Metal voltajlarının elektrokimyasal serisi tamamlandı. Aktif metaller

Bölümler: Kimya, Yarışma "Ders Sunumu"

Sınıf: 11

Ders için sunum

İleri geri

Dikkat! Slayt önizlemeleri yalnızca bilgilendirme amaçlıdır ve sunumun tüm özelliklerini temsil etmeyebilir. Bu çalışmayla ilgileniyorsanız, lütfen tam sürümünü indirin.

Amaçlar ve hedefler:

• Eğitici: Metallerin kimyasal aktivitelerinin, konumlarına göre değerlendirilmesi periyodik tablo DI. Mendeleyev ve elektrokimyasal serisi metal stresi.
• Gelişimsel:İşitsel hafızanın, bilgileri karşılaştırma, mantıksal düşünme ve devam eden kimyasal reaksiyonları açıklama yeteneğinin gelişimini teşvik etmek.
• Eğitici: Bir beceri oluşturmak bağımsız iş, kişinin fikrini makul bir şekilde ifade etme ve sınıf arkadaşlarını dinleme yeteneği, çocuklarda vatanseverlik ve yurttaşlarıyla gurur duyma duygusu geliştiriyoruz.

Teçhizat: Medya projektörlü bilgisayar, bir dizi kimyasal reaktif içeren bireysel laboratuvarlar, modeller kristal kafesler metaller

Ders türü: Eleştirel düşünmenin geliştirilmesi için teknolojinin kullanılması.

Dersler sırasında

BEN. Mücadele aşaması.

Konuyla ilgili bilgilerin güncellenmesi, bilişsel aktivitenin uyandırılması.

Blöf oyunu: “Buna inanıyor musun...” (Slayt 3)

1. Metaller PSHE'nin sol üst köşesini kaplar.
2. Kristallerde metal atomları metalik bağlarla bağlanır.
3. Metallerin değerlik elektronları çekirdeğe sıkı bir şekilde bağlıdır.
4. Ana alt gruplardaki (A) metallerin dış seviyelerinde genellikle 2 elektron bulunur.
5. Grupta yukarıdan aşağıya doğru metallerin indirgeyici özelliklerinde bir artış vardır.
6. Bir metalin asit ve tuz çözeltilerindeki reaktivitesini değerlendirmek için metallerin elektrokimyasal voltaj serisine bakmak yeterlidir.
7. Bir metalin asit ve tuz çözeltilerindeki reaktivitesini değerlendirmek için D.I.'nin periyodik tablosuna bakın. Mendeleev

Sınıfa soru? Giriş ne anlama geliyor? Ben 0 – ne —> Ben +n(Slayt 4)

Cevap: Me0 indirgeyici bir maddedir, yani oksitleyici maddelerle etkileşime girer. Aşağıdakiler oksitleyici ajanlar olarak görev yapabilir:

1. Basit maddeler (+O 2, Cl 2, S...)
2. Karmaşık maddeler(H 2 O, asitler, tuz çözeltileri...)

II. Yeni bilgileri anlamak.

Metodolojik bir teknik olarak bir referans diyagramının hazırlanması önerilmektedir.

Sınıfa soru? Metallerin indirgeyici özelliklerini hangi faktörler belirler? (Slayt 5)

Cevap: D.I. Mendeleev'in periyodik tablosundaki pozisyondan veya metallerin elektrokimyasal voltaj serisindeki pozisyondan.

Öğretmen kavramları tanıtır: kimyasal aktivite ve elektrokimyasal aktivite.

Açıklamaya başlamadan önce çocuklardan atomların aktivitelerini karşılaştırmaları istenir. İLE Ve Li periyodik tablodaki konumu D.I. Mendeleev ve bu elementlerin oluşturduğu basit maddelerin metallerin elektrokimyasal voltaj serisindeki konumlarına göre aktiviteleri. (Slayt 6)

Bir çelişki ortaya çıkıyor:Alkali metallerin PSCE'deki konumuna ve alt gruptaki elementlerin özelliklerindeki değişim modellerine göre potasyumun aktivitesi lityumunkinden daha fazladır. Gerilim serisindeki pozisyona göre lityum en aktif olanıdır.

Yeni materyal.Öğretmen kimyasal ve elektrokimyasal aktivite arasındaki farkı açıklar ve elektrokimyasal voltaj serilerinin bir metalin hidratlı iyona dönüşme yeteneğini yansıttığını açıklar; burada metal aktivitesinin ölçüsü üç terimden (atomizasyon enerjisi, iyonizasyon) oluşan enerjidir. enerji ve hidrasyon enerjisi). Malzemeyi bir not defterine yazıyoruz. (Slayt 7-10)

Gelin hep birlikte bir deftere yazalım. çözüm:İyonun yarıçapı ne kadar küçük olursa, etrafındaki elektrik alanı o kadar büyük olur, hidrasyon sırasında o kadar fazla enerji açığa çıkar, dolayısıyla reaksiyonlarda bu metalin indirgeme özellikleri o kadar güçlü olur.

Tarihsel referans: Beketov'un metallerin yer değiştirme serisini yaratmasıyla ilgili bir öğrencinin konuşması. (Slayt 11)

Metallerin elektrokimyasal voltaj serisinin etkisi, yalnızca metallerin elektrolit çözeltileri (asitler, tuzlar) ile reaksiyonları ile sınırlıdır.

Hafıza:

1. Standart koşullar altında (250°C, 1 atm) sulu çözeltilerdeki reaksiyonlar sırasında metallerin indirgeyici özellikleri azalır;
2. Soldaki metal, metali çözeltideki tuzlarından sağa kaydırır;
3. Hidrojenin önünde duran metaller onu çözeltideki asitlerden uzaklaştırır (HNO3 hariç);
4. Ben (Al'a) + H 2 O -> alkali + H 2
   Diğer Ben (H 2'ye kadar) + H 2 O -> oksit + H 2 (zor koşullar)
   Ben (H2'den sonra) + H 2 O -> reaksiyona girmez

(Slayt 12)

Çocuklara hatırlatmalar yapılıyor.

Pratik iş:“Metallerin tuz çözeltileriyle etkileşimi” (Slayt 13)

Geçişi yapın:

• CuSO 4 —> FeSO 4
• CuSO 4 —> ZnSO 4

Bakır ve cıva(II) nitrat çözeltisi arasındaki etkileşim deneyiminin gösterilmesi.

III. Yansıma, yansıma.

Tekrarlıyoruz: hangi durumda periyodik tabloyu kullanırız ve hangi durumda bir dizi metal voltajına ihtiyaç vardır? (Slayt 14-15).

Geri dön ilk sorular ders. 6. ve 7. soruları ekrana getiriyoruz. Hangi ifadenin yanlış olduğunu analiz ediyoruz. Ekranda bir tuş var (görev 1'i kontrol etme). (Slayt 16).

Dersi özetleyelim:

• Yeni ne öğrendin?
• Hangi durumda metallerin elektrokimyasal voltaj serisini kullanmak mümkündür?

Ev ödevi: (Slayt 17)

1. Fizik dersindeki “POTANSİYEL” kavramını tekrarlayın;
2. Reaksiyon denklemini tamamlayın, elektron dengesi denklemlerini yazın: Сu + Hg(NO 3) 2 →
3. Metaller verilir ( Fe, Mg, Pb, Cu)– bu metallerin elektrokimyasal voltaj serisindeki yerini doğrulayan deneyler önermek.

