Metallid on alati keemilistes reaktsioonides redutseerijad. Metalli redutseerimisaktiivsus kajastub selle asukohas elektrokeemilises pingereas.

Sarja põhjal saab teha järgmised järeldused:

1. Mida kaugemal on metall selles reas, seda võimsam on redutseerija.

2. Iga metall on võimeline lahuses olevatest sooladest välja tõrjuma neid metalle, mis asuvad paremal

2Fe + 3CuSO 4 → 3Cu + Fe 2 (SO 4) 3

3. Metallid, mis asuvad pingereas vesinikust vasakul, suudavad seda hapetest välja tõrjuda.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

4. Metallid, mis on mis tahes vesilahustes kõige tugevamad redutseerijad (leelis- ja leelismuldmuld), reageerivad esmalt veega.

Metalli elektrokeemilise jadaga määratud redutseerimisvõime ei vasta alati selle positsioonile perioodilises süsteemis, kuna pingerida ei võta arvesse mitte ainult aatomi raadiust, vaid ka elektronide abstraktsiooni energiat.

Aldehüüdid, nende struktuur ja omadused. Sipelg- ja atseetaldehüüdide valmistamine ja kasutamine.

Aldehüüdid on orgaanilised ühendid, mille molekulid sisaldavad vesinikuga ühendatud karbonüülrühma ja süsivesinikradikaali.

Metanaal (formaldehüüd)

Füüsikalised omadused

Metanaal – gaasiline aine, vesilahus – formaliin

Keemilised omadused

Aldehüüdide reaktiiv on Cu(OH)2

Rakendus

Enim kasutatakse metanaali ja etanaali. Fenoolformaldehüüdvaigu tootmiseks kasutatakse suures koguses metanaali, mis saadakse metanaali reageerimisel fenooliga. See vaik on vajalik erinevate plastide tootmiseks. Plaste, mis on valmistatud fenoolformaldehüüdvaigust koos erinevate täiteainetega, nimetatakse fenoolideks. Fenoolformaldehüüdvaiku atsetoonis või alkoholis lahustades saadakse erinevaid lakke. Kui metanaal reageerib uureaga CO(NH 2) 2, saadakse karbiidvaik ja sellest valmistatakse aminoplastid. Nendest plastidest valmistatakse elektrotehnika tarbeks mikropoorseid materjale.Metanaali kasutatakse ka osade raviainete ja värvainete valmistamisel. Laialdaselt kasutatakse vesilahust, mis sisaldab massifraktsioonides 40% metanaali. Seda nimetatakse formaliiniks. Selle kasutamine põhineb selle võimel voltida valke.

Kviitung

Aldehüüdid saadakse alkaanide ja alkoholide oksüdeerimisel. Etanaali toodetakse etiini hüdraatimisel ja eteeni oksüdeerimisel.

Pilet nr 12

Kolmanda perioodi keemiliste elementide kõrgemad oksiidid. Nende omaduste mõõtmise seaduspärasused seoses keemiliste elementide asukohaga perioodilisustabelis. Oksiidide iseloomulikud keemilised omadused: aluseline, amfoteerne, happeline.

Oksiidid- need on keerulised ained, mis koosnevad kahest keemilisest elemendist, millest üks on hapnik oksüdatsiooniastmega "-2"

Kolmanda perioodi oksiidide hulka kuuluvad:
Na 2 O, MgO, Al 2 O 3, SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7.

Elementide oksüdatsiooniastme suurenemisega suurenevad oksiidide happelised omadused.

Na 2 O, MgO – aluselised oksiidid

Al 2 O 3 – amfoteerne oksiid

SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7 – happelised oksiidid.

Aluselised oksiidid reageerivad hapetega, moodustades soola ja vett.

MgO + 2CH 3 COOH → (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O

Leelis- ja leelismuldmetallide oksiidid reageerivad veega, moodustades leelise.

Na2O + HOH → 2NaOH

Aluselised oksiidid reageerivad happeliste oksiididega, moodustades soola.
Na 2 O + SO 2 → Na 2 SO 3
Happelised oksiidid reageerivad leelistega, moodustades soola ja vett

2NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O

Reageerib veega, moodustades hapet

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Amfoteersed oksiidid reageerivad hapete ja leelistega

Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

Leelisega

Al 2 O 3 + 2 NaOH → 2 NaAlO 2 + H 2 O

Rasvad, nende omadused ja koostis. Rasvad looduses, rasvade muundumine kehas. Rasvade tehnilise töötlemise tooted, sünteetiliste pesuvahendite mõiste. Looduse kaitsmine SMS-reostuse eest.

Rasvad on glütserooli ja karboksüülhapete estrid.

