnCl2 + H2

Zn + H2SO4 \u003d ZnSO4 + H2

Näide 2. Vask asub ERN-is H paremal; see metall ei reageeri "tavaliste" hapetega (HCl, H 3 PO 4, HBr, orgaanilised happed), kuid see interakteerub oksüdeerivate hapetega (lämmastik, kontsentreeritud väävel):

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

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

juhin tähelepanu oluline punkt: kui metallid interakteeruvad oksüdeerivate hapetega, ei eraldu mitte vesinik, vaid mõned muud ühendid. Selle kohta saate rohkem lugeda!

Metallide koostoime veega

Metallid, mis asuvad pingereas Mg-st vasakul, reageerivad kergesti veega juba kell toatemperatuuril vesiniku vabanemisega ja leeliselahuse moodustumisega.

Näide 3. Naatrium, kaalium, kaltsium lahustuvad kergesti vees, moodustades leeliselahuse:

2Na + 2H2O \u003d 2NaOH + H2

2K + 2H2O = 2KOH + H2

Ca + 2H 2O \u003d Ca (OH) 2 + H2

Pingevahemikus vesinikust magneesiumini (kaasa arvatud) asuvad metallid interakteeruvad mõnel juhul veega, kuid reaktsioonid nõuavad spetsiifilisi tingimusi. Näiteks alumiinium ja magneesium hakkavad H 2 O-ga suhtlema alles pärast oksiidkile eemaldamist metalli pinnalt. Raud ei reageeri toatemperatuuril veega, kuid suhtleb veeauruga. Koobalt, nikkel, tina, plii praktiliselt ei suhtle H 2 O-ga mitte ainult toatemperatuuril, vaid ka kuumutamisel.

ERN-i paremal küljel asuvad metallid (hõbe, kuld, plaatina) ei reageeri mingil juhul veega.

Metallide koostoime soolade vesilahustega

Räägime järgmist tüüpi reaktsioonidest:

metall (*) + metallisool (**) = metall (**) + metallisool (*)

Tahaksin rõhutada, et tärnid ei näita antud juhul oksüdatsiooniastet, mitte metalli valentsi, vaid võimaldavad lihtsalt eristada metalli nr 1 ja metalli nr 2.

Sellise reaktsiooni ilmnemiseks peavad üheaegselt olema täidetud kolm tingimust:

  1. protsessis osalevad soolad peavad olema vees lahustuvad (seda on lihtne kontrollida lahustuvuse tabeli abil);
  2. metall (*) peab olema metallist (**) vasakul pool pingereas;
  3. metall (*) ei tohiks reageerida veega (mida ka ERN kontrollib kergesti).

Näide 4. Vaatame mõningaid reaktsioone:

Zn + CuSO 4 \u003d ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Esimest reaktsiooni on lihtne teostada, kõik ülaltoodud tingimused on täidetud: vasksulfaat lahustub vees, tsink on ERN-is vasest vasakul, Zn ei reageeri veega.

Teine reaktsioon on võimatu, kuna esimene tingimus ei ole täidetud (vask(II)sulfiid on vees praktiliselt lahustumatu). Kolmas reaktsioon ei ole teostatav, kuna plii on vähem aktiivne metall kui raud (asub NRN-is paremal). Lõpuks, neljas protsess EI too kaasa nikli sadenemist, kuna kaalium reageerib veega; tekkiv kaaliumhüdroksiid võib reageerida soolalahusega, kuid see on täiesti erinev protsess.

Nitraatide termilise lagunemise protsess

Lubage mul teile meelde tuletada, et nitraadid on lämmastikhappe soolad. Kõik nitraadid lagunevad kuumutamisel, kuid lagunemissaaduste koostis võib olla erinev. Koostise määrab metalli asukoht pingete reas.

NER-is magneesiumist vasakul asuvate metallide nitraadid moodustavad kuumutamisel vastava nitriti ja hapniku:

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2

Metallnitraatide termilise lagunemise käigus, mis paiknevad pingereas Mg kuni Cu (kaasa arvatud), moodustuvad metallioksiid, NO 2 ja hapnik:

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

Lõpuks moodustub kõige vähem aktiivsete metallide (mis asuvad NER-is vasest paremal) nitraatide lagunemisel metall, lämmastikdioksiid ja hapnik.

Kergesti reageerivaid metalle nimetatakse aktiivseteks metallideks. Nende hulka kuuluvad leelis-, leelismuldmetallid ja alumiinium.

Asukoht perioodilisuse tabelis

Mendelejevi perioodilisustabelis nõrgenevad elementide metallilised omadused vasakult paremale. Seetõttu peetakse I ja II rühma elemente kõige aktiivsemaks.

Riis. 1. Aktiivsed metallid perioodilisustabelis.

Kõik metallid on redutseerivad ained ja eralduvad välisenergia tasemel kergesti elektronidega. Aktiivsetel metallidel on ainult üks või kaks valentselektroni. Sel juhul paranevad metallilised omadused ülalt alla energiatasemete arvu suurenemisega, kuna. mida kaugemal on elektron aatomi tuumast, seda lihtsam on tal eralduda.

Leelismetalle peetakse kõige aktiivsemateks:

  • liitium;
  • naatrium;
  • kaalium;
  • rubiidium;
  • tseesium;
  • frantsium.

Leelismuldmetallid on:

  • berüllium;
  • magneesium;
  • kaltsium;
  • strontsium;
  • baarium;
  • raadium.

Metalli aktiivsusastme saate teada metalli pingete elektrokeemilise jada abil. Mida rohkem vesinikust vasakul asub element, seda aktiivsem see on. Vesinikust paremal asuvad metallid on passiivsed ja saavad suhelda ainult kontsentreeritud hapetega.

Riis. 2. Metallide pingete elektrokeemiline jada.

Keemias kasutatavate aktiivsete metallide loetelus on ka alumiinium, mis asub III rühmas ja vesinikust vasakul. Alumiinium asub aga aktiivsete ja keskmise aktiivsusega metallide piiril ega reageeri tavatingimustes teatud ainetega.

Omadused

Aktiivsed metallid on pehmed (noaga lõigatavad), kerged ja madala sulamistemperatuuriga.

Peamine Keemilised omadused metallid on esitatud tabelis.

Reaktsioon

Võrrand

Erand

Leelismetallid süttivad õhus spontaanselt, interakteerudes hapnikuga

K + O 2 → KO 2

Liitium reageerib hapnikuga ainult kõrgel temperatuuril.

Leelismuldmetallid ja alumiinium moodustavad õhus oksiidkile ja süttivad kuumutamisel iseeneslikult.