Blöf oyunu, tahtada çalışma, sözlü cevaplar, iletişim ve pratik çalışmalar için sonuçları değerlendiriyoruz.

Kullanılmış Kitaplar:

1. İŞLETİM SİSTEMİ. Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaya “Öğretmenler için el kitabı. Kimya 11. sınıf, bölüm II” Bustard Yayınevi.
2. N.L. Glinka "Genel Kimya".

Grosse E., Weissmantel H.

Meraklısı için kimya. Kimyanın temelleri ve eğlenceli deneyler.

Bölüm 3 (devam)

METALLERİN ELEKTROKİMYASINDA KÜÇÜK DERS

Alkali metal klorür çözeltilerinin elektrolizi ve eriyikler kullanılarak metal üretimi hakkında zaten bilgi sahibi olduk. Şimdi birkaç basit deney kullanarak sulu çözeltilerin elektrokimyasının bazı yasalarını incelemeye çalışalım. galvanik hücreler koruyucu galvanik kaplamaların üretimi hakkında bilgi sahibi olmanın yanı sıra.
Modern dünyada elektrokimyasal yöntemler kullanılmaktadır. analitik Kimya, teorik kimyanın en önemli miktarlarını belirlemeye hizmet eder.
Son olarak ülke ekonomisine büyük zarar veren metal nesnelerin korozyonu çoğu durumda elektrokimyasal bir süreçtir.

METAL STRES SERİSİ

Elektrokimyasal süreçleri anlamak için temel bağlantı, metallerin voltaj serileridir. Metaller, kimyasal olarak aktif olanlarla başlayıp en az aktif olan soy metallerle biten bir seri halinde düzenlenebilir:
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.
En son fikirlere göre bu, en önemli metaller ve hidrojen için bir dizi voltajdır. Bir galvanik hücrenin elektrotları sıradaki herhangi iki metalden yapılmışsa, sıranın önündeki malzemede negatif bir voltaj görünecektir.
Gerilim değeri ( elektrokimyasal potansiyel) elemanın voltaj serisindeki konumuna ve elektrolitin özelliklerine bağlıdır.
Bir akım kaynağına ve elektriksel ölçüm aletlerine ihtiyaç duyacağımız birkaç basit deneyle gerilim serisinin özünü oluşturacağız. Yaklaşık 10 g kristal bakır sülfatı 100 ml suda eritin ve çözeltiye bir çelik iğne veya bir parça demir sac batırın. (Öncelikle ütüyü ince zımpara ile parıldayana kadar temizlemenizi öneririz.) Kısa bir süre sonra ütü kırmızımsı bir bakır tabakasıyla kaplanacaktır. Daha aktif demir, bakırı çözeltiden uzaklaştırır; demir iyon olarak çözülür ve bakır metal olarak açığa çıkar. Çözelti demirle temas ettiği sürece işlem devam eder. Bakır, demirin tüm yüzeyini kapladığında pratik olarak duracaktır. Bu durumda oldukça gözenekli bir bakır tabakası oluşur, dolayısıyla akım kullanılmadan koruyucu kaplamalar elde edilemez.
Aşağıdaki deneylerde küçük çinko ve kurşun sac şeritlerini bakır sülfat çözeltisine indireceğiz. 15 dakika sonra çıkarıp yıkayıp mikroskop altında inceliyoruz. Yansıyan ışıkta kırmızı renkte olan ve açığa çıkan bakırdan oluşan buz benzeri güzel desenleri ayırt edebiliyoruz. Burada da daha aktif metaller bakırı iyonik durumdan metalik duruma dönüştürdü.
Buna karşılık bakır, voltaj serisinde daha düşük olan, yani daha az aktif olan metallerin yerini alabilir. İnce bir bakır levha şeridine veya düzleştirilmiş bakır tele (önceden yüzeyi parlak bir şekilde temizledikten sonra) birkaç damla gümüş nitrat çözeltisi uygulayın. Çıplak gözle, yansıyan ışıkta mikroskop altında ince iğneler ve bitki desenleri (dendritler olarak adlandırılan) gibi görünen, ortaya çıkan siyahımsı kaplamayı görebilirsiniz.
Çinko'yu akımsız izole etmek için daha aktif bir metal kullanmak gerekir. Suyla şiddetli reaksiyona giren metaller hariç, magnezyumun çinkonun üzerindeki voltaj serisinde olduğunu görüyoruz. Bir parça magnezyum bant veya ince elektron talaşı üzerine birkaç damla çinko sülfat çözeltisi damlatın. Bir parça çinkoyu seyreltik sülfürik asit içinde çözerek bir çinko sülfat çözeltisi elde ederiz. Çinko sülfatla birlikte birkaç damla denatüre alkol ekleyin. Magnezyumda kısa bir süre sonra, özellikle mikroskop altında çinkonun ince kristaller halinde salındığını fark edeceğiz.
Genel olarak gerilim serisinin herhangi bir üyesi, iyon halinde bulunduğu çözeltiden çıkarılabilir ve metalik duruma dönüştürülebilir. Ancak her türlü kombinasyonu denediğimizde hayal kırıklığına uğrayabiliriz. Görünüşe göre bir alüminyum şeridi bakır, demir, kurşun ve çinko tuzları çözeltilerine batırılırsa, bu metallerin üzerine salınması gerekir. Ancak bu gerçekleşmez. Başarısızlığın nedeni gerilim dizisindeki bir hatadan değil, reaksiyonun özel olarak engellenmesinden kaynaklanmaktadır. bu durumda alüminyum yüzeyindeki ince oksit filmi nedeniyle. Bu tür çözümlerde alüminyuma pasif denir.

SAHNE ARKASINA BAKALIM

Devam eden süreçlerin yasalarını formüle etmek için, kendilerini reaksiyona katılmadıkları için katyonları dikkate almak ve anyonları hariç tutmakla sınırlayabiliriz. (Ancak çökelme hızı anyonların türünden etkilenir.) Basitleştirmek amacıyla, hem çökelmiş hem de çözünmüş metallerin çift yüklü katyonlar ürettiğini varsayarsak, o zaman şunu yazabiliriz:

Ben 1 + Ben 2 2+ = Ben 1 2+ + Ben 2

Üstelik ilk deney için Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
Dolayısıyla süreç, her iki metalin atomları ve iyonları arasındaki yüklerin (elektronların) değişiminden oluşur. Demirin çözünmesini veya bakırın çökelmesini (ara reaksiyonlar olarak) ayrı ayrı ele alırsak, şunu elde ederiz:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