Rasvade üldvalem:

Tahkeid rasvu moodustavad valdavalt kõrgemad küllastunud karboksüülhapped – steariin C 17 H 35 COOH, palmitiin C 15 H 31 COOH ja mõned teised. Vedelad rasvad moodustuvad peamiselt kõrgematest küllastumata karboksüülhapetest – oleiinhappest C17H33COOH, lenool C17H31COOH

Rasvad koos süsivesinike ja valkudega on osa loomade ja taimede organismidest. Nad on inimeste ja loomade toidu oluline osa. Kui rasvad oksüdeeritakse, vabaneb kehas energia. Kui rasvad sisenevad seedeorganitesse, hüdrolüüsitakse need ensüümide mõjul glütserooliks ja vastavateks hapeteks.

Hüdrolüüsi saadused imenduvad soolestiku villidesse ja seejärel sünteesitakse rasv, kuid juba organismile omane. Rasvad transporditakse vereringega teistesse keha organitesse ja kudedesse, kus need akumuleeruvad või taas hüdrolüüsitakse ning järk-järgult oksüdeeritakse süsinikmonooksiidiks (IV) ja veeks.

Füüsikalised omadused.

Loomsed rasvad on enamasti tahked ained, kuid leidub ka vedelaid (kalaõli). Taimsed rasvad on enamasti vedelad ained – õlid; Tuntud on ka tahked taimsed rasvad – kookosõli.

Keemilised omadused.

Loomorganismide rasvad hüdrolüüsitakse ensüümide juuresolekul. Lisaks reaktsioonidele veega interakteeruvad rasvad leelistega.

Taimeõlid sisaldavad küllastumata karboksüülhapete estreid ja neid võib hüdrogeenida. Need muutuvad ülimateks ühendusteks
Näide: Margariini toodetakse tööstuslikult taimeõlist.

Rakendus.
Rasvu kasutatakse peamiselt toiduainena. Varem kasutati rasvu seebi valmistamiseks
Sünteetilised pesuained.

Sünteetilised pesuvahendid avaldavad kahjulikku mõju keskkonnale, sest... need on stabiilsed ja neid on raske murda.

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

Asukoht perioodilisuse tabelis

Elementide metallilised omadused vähenevad perioodilisustabelis vasakult paremale. Seetõttu peetakse I ja II rühma elemente kõige aktiivsemaks.

Riis. 1. Aktiivsed metallid perioodilisustabelis.

Kõik metallid on redutseerivad ained ja eralduvad välisel energiatasemel kergesti elektronidega. Aktiivsetel metallidel on ainult üks või kaks valentselektroni. Sel juhul suurenevad metalliomadused energiatasemete suurenemisega ülalt alla, kuna Mida kaugemal on elektron aatomi tuumast, seda lihtsam on tal eralduda.

Leelismetalle peetakse kõige aktiivsemaks:

• liitium;
• naatrium;
• kaalium;
• rubiidium;
• tseesium;
• prantsuse keel

Leelismuldmetallide hulka kuuluvad:

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

Metalli aktiivsuse määra saab määrata metalli pingete elektrokeemilise jada abil. Mida kaugemal vesinikust vasakul asub element, seda aktiivsem see on. Vesinikust paremal asuvad metallid on passiivsed ja saavad reageerida 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 piirimail ega reageeri tavatingimustes mõne ainega.

Omadused

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

Metallide peamised keemilised omadused on toodud tabelis.

Reaktsioon	Võrrand	Erand
Leelismetallid süttivad hapnikuga suhtlemisel õhus spontaanselt	K + O 2 → KO 2	Liitium reageerib hapnikuga ainult kõrgel temperatuuril
Leelismuldmetallid ja alumiinium moodustavad õhus oksiidkile ja süttivad kuumutamisel spontaanselt	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 2O → Ca(OH)2 + H2	Reaktsioon liitiumiga on aeglane. Alumiinium reageerib veega alles pärast oksiidkile eemaldamist
Reageerige hapetega, moodustades soolasid	Ca + 2HCl → CaCl2 + H2; 2K + 2HMnO4 → 2KMnO4 + H2
Suhelge soolalahustega, reageerides esmalt veega ja seejärel soolaga	2Na + CuCl2 + 2H2O: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2; - 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Aktiivsed metallid reageerivad kergesti, nii et looduses leidub neid 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 aktiivsuse määrab aatomi struktuur – üksikud elektronid on välisest energiatasemest kergesti eraldatavad. Need on pehmed kergmetallid, mis reageerivad kiiresti lihtsate ja keeruliste ainetega, moodustades oksiide, hüdroksiide ja sooli. Alumiinium on vesinikule lähemal ja selle reaktsioon ainetega nõuab lisatingimusi - kõrgeid temperatuure, oksiidkile hävimist.

Test teemal

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.4. Kokku saadud hinnanguid: 339.

Grosse E., Weissmantel H.

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 mitme lihtsa katsega uurida mõningaid vesilahuste ja galvaaniliste elementide elektrokeemia seaduspärasusi ning tutvuda ka galvaaniliste kaitsekatete valmistamisega.
Elektrokeemilisi meetodeid kasutatakse kaasaegses analüütilises keemias ja nende abil määratakse teoreetilise keemia olulisemad kogused.
Lõpuks, metallesemete korrosioon, mis põhjustab suurt kahju rahvamajandusele, on enamikul juhtudel elektrokeemiline protsess.