2Ca + O 2 → 2CaO

Reageerige lihtsate ainetega soolade moodustamiseks

Ca + Br2 → CaBr2;
- 2Al + 3S → Al 2S 3

Alumiinium ei reageeri vesinikuga

Reageerib ägedalt veega, moodustades leelised ja vesinik


- Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

Reaktsioon liitiumiga kulgeb aeglaselt. Alumiinium reageerib veega alles pärast oksiidkile eemaldamist.

Reageerige hapetega, moodustades soolasid

Ca + 2HCl → CaCl2 + H2;

2K + 2HMnO4 → 2KMnO4 + H2

Reageerige soolalahustega, reageerides esmalt veega ja seejärel soolaga

2Na + CuCl2 + 2H2O:

2Na + 2H20 → 2NaOH + H2;
- 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Aktiivsed metallid reageerivad kergesti, seetõttu leidub neid looduses ainult segudes - mineraalides, kivimites.

Riis. 3. Mineraalid ja puhtad metallid.

Mida me õppisime?

Aktiivsete metallide hulka kuuluvad I ja II rühma elemendid - leelis- ja leelismuldmetallid, samuti alumiinium. Nende aktiivsus on tingitud aatomi ehitusest – üksikud elektronid on välisest energiatasemest kergesti eraldatavad. Need on pehmed kergmetallid, mis reageerivad kiiresti lihtsate ja keeruliste ainetega, moodustades oksiide, hüdroksiide, sooli. Alumiinium on vesinikule lähemal ja selle reaktsioon ainetega nõuab lisatingimusi - kõrgeid temperatuure, oksiidkile hävimist.

Teemaviktoriin

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.4. Saadud hinnanguid kokku: 388.

Kui kogu standardsete elektroodipotentsiaalide seeriast eristame ainult need elektroodiprotsessid, mis vastavad üldvõrrandile

siis saame metallide pingete jada. Lisaks metallidele on selles seerias alati kaasas vesinik, mis võimaldab näha, millised metallid on võimelised hapete vesilahustest vesinikku välja tõrjuma.

Tabel 19

Tabelis on toodud rida kõige olulisemate metallide pingeid. 19. Metalli asend pingereas iseloomustab selle võimet redoks-interaktsioone vesilahustes standardtingimustes. Metalliioonid on oksüdeerivad ained ja metallid lihtainete kujul on redutseerijad. Samas, mida kaugemal metall pingereas paikneb, seda tugevamad on vesilahuses oleva oksüdeerija ioonid ja vastupidi, mida lähemal metall seeria algusele on, seda tugevam on redutseerija. omadusi näitab lihtne aine - metall.

Elektroodi protsessipotentsiaal

neutraalses keskkonnas on see B (vt lk 273). Seeria alguses olevad aktiivsed metallid, mille potentsiaal on palju negatiivsem kui -0,41 V, tõrjuvad veest välja vesiniku. Magneesium tõrjub vesinikku välja ainult kuum vesi. Magneesiumi ja kaadmiumi vahel asuvad metallid ei tõrju tavaliselt veest välja vesinikku. Nende metallide pinnale moodustuvad kaitsva toimega oksiidkiled.

Magneesiumi ja vesiniku vahel asuvad metallid tõrjuvad vesinikku happelahustest välja. Samas tekivad osade metallide pinnale ka kaitsekiled, mis pärsivad reaktsiooni. Niisiis muudab alumiiniumil olev oksiidkile selle metalli vastupidavaks mitte ainult vees, vaid ka teatud hapete lahustes. Plii ei lahustu väävelhappes allapoole jääva kontsentratsiooni korral, kuna plii ja väävelhappe koostoimel tekkiv sool on lahustumatu ja loob metalli pinnale kaitsekile. Metalli oksüdatsiooni sügava pärssimise nähtust, mis on tingitud kaitsvate oksiidi- või soolakilede olemasolust selle pinnal, nimetatakse passiivsuseks ja metalli olekut nimetatakse sel juhul passiivseks olekuks.

Metallid suudavad üksteist soolalahustest välja tõrjuda. Reaktsiooni suuna määrab sel juhul nende vastastikune asend pingereas. Arvestades selliste reaktsioonide konkreetseid juhtumeid, tuleb meeles pidada, et aktiivsed metallid tõrjuvad vesinikku välja mitte ainult veest, vaid ka mis tahes vesilahusest. Seetõttu toimub metallide vastastikune nihkumine nende soolade lahustest praktiliselt ainult nende metallide puhul, mis asuvad magneesiumi järel.

Metallide väljatõrjumist nende ühenditest teiste metallide poolt uuris kõigepealt üksikasjalikult Beketov. Oma töö tulemusena paigutas ta metallid vastavalt nende keemilisele aktiivsusele nihkeseeriasse, mis on metallide pingete jada prototüüp.

Mõnede metallide vastastikune asend pingereas ja perioodilises süsteemis esmapilgul ei vasta üksteisele. Näiteks vastavalt positsioonile perioodilises süsteemis peab kaaliumi reaktsioonivõime olema suurem kui naatrium ja naatriumi peab olema suurem kui liitium. Pingete seerias on liitium kõige aktiivsem ja kaalium on liitiumi ja naatriumi vahel keskmisel positsioonil. Tsingil ja vasel peaks vastavalt nende positsioonile perioodilises süsteemis olema ligikaudu võrdne keemiline aktiivsus, kuid pingereas paikneb tsink palju varem kui vask. Sellise ebakõla põhjus on järgmine.

Perioodilises süsteemis teatud positsiooni hõivavate metallide võrdlemisel võetakse vabade aatomite ionisatsioonienergia väärtuseks nende keemilise aktiivsuse mõõt - redutseerimisvõime. Tõepoolest, ülemineku ajal, näiteks ülevalt alla, mööda perioodilise süsteemi I rühma peamist alamrühma, aatomite ionisatsioonienergia väheneb, mis on seotud nende raadiuse suurenemisega (st suure väliskaugusega). elektronid tuumast) ja tuuma positiivse laengu suureneva sõelumisega elektroni vahekihtide abil (vt § 31). Seetõttu on kaaliumiaatomitel suurem keemiline aktiivsus – neil on tugevamad redutseerivad omadused – kui naatriumiaatomitel ja naatriumiaatomid on aktiivsemad kui liitiumiaatomid.