Cu 2+ + 2 e-- = Cu

Şimdi bir metalin, stres serisindeki konumu nedeniyle değişimi imkansız olan bir katyonla suya veya tuz çözeltisine daldırıldığı durumu düşünün. Buna rağmen metal iyon formunda çözeltiye girme eğilimindedir. Bu durumda metal atomu iki elektron verir (eğer metal iki değerlikliyse), çözeltiye batırılan metalin yüzeyi çözeltiye göre negatif yüklü hale gelir ve arayüzde çift elektrik katmanı oluşur. Bu potansiyel fark metalin daha fazla çözünmesini önler, böylece süreç kısa sürede durur.
İki farklı metal bir çözeltiye daldırılırsa, her ikisi de yüklenecektir, ancak daha az aktif olan, atomlarının elektron kaybetmeye daha az eğilimli olması nedeniyle biraz daha zayıf olacaktır.
Her iki metali de bir iletkenle bağlayalım. Potansiyel fark nedeniyle, daha aktif metalden daha az aktif olana doğru bir elektron akışı akacak ve bu da elementin pozitif kutbunu oluşturacaktır. Daha aktif metalin çözeltiye girdiği ve çözeltideki katyonların daha soy metal üzerine salındığı bir süreç meydana gelir. Şimdi yukarıda verilen (üstelik büyük bir basitleştirmeyi temsil eden) biraz soyut akıl yürütmeyi birkaç deneyle örnekleyelim.
Öncelikle 250 ml'lik bir beheri %10'luk sülfürik asit çözeltisiyle ortasına kadar doldurun ve içine çok küçük olmayan çinko ve bakır parçalarını batırın. Her iki elektroda da uçları çözeltiye temas etmemesi gereken bakır teli lehimliyor veya perçinliyoruz.
Telin uçları birbirine bağlanmadığı sürece çinkonun çözünmesini ve buna hidrojen salınmasını gözlemleyeceğiz. Gerilim serisinden de anlaşılacağı gibi çinko, hidrojenden daha aktiftir, dolayısıyla metal, hidrojeni iyonik durumdan çıkarabilir. Her iki metal üzerinde de elektriksel bir çift katman oluşur. Elektrotlar arasındaki potansiyel farkını tespit etmenin en kolay yolu voltmetre kullanmaktır. Cihazı devreye bağladıktan hemen sonra ok yaklaşık 1 V'u gösterecektir, ancak daha sonra voltaj hızla düşecektir. Elemana 1 V tüketen küçük bir ampul bağlarsanız, ilk başta oldukça güçlü bir şekilde yanacaktır ve ardından parlaklık zayıflayacaktır.
Cihaz terminallerinin polaritesine dayanarak bakır elektrotun pozitif kutup olduğu sonucuna varabiliriz. Bu, prosesin elektrokimyası dikkate alınarak cihaz olmadan kanıtlanabilir. Küçük bir beher veya test tüpünde doymuş bir sofra tuzu çözeltisi hazırlayalım, yaklaşık 0,5 ml fenolftalein göstergesinin alkol çözeltisini ekleyelim ve her iki elektrotu tel ile kapatarak çözeltiye daldıralım. Katotta sodyum hidroksit oluşması nedeniyle negatif kutbun yakınında soluk kırmızımsı bir renk gözlenecektir.
Diğer deneylerde bir hücreye yerleştirilebilir çeşitli çiftler metaller ve ortaya çıkan stresi belirleyin. Örneğin, magnezyum ve gümüş, aralarındaki önemli mesafe ve bir dizi voltaj nedeniyle özellikle büyük bir potansiyel farkı verirken, çinko ve demir ise tam tersine, bir voltun onda birinden daha az, çok küçük bir potansiyel farkı verecektir. Alüminyum kullandığımızda pasivasyondan dolayı neredeyse hiç akım almayacağız.
Tüm bu elemanlar veya elektrokimyacıların dediği gibi devreler, akımı ölçerken aralarındaki voltajın çok hızlı düşmesi gibi bir dezavantaja sahiptir. Bu nedenle, elektrokimyacılar her zaman voltajın gerçek değerini enerjisiz durumda voltaj dengeleme yöntemini kullanarak, yani onu başka bir akım kaynağının voltajıyla karşılaştırarak ölçerler.
Bakır-çinko elementindeki süreçleri biraz daha detaylı ele alalım. Katotta çinko aşağıdaki denkleme göre çözeltiye girer:

Zn = Zn 2+ + 2 e --

Bakır anotta sülfürik asidin hidrojen iyonları boşaltılır. Çinko katottan gelen telden gelen elektronları bağlarlar ve bunun sonucunda hidrojen kabarcıkları oluşur:

2H + + 2 e-- = N 2

Kısa bir süre sonra bakır, ince bir hidrojen kabarcıkları tabakasıyla kaplanacaktır. Bu durumda bakır elektrot hidrojene dönüşecek ve potansiyel fark azalacaktır. Bu işleme elektrot polarizasyonu denir. Bakır elektrotun polarizasyonu, voltaj düşüşünden sonra hücreye bir miktar potasyum dikromat çözeltisi eklenerek ortadan kaldırılabilir. Bundan sonra, potasyum dikromat hidrojeni suya oksitleyeceğinden voltaj tekrar artacaktır. Potasyum dikromat bu durumda depolarizatör görevi görür.
Uygulamada, elektrotları polarize olmayan galvanik devreler veya depolarizatörler eklenerek polarizasyonu ortadan kaldırılabilen devreler kullanılır.
Polarize olmayan bir elemente örnek olarak, geçmişte akım kaynağı olarak sıklıkla kullanılan Daniel elementini düşünün. Bu aynı zamanda bir bakır-çinko elementidir, ancak her iki metal de farklı çözeltilere daldırılmıştır. Çinko elektrot, seyreltik (yaklaşık %20) sülfürik asitle doldurulmuş gözenekli bir kil hücresine yerleştirilir. Kil hücresi, konsantre bir bakır sülfat çözeltisi içeren büyük bir cam içinde süspanse edilir ve altta bir bakır sülfat kristalleri tabakası bulunur. Bu kaptaki ikinci elektrot bakır levhadan yapılmış bir silindirdir.
Bu eleman bir cam kavanozdan, piyasada satılan bir kil hücresinden (aşırı durumlarda, alttaki deliği kapatan bir saksı kullanırız) ve uygun boyutta iki elektrottan yapılabilir.
Elemanın çalışması sırasında çinko, çinko sülfat oluşturmak üzere çözünür ve bakır elektrotta bakır iyonları salınır. Ancak aynı zamanda bakır elektrot polarize değildir ve eleman yaklaşık 1 V'luk bir voltaj üretir. Aslında teorik olarak terminallerdeki voltaj 1,10 V'tur, ancak akımı toplarken elektrik nedeniyle biraz daha düşük bir değer ölçüyoruz. Hücrenin direnci.
Akımı elementten uzaklaştırmazsak, çinko elektrodu sülfürik asit çözeltisinden çıkarmamız gerekir, aksi takdirde çözünerek hidrojen oluşturacaktır.
Şekilde gözenekli bir bölme gerektirmeyen basit bir hücrenin diyagramı gösterilmektedir. Çinko elektrot cam kavanozun üst kısmında bulunur ve bakır elektrot tabana yakın bir yerde bulunur. Hücrenin tamamı doymuş bir sofra tuzu çözeltisi ile doldurulur. Kavanozun dibine bir avuç bakır sülfat kristali yerleştirin. Ortaya çıkan konsantre bakır sülfat çözeltisi sofra tuzu çözeltisiyle çok yavaş karışacaktır. Bu nedenle hücre çalıştığında bakır elektrot üzerinde bakır açığa çıkacak ve çinko, hücrenin üst kısmında sülfat veya klorür formunda çözünecektir.
Günümüzde piller neredeyse yalnızca kullanımı daha uygun olan kuru pilleri kullanıyor. Ataları Leclanche unsurudur. Elektrotlar bir çinko silindir ve bir karbon çubuktur. Elektrolit esas olarak amonyum klorürden oluşan bir macundur. Çinko macun içinde çözünür ve kömürün üzerinde hidrojen açığa çıkar. Polarizasyonu önlemek için karbon çubuk, kömür tozu ve piroluzit karışımı içeren keten bir torbaya batırılır. Karbon tozu elektrot yüzeyini arttırır ve piroluzit, hidrojeni yavaşça oksitleyen bir depolarizatör görevi görür.
Doğru, piroluzitin depolarizasyon yeteneği daha önce bahsedilen potasyum dikromatınkinden daha zayıftır. Bu nedenle kuru hücrelere akım alındığında voltaj hızla düşer, bunlar " yorulmak"polarizasyondan dolayı. Ancak bir süre sonra hidrojenin pirolusit ile oksidasyonu meydana gelir. Böylece elementler " dayanma", eğer bir süre akım geçmezseniz. Bunu aküde kontrol edelim. el feneri ampulü bağladığımız yer. Lambaya paralel, yani doğrudan terminallere bir voltmetre bağlarız.
İlk başta voltaj yaklaşık 4,5 V olacaktır. (Çoğunlukla bu tür pillerde, her biri 1,48 V teorik voltaja sahip seri bağlı üç hücre bulunur.) Bir süre sonra voltaj düşecek ve ampulün parlaklığı artacaktır. zayıflatmak. Voltmetre okumalarına dayanarak pilin ne kadar dinlenmesi gerektiğine karar verebiliriz.
olarak bilinen yenileyici unsurlar tarafından özel bir yer işgal edilmiştir. piller. Tersine çevrilebilir reaksiyonlara girerler ve hücre deşarj olduktan sonra harici bir DC kaynağına bağlanarak yeniden şarj edilebilirler.
Şu anda kurşun-asit piller en yaygın olanıdır; İçlerindeki elektrolit, içine iki kurşun plakanın daldırıldığı seyreltik sülfürik asittir. Pozitif elektrot kurşun dioksit PbO2 ile kaplanmıştır, negatif ise metalik kurşundur. Terminallerdeki voltaj yaklaşık 2,1 V'tur. Deşarj sırasında her iki plakada da kurşun sülfat oluşur ve şarj sırasında yine metalik kurşun ve kurşun peroksite dönüşür.