METALS STRESS SARI

Elektrokeemiliste protsesside mõistmise põhilüli on metallide pingerida. Metallid saab paigutada seeriasse, mis algab keemiliselt aktiivsetest ja lõpeb kõige vähem aktiivsete 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.
See on viimaste ideede kohaselt pingerida kõige olulisemate metallide ja vesiniku jaoks. Kui galvaanilise elemendi elektroodid on valmistatud kahest reas olevast metallist, ilmub reale eelnevale materjalile negatiivne pinge.
Pinge väärtus ( elektrokeemiline potentsiaal) sõltub elemendi asukohast pingereas ja elektrolüüdi omadustest.
Pingeseeria olemuse teeme kindlaks mitmest lihtsast katsest, mille jaoks vajame vooluallikat ja elektrilisi mõõteriistu. Lahustage umbes 10 g kristallilist vasksulfaati 100 ml vees ja kastke terasnõel või raudpleki tükk lahusesse. (Soovitame esmalt puhastada triikrauda peene liivapaberiga, kuni see läigib.) 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. Kui vask katab kogu raua pinna, siis see praktiliselt peatub. Sel juhul moodustub üsna poorne vasekiht, mistõttu ei saa kaitsekatteid ilma voolu kasutamata.
Järgmistes katsetes alandame väikesed tsingi ja plii lehtmetalli ribad vasksulfaadi lahusesse. 15 minuti pärast võtame need välja, peseme ja uurime mikroskoobi all. Eristame ilusaid jäätaolisi mustreid, mis peegeldunud valguses on punast värvi ja koosnevad eraldunud vasest. Ka siin muutsid aktiivsemad metallid vase ioonsest metalliliseks olekuks.
Vask võib omakorda välja tõrjuda pingereas madalamaid, st vähemaktiivseid metalle. Kandke mõni tilk hõbenitraadi lahust õhukesele vaskribale või lamestatud vasktraadile (olenevalt pinnast läikivaks puhastanud). Palja silmaga on näha tekkiv mustjas kate, mis peegeldunud valguses mikroskoobi all näeb välja nagu peenikesed nõelad ja taimemustrid (nn dendriitid).
Tsingi isoleerimiseks ilma vooluta on vaja kasutada aktiivsemat metalli. Jättes välja metallid, mis reageerivad ägedalt veega, leiame magneesiumi pingereast üle tsingi. Tilgutage mõni tilk tsinksulfaadi lahust magneesiumilindile või õhukestele elektronlaastudele. Tsinksulfaadi lahuse saame, lahustades tüki tsinki lahjendatud väävelhappes. Lisage koos tsinksulfaadiga paar tilka denatureeritud alkoholi. Magneesiumi puhul märkame lühikese aja pärast, eriti mikroskoobi all, tsinki eraldumist õhukeste kristallide kujul.
Üldiselt saab pingerea mis tahes elemendi lahusest välja tõrjuda, kus see eksisteerib ioonina, ja teisendada metallilisse olekusse. Kõikvõimalikke kombinatsioone proovides võime aga pettuda. Näib, et kui alumiiniumriba kastetakse vase-, raua-, plii- ja tsingisoolade lahusesse, peaksid need metallid sellel eralduma. Seda aga ei juhtu. Rikke põhjus ei peitu veas pingereas, vaid põhineb reaktsiooni erilisel pärssimisel, mis antud juhul on tingitud õhukesest oksiidkilest alumiiniumi pinnal. Sellistes lahendustes nimetatakse alumiiniumi passiivseks.

VAATAME KUISIDE TAHA

Käimasolevate protsesside seaduspärasuste sõnastamiseks võime piirduda katioonide arvestamisega ja välistada anioonid, kuna nad ise reaktsioonis ei osale. (Kuid sadestumise kiirust mõjutab anioonide tüüp.) Kui lihtsuse mõttes eeldada, et nii sadestunud kui ka lahustunud metallid toodavad 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 = Cu.
Niisiis koosneb protsess laengute (elektronide) vahetusest mõlema metalli aatomite ja ioonide vahel. Kui vaadelda eraldi (vahereaktsioonidena) raua lahustumist või vase sadestumist, saame:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