Võrreldes metalle pingereas, võetakse keemilise aktiivsuse mõõduks tahkes olekus metalli muutmine vesilahuses hüdraatunud ioonideks. Seda tööd võib kujutada kolme termini summana: pihustamise energia – metallikristalli muundumine isoleeritud aatomiteks, vabade metalliaatomite ionisatsioonienergia ja moodustunud ioonide hüdratatsioonienergia. Pihustamise energia iseloomustab antud metalli kristallvõre tugevust. Aatomite ionisatsioonienergia – valentselektronide eraldumine neist – on otseselt määratud metalli asukohaga perioodilises süsteemis. Hüdratatsiooni käigus vabanev energia sõltub iooni elektronstruktuurist, selle laengust ja raadiusest.

Liitiumi- ja kaaliumiioonid, millel on sama laeng, kuid erinevad raadiused, loovad nende ümber ebavõrdsed elektriväljad. Väikeste liitiumioonide lähedal tekkiv väli on tugevam kui väli suurte kaaliumiioonide läheduses. Sellest on selge, et liitiumioonid hüdreerivad, vabastades rohkem energiat kui kaaliumioonid.

Seega kulub vaadeldava transformatsiooni käigus energia pihustamisele ja ioniseerimisele ning energia vabaneb hüdratatsiooni käigus. Mida väiksem on kogu energiakulu, seda lihtsam on kogu protsess ja seda lähemal pingerea algusele antud metall paikneb. Kuid kogu energiabilansi kolmest liikmest ainult üks - ionisatsioonienergia - on otseselt määratud metalli asukohaga perioodilises süsteemis. Järelikult ei ole põhjust eeldada, et teatud metallide vastastikune positsioon pingereas vastab alati nende positsioonile perioodilises süsteemis. Seega on liitiumi puhul energia kogutarbimine väiksem kui kaaliumi puhul, mille kohaselt on liitium pingereas enne kaaliumi.

Vase ja tsingi puhul on energiakulu vabade aatomite ioniseerimiseks ja selle juurdekasv ioonide hüdratatsioonil lähedased. Kuid metalliline vask moodustab tugevama kristallvõre kui tsink, mida on näha nende metallide sulamistemperatuuride võrdlusest: tsink sulab temperatuuril ja vask ainult temperatuuril. Seetõttu on nende metallide pihustamisele kuluv energia oluliselt erinev, mistõttu on kogu protsessi energiakulu vase puhul palju suurem kui tsingi puhul, mis seletab nende suhtelist asendit. metallid pingereas.

Veest mittevesilahustitesse üleminekul võib metallide vastastikune positsioon pingereas muutuda. Selle põhjuseks on asjaolu, et erinevate metallide ioonide lahustumisenergia varieerub ühest lahustist teise üleminekul erineval viisil.

Eelkõige lahustub vase ioon mõnes orgaanilises lahustis väga tugevalt; see toob kaasa asjaolu, et sellistes lahustites paikneb vask pingereas kuni vesinikuni ja tõrjub selle välja happelahustest.

Seega erinevalt perioodilisest elementide süsteemist ei ole pingete jada metallides üldise Regulaarsuse peegeldus, mille põhjal on võimalik anda mitmekülgne metallide keemiliste omaduste karakteristik. Pingete jada Iseloomustab ainult redoksvõimet Elektrokeemiline süsteem"metall-metalliioon" rangelt määratletud tingimustel: selles toodud väärtused viitavad vesilahusele, temperatuurile ja metalliioonide kontsentratsiooniühikule (aktiivsusele).

Grosse E., Weissmantel X.

Keemia uudishimulikele. Keemia alused ja meelelahutuslikud katsed.

3. peatükk (jätkub)

METALLIDE ELEKTROKEEMIA VÄIKE KURSUS

Oleme juba tutvunud leelismetallikloriidide lahuste elektrolüüsiga ja metallide valmistamisega sulatite abil. Proovime nüüd mõnda lihtsat katset, et uurida mõningaid vesilahuste, galvaaniliste elementide elektrokeemia seadusi ja tutvuda ka galvaaniliste kaitsekatete valmistamisega.
Kaasaegses kasutatakse elektrokeemilisi meetodeid analüütiline keemia, kasutatakse teoreetilise keemia olulisemate koguste määramiseks.
Lõpuks korrosioon metallesemed, mis põhjustab suurt kahju rahvamajandusele, on enamikul juhtudel elektrokeemiline protsess.

METALLIDE PINGEVALIK

Elektrokeemiliste protsesside mõistmise põhilüli on metallide pingerida. Metallid saab paigutada järjestikku, mis algab reaktiivsete ja lõpeb kõige vähem reageerivate väärismetallidega:
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.
Nii ongi viimaste ideede kohaselt pingerida kõige olulisemate metallide ja vesiniku jaoks. Kui galvaanilise elemendi elektroodid on valmistatud kahest reas olevast metallist, siis ilmub reas eelnevale materjalile negatiivne pinge.
Pinge väärtus ( elektrokeemiline potentsiaal) sõltub elemendi asukohast pingereas ja elektrolüüdi omadustest.
Pingeseeria olemuse paneme paika mõne lihtsa katsega, mille jaoks vajame vooluallikat ja elektrilisi mõõteriistu. Lahustame 100 ml vees umbes 10 g kristallilist vasksulfaati ja kastame lahusesse terasnõela või raudpleki. (Soovitame triikrauda esmalt õhukese smirgellapiga läikima puhastada.) Mõne aja pärast katab triikraud punaka vabanenud vasekihiga. Aktiivsem raud tõrjub vase lahusest välja, raud lahustub ioonidena ja vask vabaneb metallina. Protsess jätkub seni, kuni lahus puutub kokku rauaga. Niipea, kui vask katab kogu raua pinna, peatub see praktiliselt. Sel juhul moodustub üsna poorne vasekiht, nii et kaitsekatted ei saa ilma voolu kasutamata.
Järgmistes katsetes langetame vasksulfaadi lahusesse väikesed tsingi ja plii tinaribad. 15 minuti pärast võtke need välja, loputage ja uurige mikroskoobi all. Näeme ilusaid jäätaolisi mustreid, mis on peegeldunud valguses punased ja koosnevad vabanenud vasest. Ka siin kandsid aktiivsemad metallid vase ioonsest metallilisse olekusse.
Vask võib omakorda välja tõrjuda metalle, mis on pingereas madalamal, st vähem aktiivsed. Õhukesele vaskribale või lamestatud vasktraadile (olles eelnevalt pinna läikima puhastanud) tilgutame paar tilka hõbenitraadi lahust. Palja silmaga on võimalik märgata moodustunud mustjat katet, mis peegeldunud valguses mikroskoobis näeb välja nagu peenikesed nõelad ja taimemustrid (nn dendriidid).
Tsingi isoleerimiseks ilma vooluta on vaja kasutada aktiivsemat metalli. Kui jätta välja metallid, mis veega ägedalt interakteeruvad, leiame magneesiumi tsingist kõrgemate pingete reas. Asetame paar tilka tsinksulfaadi lahust magneesiumilindi tükile või õhukesele elektronkiibile. Tsinksulfaadi lahuse saame, lahustades tüki tsinki lahjendatud väävelhappes. Samaaegselt tsinksulfaadiga lisage mõni tilk denatureeritud alkoholi. Magneesiumi puhul märkame lühikese aja pärast, eriti mikroskoobi all, tsinki, mis on eraldunud õhukeste kristallidena.
Üldiselt saab pingerea mis tahes liikme lahusest välja suruda, kui see on iooni kujul, ja viia metallilisse olekusse. Kõikvõimalikke kombinatsioone proovides võime aga pettuda. Näib, et kui alumiiniumriba kastetakse vase-, raua-, plii- ja tsingisoolade lahusesse, peaksid need metallid sellel silma paistma. Seda aga ei juhtu. Rikke põhjus ei seisne mitte pingerea veas, vaid põhineb reaktsiooni erilisel pärssimisel, mis antud juhul on tingitud õhukesest oksiidkilest alumiiniumpinnal. Sellistes lahendustes nimetatakse alumiiniumi passiivseks.