GALVANİK KAPLAMA UYGULAMASI

Metallerin sulu çözeltilerden çökeltilmesi elektrik akımı galvanik hücreleri ele alırken aşina olduğumuz elektrolitik çözünmenin ters sürecidir. Öncelikle bakır kulometrede elektrik miktarını ölçmek için kullanılan bakır birikimini inceleyeceğiz.

Metal akım tarafından biriktirilir

İki ince bakır levhanın uçlarını bükerek bunları bir kabın veya daha iyisi küçük bir cam akvaryumun karşıt duvarlarına asıyoruz. Kabloları terminallerle plakalara bağlarız.
Elektrolit Aşağıdaki tarife göre hazırlayalım: 125 gr kristal bakır sülfat, 50 gr konsantre sülfürik asit ve 50 gr alkol (denatüre alkol), geri kalanı 1 litreye kadar sudur. Bunu yapmak için önce bakır sülfatı 500 ml suda eritin, ardından küçük porsiyonlar halinde dikkatlice ekleyin. sülfürik asit (Isıtma! Sıvı sıçrayabilir!), daha sonra alkol ekleyin ve 1 litre hacme kadar su ekleyin.
Kulometreyi hazırlanan çözeltiyle doldurun ve devreye değişken bir direnç, bir ampermetre ve bir kurşun pil bağlayın. Direnç kullanarak akımı, yoğunluğu elektrot yüzeyinin 0,02-0,01 A/cm2'si olacak şekilde ayarlıyoruz. Bakır plakanın alanı 50 cm2 ise akım 0,5-1 A aralığında olmalıdır.
Bir süre sonra açık kırmızı metalik bakır katotta (negatif elektrot) çökelmeye başlayacak ve bakır anotta (pozitif elektrot) çözeltiye geçecektir. Bakır plakaları temizlemek için yaklaşık yarım saat boyunca kulometreden akım geçireceğiz. Daha sonra katodu çıkarıp filtre kağıdıyla dikkatlice kurutup doğru şekilde tartıyoruz. Hücreye bir elektrot yerleştirelim, bir reostat kullanarak devreyi kapatalım ve örneğin 1 A gibi sabit bir akımı koruyalım. Bir saat sonra devreyi açın ve kurumuş katodu tekrar tartın. 1 A akımda kütlesi, çalışma saati başına 1,18 g artacaktır.
Dolayısıyla bir çözeltiden geçen 1 amper saate eşit elektrik miktarı, 1,18 g bakırın açığa çıkmasına neden olabilir. Veya genel olarak: Açığa çıkan madde miktarı, çözeltiden geçen elektrik miktarıyla doğru orantılıdır.
Bir iyonun 1 eşdeğerini izole etmek için, elektrot yükü e ile Avogadro sayısının çarpımına eşit miktarda elektriğin çözeltiden geçirilmesi gerekir. N A:
e*H A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Bu değer sembolü ile gösterilir F Adını elektrolizin niceliksel yasalarını keşfeden kişiden almıştır. Faraday numarası(Kesin değer F- 96,498 A*s*mol -1). Bu nedenle çözeltiden izole etmek için verilen numara eşdeğerler N e eşit miktarda elektrik çözeltiden geçirilmelidir F*n e A*s*mol -1 . Başka bir deyişle,
BT =F*n işte burada BEN- akım, T- akımın çözeltiden geçiş süresi. Bölümde " Titrasyon Temelleri"Bir maddenin eşdeğerlerinin sayısının N e, mol sayısı ile eşdeğer sayının çarpımına eşittir:
N e = N*Z Buradan:

BEN*T = F*n*Z

Bu durumda Z- iyon yükü (Ag + için) Z= 1, Cu 2+ için Z= 2, Al3+ için Z= 3 vb.). Mol sayısını kütlenin molar kütleye oranı olarak ifade edersek ( N = m/m), sonra elektroliz sırasında meydana gelen tüm süreçleri hesaplamamızı sağlayan bir formül elde ederiz:

BT =F*m*Z/M

Bu formülü kullanarak akımı hesaplayabilirsiniz:

BEN = 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

Elektrik işiyle ilgili ilişkiyi tanıtırsak K el

K el = U*ben*t Ve K e-posta/ sen = BT

Sonra gerilimi bilerek sen, şunları hesaplayabilirsiniz:

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

Ayrıca belirli bir miktardaki maddenin elektrolitik olarak salınmasının ne kadar süreceğini veya belirli bir sürede ne kadar maddenin salınacağını da hesaplayabilirsiniz. Deney sırasında akım yoğunluğunun belirlenen sınırlar içinde tutulması gerekir. 0,01 A/cm2'den düşükse bakır(I) iyonları kısmen oluşacağından çok az metal açığa çıkacaktır. Akım yoğunluğunun çok yüksek olması durumunda kaplamanın elektrota yapışması zayıflayacak ve elektrot çözeltiden çıkarıldığında parçalanabilecektir.
Uygulamada metaller üzerine galvanik kaplamalar öncelikle korozyona karşı koruma sağlamak ve ayna benzeri bir parlaklık elde etmek amacıyla kullanılmaktadır.
Ayrıca metaller, özellikle bakır ve kurşun, anodik çözünme ve ardından katotta ayırma (elektrolitik rafinasyon) yoluyla saflaştırılır.
Demiri bakır veya nikelle kaplamak için öncelikle nesnenin yüzeyini iyice temizlemelisiniz. Bunu yapmak için, yıkanmış tebeşirle cilalayın ve seyreltilmiş kostik soda, su ve alkol çözeltisiyle art arda yağdan arındırın. Öğe pasla kaplanmışsa,% 10-15'lik bir sülfürik asit çözeltisi içinde önceden temizlemeniz gerekir.
Temizlenen ürünü katot görevi göreceği elektrolitik bir banyoya (küçük bir akvaryum veya beher) asıyoruz.
Bakır kaplama uygulamasına yönelik çözelti, 1 litre suda 250 g bakır sülfat ve 80-100 g konsantre sülfürik asit içerir (Dikkat!). Bu durumda bakır plaka anot görevi görecektir. Anodun yüzeyi kaplanacak nesnenin yüzeyine yaklaşık olarak eşit olmalıdır. Bu nedenle bakır anodun banyoda katotla aynı derinlikte asılı kalmasını sağlamalısınız.
İşlem 3-4 V voltajda (iki pil) ve 0,02-0,4 A/cm2 akım yoğunluğunda gerçekleştirilecektir. Banyodaki çözeltinin sıcaklığı 18-25°C olmalıdır.
Anot düzlemi ile kaplanacak yüzeyin birbirine paralel olmasına dikkat edelim. Öğeler karmaşık şekil Kullanmamak daha iyidir. Elektroliz süresini değiştirerek farklı kalınlıklarda bakır kaplamalar elde etmek mümkündür.
Bu katmana başka bir metalden dayanıklı bir kaplama uygulamak için genellikle ön bakır kaplamaya başvurulur. Bu özellikle demirin krom kaplanması, çinko dökümün nikel kaplanması ve diğer durumlarda sıklıkla kullanılır. Doğru, bu amaçla çok zehirli siyanür elektrolitleri kullanılıyor.
Nikel kaplama için bir elektrolit hazırlamak için 25 g kristal nikel sülfat, 10 g borik asit veya 10 g sodyum sitrat 450 ml su içinde eritilir. 10 g sitrik asit çözeltisini seyreltik bir sodyum hidroksit çözeltisi veya soda çözeltisiyle nötrleştirerek sodyum sitratı kendiniz hazırlayabilirsiniz. Anotun nikel plaka olmasına izin verin daha büyük alan ve pili voltaj kaynağı olarak alın.
Değişken bir direnç kullanarak akım yoğunluğunu 0,005 A/cm2'ye eşit tutacağız. Örneğin, 20 cm2'lik bir nesne yüzeyi ile 0,1 A akım gücünde çalışmanız gerekir. Yarım saatlik çalışmadan sonra nesne zaten nikel kaplı olacaktır. Banyodan çıkarıp bir bezle silelim. Bununla birlikte, nikel kaplama işlemini kesintiye uğratmamak daha iyidir, çünkü bu durumda nikel tabakası pasifleşebilir ve sonraki nikel kaplama iyi yapışmayabilir.
Mekanik cilalama olmadan ayna parlaklığı elde etmek için galvanik banyoya parlaklık oluşturucu katkı maddesi adı verilen bir katkı maddesi katıyoruz. Bu tür katkı maddeleri arasında örneğin tutkal, jelatin, şeker bulunur. Örneğin nikel banyosuna birkaç gram şeker ekleyebilir ve etkisini inceleyebilirsiniz.
Demirin krom kaplanması için bir elektrolit hazırlamak için (ön bakır kaplamadan sonra), 40 g kromik anhidrit CrO3'ü (Dikkat! Zehir!) ve tam olarak 0,5 g sülfürik asidi (hiçbir durumda daha fazla!) 100 ml suda çözün. İşlem yaklaşık 0,1 A/cm2'lik bir akım yoğunluğunda gerçekleşir ve anot olarak alanı krom kaplı yüzey alanından biraz daha az olması gereken bir kurşun plaka kullanılır.
Nikel ve krom banyoları en iyi şekilde hafifçe ısıtılır (yaklaşık 35 ° C'ye kadar). Lütfen krom kaplama için elektrolitlerin özellikle uzun bir işlem sırasında ve yüksek güç akım, sağlığa çok zararlı olan kromik asit içeren dumanlar yayar. Bu nedenle krom kaplama çekiş altında veya açık havada, örneğin balkonda yapılmalıdır.
Krom kaplamada (ve daha az oranda nikel kaplamada da), akımın tamamı metal biriktirme için kullanılmaz. Aynı zamanda hidrojen açığa çıkar. Bir dizi voltaja bağlı olarak, hidrojenin önündeki metallerin sulu çözeltilerden hiç salınmaması, aksine daha az aktif hidrojenin salınması beklenir. Ancak burada, metallerin anodik çözünmesinde olduğu gibi, hidrojenin katodik gelişimi sıklıkla engellenir ve yalnızca yüksek voltajda gözlemlenir. Bu olaya hidrojenin aşırı voltajı denir ve özellikle kurşunda büyüktür. Bu durum sayesinde kurşun-asit akü çalışabilir. Bir pili şarj ederken, katotta PbO 2 yerine hidrojen görünmelidir, ancak aşırı voltaj nedeniyle, pil neredeyse tamamen şarj olduğunda hidrojen oluşumu başlar.

Redoks aktivitelerine bağlı olarak tüm metaller, elektrokimyasal metal voltaj serisi (içindeki metaller artan standart elektrokimyasal potansiyellere göre düzenlendiğinden) veya metal aktivite serisi adı verilen bir seri halinde birleştirilir:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Kimyasal olarak en aktif metaller hidrojene kadar olan aktivite serisinde yer alır ve metal ne kadar sola yerleştirilirse o kadar aktif olur. Faaliyet serisinde hidrojenden sonra yer alan metaller inaktif olarak değerlendirilmektedir.

Alüminyum

Alüminyum gümüşi beyaz renktedir. Temel fiziki ozellikleri alüminyum – hafiflik, yüksek termal ve elektrik iletkenliği. Serbest durumda, alüminyum havaya maruz kaldığında dayanıklı bir Al203 oksit filmi ile kaplanır ve bu da onu konsantre asitlerin etkisine karşı dirençli kılar.

Alüminyum p-ailesi metallerine aittir. Harici elektronik konfigürasyon enerji seviyesi– 3s 2 3p 1 . Bileşiklerinde alüminyum “+3” oksidasyon durumu sergiler.

Alüminyum, bu elementin erimiş oksidinin elektrolizi ile üretilir:

2Al 2 Ö 3 = 4Al + 3O 2

Bununla birlikte, ürünün düşük verimi nedeniyle, Na3 ve Al203 karışımının elektrolizi yoluyla alüminyum üretme yöntemi daha sık kullanılır. Reaksiyon, 960 ° C'ye ısıtıldığında ve katalizörlerin - florürlerin (AlF3, CaF2, vb.) varlığında meydana gelirken, katotta alüminyum salınımı meydana gelir ve anotta oksijen salınır.

Alüminyum, yüzeyindeki oksit filmi (1) çıkarıldıktan sonra suyla etkileşime girebilir, basit maddelerle (oksijen, halojenler, nitrojen, kükürt, karbon) (2-6), asitlerle (7) ve bazlarla (8) etkileşime girebilir:

2Al + 6H 2 Ö = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (1)

2Al +3/2O 2 = Al 2 Ö 3 (2)

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al +3S = Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C = Al4C3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (S04) 3 + 3H 2 (7)

2Al +2NaOH +3H20 = 2Na + 3H2 (8)

Kalsiyum

Serbest haliyle Ca gümüşi beyaz bir metaldir. Havaya maruz kaldığında anında sarımsı bir filmle kaplanır, bu da havayla etkileşiminin ürünüdür. bileşenler hava. Kalsiyum oldukça sert bir metaldir ve yüzey merkezli kübik kristal kafesine sahiptir.