Cu 2+ + 2 e-- = Cu

Mõelge nüüd juhtumile, kui metall on kastetud vette või soolalahusesse, mille katiooniga on vahetus pingerea asukoha 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 muutub lahuse suhtes negatiivselt laetuks ja liidesele tekib kahekordne elektrikiht. See potentsiaalide erinevus takistab metalli edasist lahustumist, nii et protsess peatub peagi.
Kui lahusesse on kastetud kaks erinevat metalli, laevad nad mõlemad, kuid vähemaktiivne on mõnevõrra nõrgem, kuna selle aatomid on vähem altid elektronide kaotamisele.
Ühendame mõlemad metallid juhiga. 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 mitme katsega ülaltoodud mõnevõrra abstraktset arutluskäiku (mis pealegi kujutab endast jämedat lihtsustamist).
Esmalt täitke 250 ml keeduklaas 10% väävelhappe lahusega ja kastke sinna mitte liiga väikesed tsingi- ja vasetükid. Mõlema elektroodi külge jootme või neetime 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. Mõlemale metallile moodustub elektriline topeltkiht. Elektroodide potentsiaalide erinevust on kõige lihtsam tuvastada voltmeetriga. Vahetult pärast seadme ühendamist vooluringiga näitab nool umbes 1 V, kuid siis pinge langeb kiiresti. Kui ühendate elemendiga väikese lambipirni, mis tarbib 1 V, süttib see - alguses üsna tugevalt ja seejärel muutub kuma nõrgaks.
Seadme klemmide polaarsuse põhjal võime järeldada, et vaskelektrood on positiivne poolus. Seda saab tõestada ilma seadmeta, võttes arvesse protsessi elektrokeemiat. Valmistame väikeses keeduklaasis või katseklaasis lauasoola küllastunud lahuse, lisame umbes 0,5 ml fenoolftaleiini indikaatori alkoholilahust ja kastame mõlemad traadiga suletud elektroodid lahusesse. Negatiivse pooluse lähedal on näha nõrk punakas värvus, mis on põhjustatud naatriumhüdroksiidi moodustumisest katoodil.
Teistes katsetes saab rakku paigutada erinevaid metallipaare ja määrata tekkiva pinge. Näiteks annavad magneesium ja hõbe eriti suure potentsiaali erinevuse nende olulise kauguse ja pingete jada tõttu, samas kui tsink ja raud annavad vastupidi väga väikese, vähem kui kümnendiku volti. Alumiiniumi kasutamisel ei saa me passiveerimise tõttu praktiliselt mingit voolu.
Kõigil neil elementidel või, nagu elektrokeemikud ütlevad, vooluringidel on see miinus, et voolu mõõtmisel langeb nende pinge väga kiiresti. Seetõttu mõõdavad elektrokeemikud alati pinge tegelikku suurust väljalülitatud olekus, kasutades pinge kompenseerimise meetodit, see tähendab, et võrrelda seda mõne teise vooluallika pingega.
Vaatleme vask-tsingi elemendis toimuvaid protsesse veidi üksikasjalikumalt. Katoodil läheb tsink lahusesse järgmise võrrandi kohaselt:

Zn = Zn 2+ + 2 e --

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

2H++2 e-- = N 2

Mõne aja pärast kaetakse vask õhukese vesinikumullide kihiga. Sel juhul muutub vaskelektrood vesinikuks ja potentsiaalide erinevus väheneb. Seda protsessi nimetatakse elektroodide polariseerimiseks. Vaskelektroodi polarisatsiooni saab kõrvaldada, lisades pärast pingelangust rakule veidi kaaliumdikromaadi lahust. Pärast seda pinge tõuseb 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 Danieli elementi, mida kasutati minevikus 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 on riputatud suures klaasis, mis sisaldab kontsentreeritud vasksulfaadi lahust, ja selle põhjas on vasksulfaadi kristallide kiht. Selle anuma teine ​​elektrood on vasklehest valmistatud silinder.
Selle elemendi saab valmistada klaaspurgist, müügilolevast savielemendist (äärmisel juhul kasutame lillepotti, sulgedes põhjas oleva augu) ja kahest sobiva suurusega elektroodist.
Elemendi töötamise ajal lahustub tsink, moodustades tsinksulfaadi ja vase ioonid vabanevad vaskelektroodil. Kuid samal ajal pole vaskelektrood polariseeritud ja element tekitab pinget umbes 1 V. Tegelikult on teoreetiliselt klemmide pinge 1,10 V, kuid voolu kogumisel mõõdame elektri tõttu veidi väiksemat väärtust. raku vastupidavus.
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 klaaspurgi ülaosas ja vaskelektrood põhja lähedal. Kogu lahter täidetakse lauasoola küllastunud lahusega. Asetage peotäis vasksulfaadi kristalle purgi põhja. Saadud kontsentreeritud vasksulfaadi lahus seguneb lauasoola lahusega väga aeglaselt. Seetõttu eraldub elemendi töötamisel vask vaskelektroodile ja tsink lahustub raku ülemises osas sulfaadi või kloriidina.
Tänapäeval kasutatakse akudes peaaegu eranditult kuivelemente, mida on mugavam kasutada. Nende esivanem on Leclanche'i element. Elektroodid on tsingi silinder ja süsinikvarras. Elektrolüüt on pasta, mis koosneb peamiselt ammooniumkloriidist. Tsink lahustub pastas ja söele eraldub vesinik. Polariseerumise vältimiseks kastetakse söepulk linasesse kotti, mis sisaldab söepulbri ja pürolusiidi segu. Süsinikupulber suurendab elektroodi pinda ja pürolusiit toimib depolarisaatorina, oksüdeerides aeglaselt vesinikku.
Tõsi, pürolusiidi depolariseerimisvõime on nõrgem kui varem mainitud kaaliumdikromaadil. Seetõttu langeb pinge kuivades elementides voolu vastuvõtmisel kiiresti, nad " väsima"polarisatsiooni tõttu. Alles mõne aja pärast toimub vesiniku oksüdatsioon pürolusiidiga. Seega elemendid " puhkamas", kui te mõnda aega voolu ei läbi. Kontrollime seda taskulambi akul, mille külge ühendame lambipirni. Paralleelselt lambiga, see tähendab otse klemmidega, ühendame voltmeetri.
Alguses on pinge umbes 4,5 V. (Enamasti on sellistel akudel kolm järjestikku ühendatud elementi, millest igaühe teoreetiline pinge on 1,48 V.) Mõne aja pärast pinge langeb ja lambipirni kuma nõrgendada. Voltmeetri näitude põhjal saame hinnata, kui kaua aku peab puhata.
Erilise koha hõivavad regenereerivad elemendid, mida tuntakse kui patareid. Need läbivad pöörduvaid reaktsioone ja neid saab laadida pärast elemendi tühjenemist, ühendades need välise alalisvooluallikaga.
Praegu on pliiakud kõige levinumad; Elektrolüüdiks neis on lahjendatud väävelhape, millesse on sukeldatud kaks pliiplaati. Positiivne elektrood on kaetud pliidoksiidiga PbO 2, negatiivne on metallplii. Pinge klemmidel on ligikaudu 2,1 V. Tühjenemisel tekib mõlemale plaadile pliisulfaat, mis laadimisel muutub taas metalliliseks pliiks ja pliiperoksiidiks.