VAATAME sündmuspaigast kaugemale

Käimasolevate protsesside mustrite sõnastamiseks võib piirduda katioonide arvestamisega ja anioonid välja jätta, kuna nad ise reaktsioonis ei osale. (Kuid anioonide tüüp mõjutab sadestumise kiirust.) Kui lihtsuse mõttes eeldada, et nii vabanenud kui ka lahustunud metallid annavad kahekordse laenguga katioone, siis võime kirjutada:

Mina 1 + mina 2 2+ = mina 1 2+ + mina 2

Veelgi enam, esimese katse puhul Me 1 = Fe, Me 2 = Сu.
Niisiis seisneb protsess laengute (elektronide) vahetamises mõlema metalli aatomite ja ioonide vahel. Kui vaadelda eraldi (vahereaktsioonidena) raua lahustumist või vase sadestumist, saame:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

Сu 2+ + 2 e--=Cu

Mõelge nüüd juhtumile, kui metall on kastetud vette või soolalahusesse, mille katiooniga on vahetus pingereas paiknemise tõttu võimatu. Sellele vaatamata kipub metall iooni kujul lahustuks minema. Sel juhul annab metalli aatom ära kaks elektroni (kui metall on kahevalentne), lahusesse sukeldatud metalli pind laetakse lahuse suhtes negatiivselt ja liidesele tekib kahekordne elektrikiht. See potentsiaalide erinevus takistab metalli edasist lahustumist, nii et protsess peatub peagi.
Kui lahusesse on kastetud kaks erinevat metalli, on need mõlemad laetud, kuid vähemaktiivne on mõnevõrra nõrgem, kuna selle aatomid on vähem altid elektronide eraldamisele.
Ühendage mõlemad metallid juhtmega. Potentsiaalide erinevuse tõttu liigub elektronide voog aktiivsemast metallist vähemaktiivsesse, mis moodustab elemendi positiivse pooluse. Toimub protsess, mille käigus aktiivsem metall läheb lahusesse ja lahusest vabanevad katioonid väärismetallile. Illustreerigem nüüd mõne katsega ülaltoodud mõnevõrra abstraktset arutluskäiku (mis on pealegi jäme lihtsustus).
Esmalt täitke 250 ml mahutavusega keeduklaas 10% väävelhappe lahusega ja kastke sinna mitte liiga väikesed tsingi- ja vasetükid. Jootme või neetime mõlema elektroodi külge vasktraadi, mille otsad ei tohiks lahust puutuda.
Kuni traadi otsad ei ole omavahel ühendatud, jälgime tsingi lahustumist, millega kaasneb vesiniku eraldumine. Tsink, nagu tuleneb pingereast, on aktiivsem kui vesinik, nii et metall võib vesiniku ioonsest olekust välja tõrjuda. Mõlemad metallid moodustavad elektrilise topeltkihi. Elektroodide vahelist potentsiaalivahet on kõige lihtsam tuvastada voltmeetriga. Vahetult pärast seadme sisselülitamist vooluringis näitab nool umbes 1 V, kuid siis pinge langeb kiiresti. Kui ühendate elemendiga, mis tarbib 1 V pinget, väikese lambipirni, siis see süttib - alguses üsna tugevalt ja seejärel muutub kuma nõrgaks.
Seadme klemmide polaarsuse järgi võime järeldada, et vaskelektrood on positiivne poolus. Seda saab tõestada isegi ilma seadmeta, võttes arvesse protsessi elektrokeemiat. Valmistage väikeses keeduklaasis või katseklaasis keedusoola küllastunud lahus, lisage umbes 0,5 ml alkoholi lahus fenoolftaleiini indikaator ja kastke mõlemad traadiga suletud elektroodid lahusesse. Negatiivse pooluse lähedal täheldatakse kerget punakat värvumist, mis on põhjustatud naatriumhüdroksiidi moodustumisest katoodil.
Teistes katsetes saab rakku paigutada erinevaid metallipaare ja määrata tekkiva pinge. Näiteks magneesium ja hõbe annavad pingereas nendevahelise märkimisväärse kauguse tõttu eriti suure potentsiaalse erinevuse, tsink ja raud aga vastupidi väga väikese, vähem kui kümnendiku volti. Alumiiniumi kasutades ei saa me passiveerimise tõttu praktiliselt mingit voolu.
Kõigil neil elementidel või, nagu elektrokeemikud ütlevad, ahelatel on see miinus, et voolu võtmisel langeb nende pinge väga kiiresti. Seetõttu mõõdavad elektrokeemikud pinge tegelikku väärtust pingevabas olekus alati pingekompensatsiooni meetodil, st võrreldes seda mõne teise vooluallika pingega.
Vaatleme vask-tsinkelemendis toimuvaid protsesse üksikasjalikumalt. Katoodil läheb tsink lahusesse järgmise võrrandi kohaselt:

Zn = Zn2+ + 2 e --

Väävelhappe vesinikioonid tühjendatakse vase anoodile. Nad kinnitavad tsinkatoodilt läbi traadi tulevaid elektrone ja selle tulemusena moodustuvad vesinikumullid:

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

Lühikese aja pärast kaetakse vask õhukese vesinikumullide kihiga. Sel juhul muutub vaskelektrood vesinikelektroodiks ja potentsiaalide erinevus väheneb. Seda protsessi nimetatakse elektroodide polariseerimiseks. Vaskelektroodi polarisatsiooni saab kõrvaldada, lisades pärast pingelangust rakule veidi kaaliumdikromaadi lahust. Pärast seda tõuseb pinge uuesti, kuna kaaliumdikromaat oksüdeerib vesiniku veeks. Kaaliumdikromaat toimib sel juhul depolarisaatorina.
Praktikas kasutatakse galvaanilisi ahelaid, mille elektroodid ei ole polariseeritud, või ahelaid, mille polarisatsiooni saab kõrvaldada depolarisaatorite lisamisega.
Mittepolariseeruva elemendi näitena vaatleme Danielli elementi, mida varem kasutati sageli vooluallikana. See on ka vask-tsink element, kuid mõlemad metallid on kastetud erinevatesse lahustesse. Tsinkelektrood asetatakse poorsesse savikambrisse, mis on täidetud lahjendatud (umbes 20%) väävelhappega. Savirakk riputatakse suures keeduklaasis, mis sisaldab kontsentreeritud vasksulfaadi lahust, ja selle põhjas on vasksulfaadi kristallide kiht. Selle anuma teine ​​elektrood on vaskplaadist silinder.
Selle elemendi saab valmistada klaaspurgist, müügilolevast savielemendist (näputäis, kasutage lillepott põhjas oleva augu sulgemisega) ja kaks sobivat elektroodi.
Elemendi töötamise ajal lahustub tsink tsinksulfaadi moodustumisega ja vase ioonid vabanevad vaskelektroodil. Kuid samal ajal ei ole vaskelektrood polariseeritud ja element annab umbes 1 V pinget. Tegelikult on teoreetiliselt klemmide pinge 1,10 V, kuid voolu võtmisel mõõdame veidi madalamat väärtust, kuna raku elektritakistuse suhtes.
Kui me elemendist voolu ei eemalda, peame väävelhappe lahusest eemaldama tsinkelektroodi, sest vastasel juhul lahustub see vesiniku moodustamiseks.
Joonisel on kujutatud lihtsa lahtri skeem, mis ei vaja poorset vaheseina. Tsinkelektrood asub sees klaaspurkülaosas ja vask - põhja lähedal. Kogu rakk täidetakse küllastunud naatriumkloriidi lahusega. Purgi põhja valame peotäie vasksulfaadi kristalle. Saadud kontsentreeritud vasksulfaadi lahus seguneb keedusoola lahusega väga aeglaselt. Seetõttu eraldub raku töötamise ajal vaskelektroodile vask ja raku ülemises osas lahustub tsink sulfaadi või kloriidina.
Akud kasutavad nüüd peaaegu eranditult kuivelemente, mida on mugavam kasutada. Nende esivanem on Leclancheti element. Elektroodid on tsingi silinder ja süsinikvarras. Elektrolüüt on pasta, mis koosneb peamiselt ammooniumkloriidist. Tsink lahustub pastas ja vesinik eraldub kivisöel. Polariseerumise vältimiseks lastakse süsinikvarras söepulbri ja pürolusiidi seguga linasesse kotti. Süsinikupulber suurendab elektroodi pinda ja pürolusiit toimib depolarisaatorina, oksüdeerides aeglaselt vesinikku.
Tõsi, pürolusiidi depolariseerimisvõime on nõrgem kui varem mainitud kaaliumdikromaadil. Seetõttu langeb kuivelementides voolu vastuvõtmisel pinge kiiresti, nad " väsima"polarisatsiooni tõttu. Alles mõne aja pärast toimub vesiniku oksüdatsioon pürolosiidiga. Seega elemendid" puhata", kui te mõnda aega voolu ei läbi. Kontrollime seda taskulambi aku peal, mille külge ühendame lambipirni. Paralleelselt lambiga, see tähendab otse klemmidega, ühendame voltmeetri.
Alguses on pinge umbes 4,5 V. (Kõige sagedamini on sellistes akudes järjestikku ühendatud kolm elementi, millest igaühe teoreetiline pinge on 1,48 V.) Mõne aja pärast pinge langeb, pirn nõrgeneb. Voltmeetrit lugedes saame hinnata, kui kaua aku peab puhata.
Erilise koha hõivavad taastavad elemendid, tuntud kui akud. Nendes toimuvad pöörduvad reaktsioonid ja neid saab laadida pärast elemendi tühjenemist, ühendades need välise alalisvooluallikaga.
Praegu on pliiakud kõige levinumad; neis on elektrolüüdiks lahjendatud väävelhape, millesse on sukeldatud kaks pliiplaati. Positiivne elektrood on kaetud pliidoksiidiga PbO 2, negatiivne elektrood on metallist plii. Pinge klemmidel on ligikaudu 2,1 V. Tühjenemise ajal moodustub mõlemale plaadile pliisulfaat, mis muutub laadimise käigus taas metalliliseks pliiks ja pliiperoksiidiks.

PLAATIDEGA KATTED

Metallide sadestamine vesilahustest kasutades elektrivool on elektrolüütilise lahustumise pöördprotsess, mida kohtasime galvaaniliste elementide kaalumisel. Kõigepealt uurime vase sadestumist, mida kasutatakse vasekulomeetris elektrihulga mõõtmiseks.