Dış enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu 4s2'dir. Bileşiklerinde kalsiyum “+2” oksidasyon durumu sergiler.

Kalsiyum, erimiş tuzların, çoğunlukla klorürlerin elektrolizi ile elde edilir:

CaCl2 = Ca + Cl2

Kalsiyum suda çözünerek hidroksitler oluşturabilir, güçlü temel özellikler sergileyebilir (1), oksijenle reaksiyona girebilir (2), oksitler oluşturabilir, metal olmayanlarla etkileşime girebilir (3-8), asitlerde çözünebilir (9):

Ca + H20 = Ca(OH)2 + H2 (1)

2Ca + Ö2 = 2CaO (2)

Ca + Br2 = CaBr2 (3)

3Ca + N2 = Ca3N2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2 C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca3P2 (7)

Ca + H2 = CaH2 (8)

Ca + 2HCl = CaCl2 + H2 (9)

Demir ve bileşikleri

Demir gri bir metaldir. Saf haliyle oldukça yumuşak, dövülebilir ve viskozdur. Dış enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu 3d 6 4s 2'dir. Bileşiklerinde demir “+2” ve “+3” oksidasyon durumlarını sergiler.

Metalik demir su buharı ile reaksiyona girerek karışık oksit (II, III) Fe3O4 oluşturur:

3Fe + 4H 2 Ö (v) ↔ Fe 3 Ö 4 + 4H 2

Havada demir, özellikle nem (pas) varlığında kolayca oksitlenir:

3Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Diğer metaller gibi demir de halojenler (1) gibi basit maddelerle reaksiyona girer ve asitlerde (2) çözünür:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (2)

Demir, çeşitli oksidasyon durumları sergilediği için geniş bir bileşik yelpazesi oluşturur: demir (II) hidroksit, demir (III) hidroksit, tuzlar, oksitler, vb. Böylece demir (II) hidroksit, alkali çözeltilerin havaya erişimi olmayan demir (II) tuzları üzerindeki etkisiyle elde edilebilir:

FeS04 + 2NaOH = Fe(OH)2 ↓ + Na2S04

Demir(II) hidroksit asitlerde çözünür ve oksijen varlığında demir(III) hidroksite oksitlenir.

Demir (II) tuzları indirgeyici özellikler sergiler ve demir (III) bileşiklerine dönüştürülür.

Demir (III) oksit, demirin oksijende yakılmasıyla elde edilemez; demir sülfitlerin yakılması veya diğer demir tuzlarının kalsine edilmesi gerekir:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe203 +8SO2

2FeS04 = Fe203 + SO2 + 3H20

Demir (III) bileşikleri zayıf oksitleyici özellikler sergiler ve güçlü indirgeyici maddelerle redoks reaksiyonlarına girme yeteneğine sahiptir:

2FeCl3 + H2S = Fe(OH)3 ↓ + 3NaCl

Demir ve çelik üretimi

Çelikler ve dökme demirler, çelikte %2'ye kadar ve dökme demirde %2-4'e kadar karbon içeriğine sahip demir ve karbon alaşımlarıdır. Çelikler ve dökme demirler alaşım katkı maddeleri içerir: çelikler – Cr, V, Ni ve dökme demir – Si.

Vurgulamak Çeşitli türlerÖrneğin çelikler kullanım amaçlarına göre yapısal, paslanmaz, takım, ısıya dayanıklı ve kriyojenik çeliklere ayrılır. İle kimyasal bileşim karbonlu (düşük, orta ve yüksek karbonlu) ve alaşımlı (düşük, orta ve yüksek alaşımlı) ayırt edilir. Yapısına bağlı olarak östenitik, ferritik, martensitik, perlitik ve beynitik çelikler ayırt edilir.

Çelikler birçok endüstride uygulama alanı buldu Ulusal ekonomi inşaat, kimya, petrokimya, güvenlik gibi çevre, ulaştırma enerjisi ve diğer endüstriler.

Dökme demir - sementit veya grafit içindeki karbon içeriğinin şekline ve bunların miktarına bağlı olarak, çeşitli dökme demir türleri ayırt edilir: beyaz (sementit formunda karbonun varlığı nedeniyle kırığın açık rengi), gri (grafit formundaki karbonun varlığı nedeniyle kırığın gri rengi), dövülebilir ve ısıya dayanıklıdır. Dökme demirler çok kırılgan alaşımlardır.

Dökme demirin uygulama alanları geniştir - sanatsal dekorasyonlar (çitler, kapılar), dolap parçaları, sıhhi tesisat ekipmanları, ev eşyaları (kızartma tavaları) dökme demirden yapılır ve otomotiv endüstrisinde kullanılır.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak	26,31 g ağırlığındaki bir magnezyum ve alüminyum alaşımı hidroklorik asit içerisinde çözüldü. Bu durumda 31.024 litre renksiz gaz açığa çıktı. Alaşımdaki metallerin kütle fraksiyonlarını belirleyin.
Çözüm	Her iki metal de hidroklorik asitle reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkarabilir: Mg +2HCl = MgCl2 + H2 2Al +6HCl = 2AlCl3 + 3H2 Açığa çıkan hidrojenin toplam mol sayısını bulalım: v(H2) =V(H2)/Vm v(H2) = 31,024/22,4 = 1,385 mol Mg maddesinin miktarı x mol ve Al y mol olsun. Daha sonra reaksiyon denklemlerine dayanarak hidrojenin toplam mol sayısı için ifadeyi yazabiliriz: x + 1,5y = 1,385 Karışımdaki metallerin kütlesini ifade edelim: Daha sonra karışımın kütlesi aşağıdaki denklemle ifade edilecektir: 24x + 27y = 26,31 Bir denklem sistemi aldık: x + 1,5y = 1,385 24x + 27y = 26,31 Hadi çözelim: 33,24 -36y+27y = 26,31 v(Al) = 0,77 mol v(Mg) = 0,23 mol Bu durumda karışımdaki metallerin kütlesi: m(Mg) = 24×0,23 = 5,52 g m(Al) = 27×0,77 = 20,79 gr Karışımdaki metallerin kütle kesirlerini bulalım: ώ =m(Me)/m toplamı ×100% ώ(Mg) = 5,52/26,31 ×%100= %20,98 ώ(Al) = 100 – 20,98 = %79,02
Cevap	Kütle kesirleri alaşımdaki metaller: %20,98, %79,02

Bir dizi voltajdan hangi bilgiler elde edilebilir?

İnorganik kimyada bir dizi metal voltajı yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle birçok reaksiyonun sonuçları ve hatta bunların uygulanma olasılığı, belirli bir metalin NER'deki konumuna bağlıdır. Bu konuyu daha detaylı tartışalım.

Metallerin asitlerle etkileşimi

Hidrojenin solundaki voltaj serisinde bulunan metaller, oksitleyici olmayan maddeler olan asitlerle reaksiyona girer. NER'de H'nin sağında bulunan metaller yalnızca oksitleyici asitlerle (özellikle HNO 3 ve konsantre H 2 SO 4 ile) etkileşime girer.