GALVAANIKATETE KASUTAMINE

Metallide sadestamine vesilahustest elektrivoolu abil on elektrolüütilise lahustumise pöördprotsess, millega saime tuttavaks galvaaniliste elementide kaalumisel. Kõigepealt uurime vase sadestumist, mida kasutatakse vasekulomeetris elektrihulga mõõtmiseks.

Metall sadestub vooluga

Olles painutanud kahe õhukese lehtvaskplaadi otsad, riputame need keeduklaasi või, mis veelgi parem, väikese klaasakvaariumi vastasseintele. Kinnitame juhtmed klemmidega plaatide külge.
Elektrolüüt Valmistame järgmise retsepti järgi: 125 g kristalset 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 lisage alkohol ja lisage vett 1 liitrini.
Täitke kulomeeter ettevalmistatud lahusega ja ühendage ahelaga muutuvtakistus, ampermeeter 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 cm2, 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 paneme kulonomeetrisse umbes pool tundi voolu. Seejärel võtame katoodi välja, kuivatame hoolikalt filterpaberiga ja kaalume täpselt. Paigaldame lahtrisse elektroodi, sulgeme reostaadi abil vooluringi ja säilitame konstantse voolu, näiteks 1 A. Tunni aja pärast avame ahel ja kaalume uuesti kuivanud katood. Voolutugevusel 1 A suureneb selle mass 1,18 g töötunni kohta.
Seetõttu võib lahust läbiva elektrienergia kogus, mis võrdub 1 ampertunniga, vabastada 1,18 g vaske. Või üldiselt: eralduva aine hulk on otseselt võrdeline lahust läbiva elektrienergia hulgaga.
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 = 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 lahuse kaudu tuleks juhtida elektrienergia kogus, mis on võrdne F*n e A*s*mol -1. Teisisõnu,
I*t =F*n uh siin I- praegune, t- voolu lahuse läbimise aeg. Peatükis " Tiitrimise põhitõed«Juba on näidatud, et aine ekvivalentide arv n e on võrdne moolide arvu ja samaväärse arvu korrutisega:
n e = n*Z Seega:

I*t = F*n*Z

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

I*t =F*m*Z/M

Selle valemi abil saate arvutada voolu:

I = F*m*Z/(t*M)= 9,65*104 *1,18*2 / (3600*63,54) A*s*g*mol/(s*mol*g) = 0,996 A

Kui tutvustame elektritööde seost W el

W el = U*I*t Ja W email/ U = I*t

Siis, teades pinget U, saate arvutada:

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

Samuti on võimalik arvutada, kui kaua kulub teatud koguse aine elektrolüütiliseks vabanemiseks või kui palju ainet teatud aja jooksul vabaneb. Katse ajal tuleb voolutihedus hoida kindlaksmääratud piirides. Kui see on alla 0,01 A/cm2, siis eraldub liiga vähe metalli, kuna osaliselt tekivad 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 peeglitaolise läike saamiseks.
Lisaks sellele puhastatakse 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 see pestud kriidiga ja rasvatage järjestikku seebikivi, vee ja alkoholi lahjendatud lahusega. Kui ese on kaetud roostega, peate selle eelnevalt marineerima 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 kaetava 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.
Pöörame tähelepanu sellele, et anooditasand ja kaetav pind on paralleelsed. Keerulise kujuga esemeid on parem mitte kasutada. Varieerides elektrolüüsi kestust, on võimalik saada erineva paksusega vaskkatteid.
Sageli kasutavad nad esialgset vaskplaati, et kanda sellele kihile vastupidav kate muust metallist. Seda kasutatakse eriti sageli raua kroomimisel, nikeldamisel tsinkimisel ja muudel juhtudel. Tõsi, selleks kasutatakse väga mürgiseid tsüaniidelektrolüüte.
Nikeldamiseks elektrolüüdi valmistamiseks lahustage 25 g kristalset nikkelsulfaati, 10 g boorhapet või 10 g naatriumtsitraati 450 ml vees. Naatriumtsitraati saate ise valmistada, neutraliseerides 10 g sidrunhappe lahuse naatriumhüdroksiidi või sooda lahusega. Olgu anood võimalikult suure pindalaga nikkelplaat ja pingeallikaks võtke aku.
Kasutades muutuvat takistust, säilitame voolutiheduse 0,005 A/cm 2 . Näiteks kui objekti pindala on 20 cm 2, peate töötama voolutugevusega 0,1 A. Pärast pooletunnist tööd on objekt juba nikeldatud. Võtame selle vannist välja ja pühime lapiga üle. Siiski on parem mitte katkestada nikeldamise protsessi, kuna siis võib niklikiht passiveerida ja sellele järgnev nikkelkate ei nakku hästi.
Peegelläike saavutamiseks ilma mehaanilise poleerimiseta lisame galvaanilisele vannile nn läiget tekitavat lisandit. Selliste lisandite hulka kuuluvad näiteks liim, želatiin, suhkur. Niklivanni võid lisada näiteks paar grammi suhkrut ja uurida selle mõju.
Raua kroomimise elektrolüüdi valmistamiseks (pärast vasest eeltööd) lahustage 100 ml vees 40 g kroomanhüdriidi CrO 3 (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 veidi väiksem kui kroomitud pinna pindala.
Nikli- ja kroomivanne on kõige parem veidi kuumutada (umbes 35 ° C-ni). Pange tähele, et kroomimiseks kasutatavad elektrolüüdid, eriti pika protsessi ja suure voolu korral, eraldavad kroomhapet sisaldavaid aure, mis on tervisele väga kahjulikud. Seetõttu tuleks kroomimine läbi viia veojõu all või vabas õhus, näiteks rõdul.
Kroomimisel (ja vähemal määral nikeldamisel) ei kasutata metalli sadestamiseks kogu voolu. Samal ajal eraldub vesinik. Mitmete pingete põhjal eeldaks, et vesiniku ees olevad metallid ei peaks vesilahustest üldse eralduma, vaid vastupidi, vähemaktiivne vesinik. Kuid siin, nagu metallide anoodsel lahustamisel, 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. Tänu sellele asjaolule saab pliiaku toimida. Aku laadimisel peaks katoodile PbO 2 asemel ilmuma vesinik, kuid ülepinge tõttu algab vesiniku eraldumine siis, kui aku on peaaegu täielikult laetud.

Metallide elektrokeemiliste aktiivsuste jada (pingevahemik, standardsete elektroodide potentsiaalide vahemik) - järjestus, milles metallid on paigutatud nende standardsete elektrokeemiliste potentsiaalide φ 0 suurendamise järjekorras, mis vastab metallikatiooni redutseerimise poolreaktsioonile Me n+: Me n+ + nē → Me

Mitmed pinged iseloomustavad metallide võrdlevat aktiivsust redoksreaktsioonides vesilahustes.

Lugu

Metallide paigutuse järjestus nende keemilise aktiivsuse muutumise järjekorras oli alkeemikutele juba üldsõnaliselt teada. Elementide transmutatsiooni ilminguks peeti metallide vastastikust nihkumist lahustest ja nende pindade sadestumist (näiteks hõbeda ja vase väljatõrjumist nende soolade lahustest raua toimel).

Hiljem jõudsid alkeemikud oma lahustest metallide vastastikuse sadestamise keemilise poole mõistmisele. Nii jõudis Angelus Sala oma teoses "Anatomia Vitrioli" (1613) järeldusele, et keemiliste reaktsioonide produktid koosnevad samadest "komponentidest", mis sisaldusid algsetes ainetes. Seejärel esitas Robert Boyle korpuskulaarsete kontseptsioonide põhjal hüpoteesi põhjuste kohta, miks üks metall tõrjub lahusest teise välja.

Klassikalise keemia tekkimise ajastul sai reaktiivsuse mõistmise oluliseks aspektiks elementide võime üksteist ühenditest välja tõrjuda. J. Berzelius koostas elektrokeemilisele afiinsuse teooriale tuginedes elementide klassifikatsiooni, jagades need “metalloidideks” (nüüd kasutatakse terminit “mittemetallid”) ja “metallideks” ning asetades nende vahele vesiniku.