Metall sadestub vooluga

Olles painutanud kahe õhukesest vaskplaadi otsad, riputame need keeduklaasi või, mis parem, väikese klaasist akvaariumi vastasseintele. Kinnitame juhtmed klemmidega plaatide külge.
Elektrolüüt küpseta vastavalt järgmine retsept: 125 g kristallilist vasksulfaati, 50 g kontsentreeritud väävelhapet ja 50 g alkoholi (denatureeritud alkohol), ülejäänu on vesi kuni 1 liiter. Selleks lahustage esmalt vasksulfaat 500 ml vees, seejärel lisage ettevaatlikult väikeste portsjonitena väävelhape ( Küte! Vedelik võib pritsida!), seejärel valage sisse alkohol ja viige vesi 1 liitrini.
Täidame kulonomeetri valmistatud lahusega ja lülitame ahelasse muutuva takistuse, ampermeetri ja pliiaku. Takistuse abil reguleerime voolu nii, et selle tihedus oleks 0,02-0,01 A/cm 2 elektroodi pinnast. Kui vaskplaadi pindala on 50 cm 2, siis peaks voolutugevus olema vahemikus 0,5-1 A.
Mõne aja pärast hakkab katoodil (negatiivne elektrood) sadestuma helepunane metalliline vask ja anoodil (positiivne elektrood) lahustub vask. Vaskplaatide puhastamiseks juhime kulonomeetris umbes pool tundi voolu. Seejärel võtame katoodi välja, kuivatame hoolikalt filterpaberiga ja kaalume täpselt. Paigaldame lahtrisse elektroodi, sulgeme vooluringi reostaadiga ja hoiame konstantset voolu, näiteks 1 A. Tunni aja pärast avame ahela ja kaalume uuesti kuivanud katoodi. Voolutugevusel 1 A töötunni kohta suureneb selle mass 1,18 g võrra.
Seetõttu võib 1 ampertunniga võrdne elektrikogus lahuse läbimisel vabastada 1,18 g vaske. Või üldiselt: eralduva aine hulk on otseselt võrdeline lahust läbinud elektrihulgaga.
1 ekvivalendi iooni eraldamiseks on vaja lahust läbi lasta elektrienergia kogus, mis võrdub elektroodi laengu e ja Avogadro arvu korrutisega N V:
e*N A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 \u003d 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Seda väärtust tähistab sümbol F ja on oma nime saanud elektrolüüsi kvantitatiivsete seaduste avastaja järgi Faraday number(täpne väärtus F- 96 498 A * s * mol -1). Seetõttu eraldada lahusest etteantud arv ekvivalente n e läbi lahuse elektrienergia hulk, mis on võrdne F*n e A * s * mol -1. Teisisõnu,
I*t =F*n e Siin I- praegune, t on aeg, mis kulub voolu läbimiseks lahendusest. Peatükis " Tiitrimise põhitõed«Juba on näidatud, et aine ekvivalentide arv n e on võrdne moolide arvu korrutisega samaväärse arvuga:
n e = n*Z Järelikult:

I*t = F*n*Z

Sel juhul Z- ioonilaeng (Ag + jaoks Z= 1, Cu 2+ korral Z= 2, Al 3+ puhul Z= 3 jne). Kui väljendame moolide arvu massi ja molaarmassi suhtena ( n = m / M), siis saame valemi, mis võimaldab teil arvutada kõik elektrolüüsi käigus toimuvad protsessid:

I*t =F*m*Z/M

Selle valemi abil saate arvutada voolu:

I = 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

Kui võtame kasutusele suhte elektritööd W email

W email = U*I*t ja W email / U = I*t

Siis teades pinget U, saate arvutada:

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

Samuti saate arvutada, kui kaua kulub teatud koguse aine elektrolüütiliseks vabanemiseks või kui palju ainet teatud aja jooksul vabaneb. Katse ajal tuleb voolutihedust hoida ettenähtud piirides. Kui see on väiksem kui 0,01 A / cm 2, siis eraldub liiga vähe metalli, kuna osaliselt moodustuvad vase (I) ioonid. Kui voolutihedus on liiga kõrge, on katte nakkumine elektroodiga nõrk ja kui elektrood lahusest eemaldatakse, võib see mureneda.
Praktikas kasutatakse metallide galvaanilisi katteid eelkõige korrosioonikaitseks ja peegelviimistluse saamiseks.
Lisaks rafineeritakse metalle, eriti vaske ja pliid, anoodilise lahustamise ja sellele järgneva katoodil eraldamise teel (elektrolüütiline rafineerimine).
Raua katmiseks vase või nikliga tuleb esmalt eseme pind põhjalikult puhastada. Selleks poleerige seda puhastatud kriidiga ja rasvatage järjestikku seebikivi, vee ja alkoholi lahjendatud lahusega. Kui objekt on kaetud roostega, on vaja see eelnevalt marineerida 10-15% väävelhappe lahuses.
Riputame puhastatud toote elektrolüütilisse vanni ( väike akvaarium või keeduklaas), kus see toimib katoodina.
Vaskkatte pealekandmise lahus sisaldab 250 g vasksulfaati ja 80-100 g kontsentreeritud väävelhapet 1 liitris vees (Ettevaatust!). Sel juhul toimib anoodina vaskplaat. Anoodi pind peaks olema ligikaudu võrdne kaetud objekti pinnaga. Seetõttu peate alati tagama, et vase anood ripub vannis katoodiga samal sügavusel.
Protsess viiakse läbi pingel 3-4 V (kaks akut) ja voolutihedusega 0,02-0,4 A/cm 2 . Vannis oleva lahuse temperatuur peaks olema 18-25 °C.
Pöörake tähelepanu sellele, et anoodi tasapind ja kaetav pind oleksid paralleelsed. Keerulise kujuga esemeid on parem mitte kasutada. Varieerides elektrolüüsi kestust, on võimalik saada erineva paksusega vaskkate.
Sellele kihile muust metallist vastupidava katte pealekandmiseks kasutatakse sageli esialgset vasetamist. Seda kasutatakse eriti sageli raudkroomimisel, tsingivalu nikeldamisel ja muudel juhtudel. Tõsi, selleks kasutatakse väga mürgiseid tsüaniidelektrolüüte.
Nikeldamiseks elektrolüüdi valmistamiseks 450 ml vees lahustage 25 g kristallilist nikkelsulfaati, 10 g boorhape või 10 g naatriumtsitraati. Naatriumtsitraati saab valmistada 10 g lahuse neutraliseerimisel sidrunhape lahjendatud naatriumhüdroksiidi lahus või sooda lahus. Olgu anood võimalikult suure pindalaga nikkelplaat ja pingeallikaks võtke aku.
Muutuva takistuse abil hoitakse voolutiheduse väärtus 0,005 A/cm 2 . Näiteks eseme pinnaga 20 cm 2 on vaja töötada voolutugevusega 0,1 A. Pärast pooletunnist tööd on objekt juba nikeldatud. Võtke see vannist välja ja pühkige seda lapiga. Siiski on parem nikeldamise protsessi mitte katkestada, kuna siis võib niklikiht passiivselt muutuda ja sellele järgnev nikkelkate ei nakku hästi.
Peegelsära saavutamiseks ilma mehaanilise poleerimiseta lisame plaadistusvanni nn helendavat lisandit. Sellised lisandid on näiteks liim, želatiin, suhkur. Võite siseneda nikli vanni, näiteks paar grammi suhkrut ja uurida selle mõju.
Raudkroomimise elektrolüüdi valmistamiseks (pärast vase eelkatmist) lahustame 100 ml vees 40 g CrO 3 kroomanhüdriidi (Ettevaatust! Mürk!) ja täpselt 0,5 g väävelhapet (mitte mingil juhul rohkem!). Protsess toimub voolutihedusega umbes 0,1 A / cm 2 ja anoodina kasutatakse pliiplaati, mille pindala peaks olema mitu vähem ala kroomitud pind.
Nikli- ja kroomivanne on kõige parem veidi kuumutada (kuni umbes 35 °C). Pange tähele, et kroomimiseks mõeldud elektrolüüdid, eriti pika protsessi ja suure voolutugevusega, eraldavad kroomhapet sisaldavaid aure, mis on tervisele väga kahjulikud. Seetõttu tuleks kroomimine läbi viia süvise all või peal õues nt rõdul.
Kroomimises (ja vähemal määral nikeldamises) ei kasutata metalli sadestamiseks kogu voolu. Samal ajal eraldub vesinik. Pingete jada põhjal eeldaks, et vesiniku ees seisvad metallid ei peaks vesilahustest üldse eralduma, vaid vastupidi, vähemaktiivne vesinik. Kuid siin, nagu metallide anoodilise lahustumise puhul, on vesiniku katoodne eraldumine sageli pärsitud ja seda täheldatakse ainult kõrge pinge korral. Seda nähtust nimetatakse vesiniku ülepingeks ja see on eriti suur näiteks plii puhul. Selle asjaolu tõttu võib pliiaku toimida. Kui aku on laetud, peaks katoodile PbO 2 asemel ilmuma vesinik, kuid ülepinge tõttu algab vesiniku eraldumine siis, kui aku on peaaegu täielikult laetud.