örnek 1. Çinko, NER'de hidrojenin solunda bulunur, bu nedenle hemen hemen tüm asitlerle reaksiyona girebilir:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + H2S04 = ZnS04 + H2

Örnek 2. Bakır, ERN'de H'nin sağında bulunur; bu metal “sıradan” asitlerle (HCl, H3PO4, HBr, organik asitler) reaksiyona girmez, ancak oksitleyici asitlerle (nitrik, konsantre sülfürik) etkileşime girer:

Cu + 4HNO3 (kons.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

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

Önemli bir noktaya dikkatinizi çekmek isterim: Metaller oksitleyici asitlerle etkileşime girdiğinde açığa çıkan hidrojen değil, diğer bazı bileşiklerdir. Bu konuda daha fazlasını okuyabilirsiniz!

Metallerin su ile etkileşimi

Mg'nin solundaki voltaj serisinde bulunan metaller, halihazırda su ile kolayca reaksiyona girer. oda sıcaklığı hidrojenin salınması ve bir alkali çözeltinin oluşumu ile.

Örnek 3. Sodyum, potasyum, kalsiyum, alkali bir çözelti oluşturmak için suda kolayca çözünür:

2Na + 2H20 = 2NaOH + H2

2K + 2H20 = 2KOH + H2

Ca + 2H20 = Ca(OH)2 + H2

Hidrojenden magnezyuma (dahil) kadar voltaj aralığında bulunan metaller bazı durumlarda suyla etkileşime girer, ancak reaksiyonlar belirli koşullar gerektirir. Örneğin alüminyum ve magnezyum, H2O ile ancak oksit filmi metal yüzeyden çıkarıldıktan sonra etkileşime girmeye başlar. Demir oda sıcaklığında suyla reaksiyona girmez ancak su buharıyla reaksiyona girer. Kobalt, nikel, kalay ve kurşun pratikte H2O ile yalnızca oda sıcaklığında değil, aynı zamanda ısıtıldığında da etkileşime girmez.

ERN'nin sağ tarafında yer alan metaller (gümüş, altın, platin) hiçbir koşulda suyla reaksiyona girmez.

Metallerin sulu tuz çözeltileriyle etkileşimi

Aşağıdaki türdeki reaksiyonlardan bahsedeceğiz:

metal (*) + metal tuzu (**) = metal (**) + metal tuzu (*)

Bu durumda yıldız işaretlerinin metalin oksidasyon durumunu veya değerliliğini göstermediğini, sadece 1 numaralı metal ile 2 numaralı metal arasında ayrım yapılmasına izin verdiğini vurgulamak isterim.

Böyle bir reaksiyonu gerçekleştirmek için üç koşulun aynı anda karşılanması gerekir:

1. sürece dahil olan tuzlar suda çözülmelidir (bu, çözünürlük tablosu kullanılarak kolayca kontrol edilebilir);
2. metal (*), metalin (**) solundaki gerilim serisinde olmalıdır;
3. metalin (*) suyla reaksiyona girmemesi gerekir (bu da ESI tarafından kolayca doğrulanır).

Örnek 4. Birkaç tepkiye bakalım:

Zn + CuS04 = ZnS04 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

İlk reaksiyon kolayca uygulanabilir, yukarıdaki koşulların tümü karşılanır: bakır sülfat suda çözünür, çinko bakırın solundaki NER'de bulunur, Zn suyla reaksiyona girmez.

İkinci reaksiyon imkansızdır çünkü birinci koşul karşılanmamıştır (bakır (II) sülfit suda pratik olarak çözünmez). Üçüncü reaksiyon mümkün değildir, çünkü kurşun demirden daha az aktif bir metaldir (ESR'de sağda bulunur). Son olarak dördüncü işlem, potasyumun suyla reaksiyona girmesi nedeniyle nikel çökelmesine neden OLMAYACAKTIR; ortaya çıkan potasyum hidroksit tuz çözeltisiyle reaksiyona girebilir, ancak bu tamamen farklı bir işlemdir.

Nitratların termal ayrışma süreci

Nitratların nitrik asit tuzları olduğunu hatırlatmama izin verin. Tüm nitratlar ısıtıldığında ayrışır, ancak ayrışma ürünlerinin bileşimi değişebilir. Bileşim, metalin gerilim serisindeki konumuna göre belirlenir.

NER'de magnezyumun solunda bulunan metal nitratlar ısıtıldığında karşılık gelen nitrit ve oksijeni oluşturur:

2KNO3 = 2KNO2 + Ö2

Mg ila Cu dahil voltaj aralığında bulunan metal nitratların termal ayrışması sırasında metal oksit, NO2 ve oksijen oluşur:

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

Son olarak, en az aktif metallerin (ERN'de bakırın sağında bulunur) nitratlarının ayrışması sırasında metal, nitrojen dioksit ve oksijen oluşur.

Metallerin elektrokimyasal aktivite serisi (voltaj aralığı, standart elektrot potansiyelleri aralığı) - metallerin standart elektrokimyasal potansiyellerini φ 0 artırma sırasına göre düzenlendiği dizi, metal katyonunun indirgenmesinin yarı reaksiyonuna karşılık gelir Me n+: Me n+ + nē → Me

Bir dizi voltaj, metallerin sulu çözeltilerdeki redoks reaksiyonlarındaki karşılaştırmalı aktivitesini karakterize eder.

Hikaye

Metallerin kimyasal aktivitelerindeki değişim sırasına göre dizilimi Genel taslak simyacılar tarafından zaten biliniyordu. Metallerin çözeltilerden karşılıklı olarak yer değiştirmesi ve bunların yüzeyde birikmesi (örneğin, gümüş ve bakırın tuzlarının çözeltilerinden demir ile yer değiştirmesi) süreçleri, elementlerin dönüşümünün bir tezahürü olarak kabul edildi.

Daha sonra simyacılar, metallerin çözeltilerinden karşılıklı çökelmesinin kimyasal yönünü anlamaya yaklaştılar. Böylece Angelus Sala, “Anatomia Vitrioli” (1613) adlı eserinde ürünlerin şu sonuca varmıştır: kimyasal reaksiyonlar orijinal maddelerde bulunan aynı “bileşenlerden” oluşur. Daha sonra Robert Boyle, tanecikli kavramlara dayanarak bir metalin diğerini çözümden ayırmasının nedenleri hakkında bir hipotez öne sürdü.

Klasik kimyanın ortaya çıktığı çağda, elementlerin birbirlerini bileşiklerden ayırma yeteneği, anlayışın önemli bir yönü haline geldi. tepkime. J. Berzelius, elektrokimyasal afinite teorisine dayanarak, elementlerin bir sınıflandırmasını oluşturdu, onları “metaloidler” (şimdi “metal olmayanlar” terimi kullanılıyor) ve “metaller” olarak ayırdı ve aralarına hidrojen yerleştirdi.

Kimyagerler tarafından uzun süredir bilinen metallerin birbirlerini yer değiştirme yeteneklerine göre dizilimi, 1860'larda ve sonraki yıllarda N. N. Beketov tarafından özellikle ayrıntılı ve kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve eklenmiştir. Zaten 1859'da Paris'te "Bazı unsurların başkaları tarafından yer değiştirmesi olgusunun araştırılması" konulu bir rapor yaptı. Beketov bu çalışmaya dahil oldu bütün çizgi Elementlerin karşılıklı yer değiştirmesi ile atom ağırlıkları arasındaki ilişki hakkında genellemeler, bu süreçleri “ ilk kimyasal özellikler elementler - kimyasal afinite denilen şey". Beketov'un metallerin tuz çözeltilerinden basınç altında hidrojen ile yer değiştirmesini keşfetmesi ve alüminyum, magnezyum ve çinkonun basınç altında indirgeme aktivitesinin incelenmesi yüksek sıcaklıklar(metalotermi), bazı elementlerin diğerlerini yoğunluklarıyla bileşiklerden uzaklaştırma yeteneği arasındaki bağlantı hakkında bir hipotez öne sürmesine izin verdi: daha hafif basit maddeler daha ağır olanların yerini alabilen (bu nedenle bu seriye genellikle aynı zamanda denir) Beketov'un yer değiştirme serisi, ya da sadece Beketov serisi).