Keemikutele ammu tuntud metallide järjestust nende üksteise tõrjumise võime järgi uuris ja täiendas eriti põhjalikult ja igakülgselt N. N. Beketov 1860. aastatel ja sellele järgnevatel aastatel. Juba 1859. aastal tegi ta Pariisis ettekande teemal “Ühe elemendi nihkumise nähtuste uurimine teiste poolt”. Sellesse töösse lisas Beketov mitmeid üldistusi elementide vastastikuse nihke ja nende aatommassi vahelise seose kohta, ühendades need protsessid elementide algsed keemilised omadused – mida nimetatakse keemiliseks afiinsuseks". Beketovi avastus metallide väljatõrjumisest nende soolade lahustest vesiniku toimel rõhu all ning alumiiniumi, magneesiumi ja tsingi redutseeriva aktiivsuse uurimine kõrgel temperatuuril (metallotermia) võimaldas tal püstitada hüpoteesi seose kohta mõningate vesiniku võimete vahel. elemendid, et tõrjuda teisi oma tihedusega ühenditest välja: kergemad lihtained suudavad välja tõrjuda raskemaid (seetõttu nimetatakse seda seeriat sageli ka nn. Beketovi nihkeseeria või lihtsalt Beketovi sari).

Eitamata Beketovi olulisi teeneid metallide tegevussarja kaasaegsete ideede väljatöötamisel, tuleks pidada ekslikuks ideed temast kui selle sarja ainsast loojast, mis eksisteerib kodumaises populaarses ja õppekirjanduses. 19. sajandi lõpus saadud arvukad katseandmed lükkasid Beketovi hüpoteesi ümber. Nii kirjeldas William Odling paljusid "tegevuse tagasipööramise" juhtumeid. Näiteks vask tõrjub välja tina kontsentreeritud hapendatud SnCl 2 lahusest ja plii happelisest PbCl 2 lahusest; see on samuti võimeline vesiniku eraldumisega lahustuma kontsentreeritud vesinikkloriidhappes. Vask, tina ja plii on kaadmiumist paremal, kuid võivad selle välja tõrjuda keevast kergelt hapendatud CdCl2 lahusest.

Teoreetilise ja eksperimentaalse füüsikalise keemia kiire areng osutas metallide keemilise aktiivsuse erinevuste teisele põhjusele. Kaasaegsete elektrokeemia kontseptsioonide väljatöötamisega (peamiselt Walter Nernsti töödes) sai selgeks, et see jada vastab "pingete seeriale" - metallide paigutusele vastavalt standardsete elektroodide potentsiaalide väärtusele. Seega tõi Nerst kvalitatiivse tunnuse - metalli ja selle iooni "kalduvuse" teatud reaktsioonidele - asemel kasutusele täpse kvantitatiivse väärtuse, mis iseloomustab iga metalli võimet ioonide kujul lahustuda ja väheneda. ioonidest elektroodil olevale metallile ja vastav seeria sai nime standardsete elektroodide potentsiaalide vahemik.

Teoreetiline alus

Elektrokeemiliste potentsiaalide väärtused sõltuvad paljudest muutujatest ja näitavad seetõttu keerulist sõltuvust metallide positsioonist perioodilisuse tabelis. Seega suureneb katioonide oksüdatsioonipotentsiaal metalli pihustusenergia suurenemisega, selle aatomite koguionisatsioonipotentsiaali suurenemisega ja katioonide hüdratsioonienergia vähenemisega.

Kõige üldisemal kujul on selge, et perioodide alguses paiknevaid metalle iseloomustavad madalad elektrokeemiliste potentsiaalide väärtused ja need asuvad pingerea vasakul pool. Sel juhul peegeldab leelis- ja leelismuldmetallide vaheldumine diagonaalse sarnasuse nähtust. Perioodide keskele lähemal asuvaid metalle iseloomustavad suured potentsiaalsed väärtused ja need asuvad rea paremas pooles. Elektrokeemilise potentsiaali järjepidev suurenemine (-3,395 V Eu 2+ /Eu [ ] kuni +1,691 V Au + /Au paari puhul) peegeldab metallide redutseeriva aktiivsuse vähenemist (võimet loovutada elektrone) ja nende katioonide oksüdatsioonivõime suurenemist (võimet saada elektrone). Seega on tugevaim redutseerija metalliline euroopium ja tugevaim oksüdeerija kullakatioonid Au+.

Vesinik on traditsiooniliselt pingerea sees, kuna metallide elektrokeemiliste potentsiaalide praktiline mõõtmine toimub standardse vesiniku elektroodi abil.