Taastavad omadused- Need on kõikidele metallidele iseloomulikud peamised keemilised omadused. Need avalduvad koostoimes paljude oksüdeerivate ainetega, sealhulgas oksüdeerivate ainetega keskkond. AT üldine vaade metalli koostoimet oksüdeerivate ainetega saab väljendada skeemi abil:

Mina + oksüdeerija" Mina(+X),

Kus (+X) on Me positiivne oksüdatsiooniaste.

Näited metallide oksüdatsioonist.

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

  • Metallide tegevussari

    Metallide redutseerivad omadused erinevad üksteisest. Elektroodide potentsiaale E kasutatakse metallide redutseerivate omaduste kvantitatiivse tunnusena.

    Mida aktiivsem on metall, seda negatiivsem on selle elektroodi standardpotentsiaal E o.

    Metallid, mis on paigutatud ritta, kuna nende oksüdatiivne aktiivsus väheneb, moodustavad aktiivsuse rea.

    Metallide tegevussari

    Mina Li K Ca Na mg Al Mn Zn Kr Fe Ni sn Pb H2 Cu Ag Au
    Mez+ Li+ K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al 3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ sn 2+ Pb 2+ H+ Cu2+ Ag+ Au 3+
    E o , 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 +0,34 +0,80 +1,50
    Negatiivsema Eo väärtusega metall suudab redutseerida positiivsema elektroodipotentsiaaliga metallikatiooni.

    Metalli redutseerimist selle soola lahusest teise suurema redutseeriva aktiivsusega metalliga nimetatakse tsementeerimiseks.. Tsementimist kasutatakse metallurgiatehnoloogiates.

    Eelkõige saadakse Cd selle redutseerimisel selle soola lahusest tsingiga.

    Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

  • 3.3. 1. Metallide interaktsioon hapnikuga

    Hapnik on tugev oksüdeerija. See võib oksüdeerida enamikku metalle, välja arvatudAujaPt . Õhus olevad metallid puutuvad kokku hapnikuga, seetõttu pööratakse metallide keemiat uurides alati tähelepanu metalli ja hapniku vastasmõju iseärasustele.

    Kõik teavad, et niiskes õhus olev raud on kaetud rooste - hüdraatunud raudoksiidiga. Kuid paljud metallid kompaktses olekus mitte liiga kõrgel temperatuuril on vastupidavad oksüdatsioonile, kuna need moodustavad oma pinnale õhukesed kaitsekiled. Need oksüdatsiooniproduktide kiled ei lase oksüdeerijal metalliga kokku puutuda. Metalli oksüdeerumist takistavate kaitsekihtide moodustumist metalli pinnale nimetatakse metalli passiveerimiseks.

    Temperatuuri tõus soodustab metallide oksüdeerumist hapniku toimel. Peenestatud olekus metallide aktiivsus suureneb. Enamik pulbrilisi metalle põleb hapnikus.

  • s-metallid

    Näidatakse suurimat taastavat tegevusts-metallid. Metallid Na, K, Rb Cs on võimelised õhu käes süttima ja neid hoitakse suletud anumates või petrooleumikihi all. Be ja Mg passiveeritakse õhus madalatel temperatuuridel. Kuid süütamisel põleb Mg riba pimestava leegiga.

    MetallidIIA-alarühmad ja Li moodustavad hapnikuga suhtlemisel oksiide.

    2Ca + O 2 \u003d 2CaO

    4 Li + O 2 \u003d 2 Li 2 O

    Leelismetallid, v.aLi, hapnikuga suhtlemisel ei moodusta nad oksiide, vaid peroksiideMina 2 O 2 ja superoksiididMeO 2 .

    2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

    K + O 2 = KO 2

  • p-metallid

    Omanduses olevad metallidlk- õhus olevale plokile on passiveeritud.

    Hapnikus põlemisel

    • IIIA-alarühma metallid moodustavad tüüpi oksiide Mina 2 O 3,
    • Sn oksüdeeritakse SNO 2 , ja Pb - kuni PbO
    • Bi läheb Bi 2 O 3.

  • d-metallid

    Kõikd- 4. perioodi metallid oksüdeeritakse hapniku toimel. Sc, Mn, Fe oksüdeeruvad kõige kergemini. Eriti vastupidav Ti, V, Cr korrosioonile.

    Hapnikus põletamisel kõigistd

    Hapnikus põletamisel kõigistd- 4. perioodi elemendid, ainult skandium, titaan ja vanaadium moodustavad oksiide, milles Me on kõrgeimas oksüdatsiooniastmes, võrdne rühmanumbriga.Ülejäänud 4. perioodi d-metallid moodustavad hapnikus põletamisel oksiide, milles Me on vahepealses, kuid stabiilses oksüdatsiooniastmes.

    Oksiidide tüübid, mis moodustuvad hapnikus põlemisel 4 perioodi d-metallidest:

    • Meo moodustavad Zn, Cu, Ni, Co. (temperatuuril T>1000°С Cu moodustab Cu 2 O),
    • Mina 2 O 3, moodustavad Cr, Fe ja Sc,
    • MeO 2 - Mn ja Ti
    • V moodustab kõrgeima oksiidi - V 2 O 5 .
    d-5. ja 6. perioodi metallid, v.a Y, La, rohkem kui kõik teised metallid on oksüdatsioonile vastupidavad. Ärge reageerige hapnikuga Au, Pt .

    Hapnikus põletamiseld-5 ja 6 perioodi metallid moodustavad reeglina kõrgemaid oksiide, erandid on metallid Ag, Pd, Rh, Ru.