Beketov'un oluşumdaki önemli değerlerini inkar etmeden modern fikirler Bir dizi metal faaliyeti hakkında yerli popüler ve hatalı kabul edilmelidir. eğitim literatürü onun bu serinin tek yaratıcısı olduğu fikri. Elde edilen çok sayıda deneysel veri XIX sonu yüzyıllar boyunca Beketov'un hipotezini çürüttü. Böylece William Odling birçok "faaliyetin tersine dönmesi" vakasını anlattı. Örneğin bakır, konsantre asitlendirilmiş SnCl2 çözeltisinden kalay ve asidik PbCl2 çözeltisinden kurşunun yerini alır; aynı zamanda hidrojenin açığa çıkmasıyla konsantre hidroklorik asit içinde çözünme yeteneğine de sahiptir. Bakır, kalay ve kurşun, kadmiyumun sağındaki seride yer alır, ancak onu kaynayan hafif asitlenmiş CdCl2 çözeltisinden uzaklaştırabilir.

Teorik ve deneysel fiziksel kimyanın hızlı gelişimi, metallerin kimyasal aktivitelerindeki farklılıkların başka bir sebebine işaret etti. Modern elektrokimya kavramlarının gelişmesiyle birlikte (esas olarak Walter Nernst'in çalışmalarında), bu dizinin "gerilim dizisine" - standart elektrot potansiyellerinin değerine göre metallerin düzenlenmesine - karşılık geldiği ortaya çıktı. Böylece, niteliksel bir özellik yerine - bir metalin ve iyonunun belirli reaksiyonlara "eğilimi" - Nerst, her metalin iyon şeklinde çözeltiye girme ve indirgenme yeteneğini karakterize eden kesin bir niceliksel değer ortaya koydu. iyonlardan elektrot üzerindeki metale kadar ve karşılık gelen seriler adını aldı standart elektrot potansiyelleri aralığı.

Teorik temel

Elektrokimyasal potansiyellerin değerleri birçok değişkenin bir fonksiyonudur ve bu nedenle metallerin periyodik tablodaki konumuna karmaşık bir bağımlılık gösterir. Böylece, katyonların oksidasyon potansiyeli, metalin atomizasyon enerjisindeki artışla, atomlarının toplam iyonlaşma potansiyelindeki artışla ve katyonlarının hidrasyon enerjisindeki azalmayla artar.

tam olarak Genel görünüm Periyotların başında yer alan metallerin düşük elektrokimyasal potansiyel değerleriyle karakterize edildiği ve gerilim serisinin sol tarafında yer aldığı açıktır. Bu durumda alkali ve toprak alkali metallerin değişimi çapraz benzerlik olgusunu yansıtır. Dönemlerin ortasına daha yakın bulunan metaller karakterize edilir büyük değerler potansiyeller ve sıranın sağ yarısındaki yerleri işgal ederler. Elektrokimyasal potansiyelde tutarlı bir artış (Eu 2+ /Eu için -3,395 V'den) Au + /Au çifti için ] ila +1,691 V), metallerin indirgeme aktivitesinde (elektron bağışlama yeteneği) bir azalmayı ve katyonlarının oksitleme yeteneğinde (elektron kazanma yeteneği) bir artışı yansıtır. Bu nedenle, en güçlü indirgeyici ajan metalik europiumdur ve en güçlü oksitleyici ajan ise altın katyonları Au+'dır.

Metallerin elektrokimyasal potansiyellerinin pratik ölçümü standart bir hidrojen elektrotu kullanılarak yapıldığından, hidrojen geleneksel olarak voltaj serisine dahil edilir.

Çeşitli voltajların pratik kullanımı

İle reaksiyonlarda metallerin kimyasal aktivitesinin karşılaştırmalı [göreceli] değerlendirmesi için pratikte bir dizi voltaj kullanılır. sulu çözeltiler tuzlar ve asitler ve elektroliz sırasında katodik ve anodik süreçlerin değerlendirilmesi için:

• Hidrojenin solundaki metaller, sağındaki metallere göre daha güçlü indirgeyici maddelerdir: ikincisini tuz çözeltilerinden uzaklaştırırlar. Örneğin Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu etkileşimi yalnızca ileri yönde mümkündür.
• Hidrojenin solundaki sıradaki metaller, oksitleyici olmayan asitlerin sulu çözeltileriyle etkileşime girdiğinde hidrojenin yerini alır; en aktif metaller (alüminyum dahil) ve su ile etkileşime girdiğinde.
• Hidrojenin sağındaki serideki metaller normal koşullar altında oksitleyici olmayan asitlerin sulu çözeltileriyle etkileşime girmez.
• Elektroliz sırasında katotta hidrojenin sağındaki metaller açığa çıkar; orta derecede aktif metallerin indirgenmesine hidrojen salınımı eşlik eder; En aktif metaller (alüminyum'a kadar) normal koşullar altında sulu tuz çözeltilerinden izole edilemez.

Metallerin elektrokimyasal potansiyelleri tablosu

Metal	Katyon	φ 0, V	Reaktivite	Elektroliz (katotta):
	Li+	-3,0401	su ile reaksiyona girer	hidrojen açığa çıkıyor
	C'ler+	-3,026
	Rb+	-2,98
	K+	-2,931
	Fr+	-2,92
	Ra 2+	-2,912
	Ba 2+	-2,905
	Sr 2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	AB 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	SM 2+	-2,68
	MD 2+	-2,40	asitlerin sulu çözeltileriyle reaksiyona girer
	La 3+	-2,379
	E 3+	-2,372
	Mg 2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Pr3+	-2,353
	Ad 3+	-2,323
	3+	-2,331
	Merhaba 3+	-2,33
	TM 3+	-2,319
	SMS 3+	-2,304
	PM 3+	-2,30
	FM 2+	-2,30
	Dy 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	TB 3+	-2,28
	Tanrı 3+	-2,279
	E 2+	-2,23
	Ac 3+	-2,20
	Dy 2+	-2,2
	PM 2+	-2,2
	Bak 2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	3+ yaşındayım	-2,048
	cm3+	-2,04
	Pu 3+	-2,031
	2+	-2,0
	Pr 2+	-2,0
	AB 3+	-1,991
	3+	-1,96
	3+	-1,94
	E 3+	-1,91
	4+	-1,899
	FM 3+	-1,89
	Np3+	-1,856
	2+ ol	-1,847
	U 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	MD 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		rakip reaksiyonlar: hem hidrojen salınımı hem de saf metal salınımı
	Hf 4+	-1,55
	Zr4+	-1,53
	Baba 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	Hayır 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Min 2+	-1,185
	V 2+	-1,175
	Not 3+	-1,1
	Not 5+	-0,96
	V3+	-0,87
	Kr2+	-0,852
	Zn2+	-0,763
	Kr3+	-0,74
	Ga 3+	-0,560