    Oksiidide tüübid, mis moodustuvad hapnikus põlemisel 5 ja 6 perioodi d-metallidest:

    • Mina 2 O 3- vorm Y, La; Rh;
    • MeO 2- Zr, Hf; Ir:
    • Mina 2 O 5- Nb, Ta;
    • MeO 3- Mo, W
    • Mina 2 O 7- Tc, Re
    • Meo 4 - Os
    • MeO- Cd, Hg, Pd;
    • Mina 2 O- Ag;

  • Metallide koostoime hapetega

    Happelahustes on vesiniku katioon oksüdeeriv aine.. H + katioon võib oksüdeerida aktiivsussarja metalle vesinikuks, st. millel on negatiivne elektroodide potentsiaal.

    Paljud metallid muutuvad happelistes vesilahustes oksüdeerides katioonideksMez + .

    Paljude hapete anioonid on võimelised avaldama oksüdeerivaid omadusi, mis on tugevamad kui H +. Selliste oksüdeerivate ainete hulka kuuluvad anioonid ja kõige tavalisemad happed H 2 NII 4 jaHNO 3 .

    Anioonid NO 3 - avaldavad oksüdeerivaid omadusi lahuse mis tahes kontsentratsioonil, kuid redutseerimisproduktid sõltuvad happe kontsentratsioonist ja oksüdeeritud metalli olemusest.

    Anioonidel SO 4 2- on oksüdeerivad omadused ainult kontsentreeritud H 2 SO 4 puhul.

    Oksüdeerija redutseerimisproduktid: H + , NO 3 - , NII 4 2 -

    2H+ + 2e- =H 2

    NII 4 2- kontsentreeritud H2SO4-st NII 4 2- + 2e - + 4 H + = NII 2 + 2 H 2 O

    (võimalik ka S, H 2 S teke)

    NO 3 - kontsentreeritud HNO 3-st NO 3 - + e - +2H+= NO 2 + H 2 O
    NO 3 - lahjendatud HNO 3-st NR 3 - + 3e - +4H+=NO + 2H2O

    (Samuti on võimalik moodustada N 2 O, N 2, NH 4 +)

    Näited metallide ja hapete vastasmõju reaktsioonidest

    Zn + H2SO4 (rasb.) "ZnSO4 + H2

    8Al + 15H2SO4 (c.) "4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O

    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

  • Metalli oksüdatsiooniproduktid happelistes lahustes

    Leelismetallid moodustavad Me + tüüpi katioonid, teise rühma s-metallid katioone Mina 2+.

    P-ploki metallid moodustavad hapetes lahustatuna tabelis näidatud katioone.

    Metallid Pb ja Bi lahustuvad ainult lämmastikhappes.

    Mina Al Ga sisse Tl sn Pb Bi
    Mez+ Al 3+ Ga3+ Aastal 3+ Tl+ sn 2+ Pb 2+ Bi 3+
    Eo, B -1,68 -0,55 -0,34 -0,34 -0,14 -0,13 +0,317

    Kõik d-metallid 4 perioodi v.a Cu , võib ioonide toimel oksüdeeridaH+ happelahustes.

    D-metallidest moodustunud katioonide tüübid 4 perioodi:

    • Mina 2+(moodustab d-metalle vahemikus Mn kuni Cu)
    • mina 3+ ( moodustavad lämmastikhappes Sc, Ti, V, Cr ja Fe).
    • Ti ja V moodustavad ka katioone MeO 2+
    d-perioodi 5 ja 6 elemendid on oksüdatsioonile vastupidavamad kui 4d- metallid.

    Happelistes lahustes võib H + oksüdeeruda: Y, La, Cd.

    HNO 3-s võivad lahustuda: Cd, Hg, Ag. Kuum HNO 3 lahustab Pd, Tc, Re.

    Kuumas H 2 SO 4 lahustage: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

    Metallid: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W lahustatakse tavaliselt HNO 3 + HF segus.

    Aqua regia (HNO 3 + HCl segud) lahustuvad Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au ja Os raskesti. Metallide lahustumise põhjuseks aqua regia või HNO 3 + HF segus on kompleksühendite moodustumine.

    Näide. Kulla lahustumine aqua regia saab võimalikuks kompleksi moodustumise tõttu -

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

  • Metallide koostoime veega

    Vee oksüdeerivad omadused on tingitud H(+1).

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

    Kuna H + kontsentratsioon vees on madal, on selle oksüdeerivad omadused madalad. Metallid võivad vees lahustuda 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. Kõiks- metallid, va Ole ja Mg vees kergesti lahustuv.

    2 Na + 2 HOH = H 2 + 2 Oh -

    Na reageerib intensiivselt veega, eraldades soojust. Eraldatud H 2 võib süttida.

    2H2 + O2 \u003d 2H2O

    Mg lahustub ainult keevas vees, Be on oksüdatsiooni eest kaitstud inertse lahustumatu oksiidiga

    p-ploki metallid on vähem võimsad redutseerijad kuis.

    P-metallide hulgas on redutseeriv aktiivsus kõrgem IIIA alarühma metallidel, Sn ja Pb on nõrgad redutseerijad, Bi Eo > 0.

    p-metallid ei lahustu tavatingimustes vees. Kui kaitseoksiid lahustatakse pinnalt leeliselistes lahustes, oksüdeeritakse Al, Ga ja Sn vee toimel.

    D-metallide hulgas oksüdeeritakse need vee toimel kuumutamisel Sc ja Mn, La, Y. Raud reageerib veeauruga.

  • Metallide koostoime leeliselahustega

    Aluselistes lahustes toimib vesi oksüdeeriva ainena..

    2H 2O + 2e - \u003dH2 + 2OH- Eo \u003d - 0,826 B (pH = 14)

    Vee oksüdeerivad omadused vähenevad pH tõustes H + kontsentratsiooni vähenemise tõttu. Sellest hoolimata, mõned metallid, mis ei lahustu vees, lahustuvad leeliselahustes, näiteks Al, Zn ja mõned teised. Selliste metallide leeliselistes lahustes lahustumise peamine põhjus on see, et nende metallide oksiidid ja hüdroksiidid on amfoteersed, lahustuvad leelises, kõrvaldades barjääri oksüdeeriva aine ja redutseerija vahel.

    Näide. Al lahustamine NaOH lahuses.

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



    • Järjehoidja ja jagamine



    Eelmine postitus
    Venemaa parimate majandusülikoolide reiting Majandusteaduse suuna ülikoolide reiting
    Järgmine postitus
    Reljeeftrükk Kaardi reljeeftrükk kohapeal