Pingevahemiku praktiline kasutamine

Praktikas kasutatakse mitmeid pingeid metallide keemilise aktiivsuse võrdlevaks [suhteliseks] hindamiseks reaktsioonides soolade ja hapete vesilahustega ning katood- ja anoodiprotsesside hindamiseks elektrolüüsi ajal:

• Vesinikust vasakul olevad metallid on tugevamad redutseerijad kui paremal olevad metallid: nad tõrjuvad viimased soolalahustest välja. Näiteks interaktsioon Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu on võimalik ainult edasisuunas.
• Vesiniku vasakpoolses reas olevad metallid tõrjuvad vesinikku välja, kui nad suhtlevad mitteoksüdeerivate hapete vesilahustega; kõige aktiivsemad metallid (kuni alumiinium (kaasa arvatud)) - ja veega suhtlemisel.
• Vesiniku paremal pool olevad metallid ei interakteeru tavatingimustes mitteoksüdeerivate hapete vesilahustega.
• Elektrolüüsi käigus eralduvad katoodil vesinikust paremal asuvad metallid; mõõdukalt aktiivsete metallide redutseerimisega kaasneb vesiniku vabanemine; Kõige aktiivsemaid metalle (kuni alumiiniumini) ei saa tavatingimustes soola vesilahustest eraldada.

Metallide elektrokeemiliste potentsiaalide tabel

Metallist	Katioon	φ 0, V	Reaktiivsus	Elektrolüüs (katoodil):
	Li+	-3,0401	reageerib veega	eraldub vesinik
	Cs+	-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
	Eu 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	Sm 2+	-2,68
	Md 2+	-2,40	reageerib hapete vesilahustega
	La 3+	-2,379
	Y 3+	-2,372
	Mg 2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Pr 3+	-2,353
	Nd 3+	-2,323
	Er 3+	-2,331
	Ho 3+	-2,33
	Tm 3+	-2,319
	Sm 3+	-2,304
	PM 3+	-2,30
	Fm 2+	-2,30
	Dy 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	Tb 3+	-2,28
	Gd 3+	-2,279
	Es 2+	-2,23
	Ac 3+	-2,20
	Dy 2+	-2,2
	PM 2+	-2,2
	Vrd 2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	Olen 3+	-2,048
	cm 3+	-2,04
	Pu 3+	-2,031
	Er 2+	-2,0
	Pr 2+	-2,0
	Eu 3+	-1,991
	Lr 3+	-1,96
	Vrd 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Th 4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	Ole 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	MD 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		konkureerivad reaktsioonid: nii vesiniku vabanemine kui ka puhta metalli vabanemine
	Hf 4+	-1,55
	Zr 4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	nr 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn 2+	-1,185
	V 2+	-1,175
	Nb 3+	-1,1
	Nb 5+	-0,96
	V 3+	-0,87
	Cr 2+	-0,852
	Zn 2+	-0,763
	Cr 3+	-0,74
	Ga 3+	-0,560

Metalli pingevahemik- see on metallide seeria, mis on järjestatud nende standardse elektroodipotentsiaali () kasvavas järjekorras. Metalli asend pingereas näitab selle redoksvõimet teiste metallide ja nende katioonide suhtes elektrolüütide lahustes toimuvate reaktsioonide jaoks, st reaktsioonides soolade ja alustega. Ja ka mittemetallidega, kui need reaktsioonid toimuvad vesilahustes; eelkõige hõlmavad sellised protsessid metallide korrosiooniprotsesse ().

Pingete seerias:

1) Metallide redutseerimisvõime väheneb.

2) Oksüdeerimisvõime suureneb. Selle tulemusena tõrjuvad metallid, mis on pingereas enne vesinikku, selle hapete lahustest (mitte oksüdeerivatest ainetest).

3) Sarjas vasakul seisvad (madalama potentsiaaliga) metallid tõrjuvad välja paremal seisvad (suurema potentsiaaliga) metallid oma soolade lahustest.

4) Metallid pingevahemikus kuni Mg (millel ) tõrjuvad veest välja vesiniku.

Seega määrab elektroodipotentsiaali väärtus metallide redoksvõimed üksteise suhtes ning H ja seda sisaldavate katioonide suhtes elektrolüütides.

Elektroodide potentsiaalide mõõtmine. Standardsete elektroodipotentsiaalide valik, vesinikelektrood.

Elektroodi potentsiaali absoluutväärtust on peaaegu võimatu mõõta. Sellega seoses mõõdetakse elektroodi potentsiaali galvaanilise elemendi EMF mõõtmisega, mis koosneb uuritavast elektroodist ja elektroodi potentsiaalist, mille potentsiaal on teada. Elektroodi standardpotentsiaal määratakse galvaanilise elemendi emf väärtusega, mis koosneb uuritavast elektroodist ja standardsest vesinikelektroodist, mille potentsiaali tinglikult eeldatakse nulliks.

Standardne vesinikelektrood– See on tavatingimustes süsteem, mis koosneb käsnplaadist, mille pooridesse pumbatakse vesinik, mis on asetatud ühemolaarsesse väävelhappe H 2 SO 4 lahusesse, mille C(H +) = 1 mol/kg

Tingimuste standardimine ja sellise elektroodi potentsiaali taastoomine on keeruline ülesanne, seetõttu kasutatakse seda elektroodi meteoroloogilistel eesmärkidel. Laboripraktikas kasutatakse elektroodide potentsiaalide mõõtmiseks abielektroode.

Näide: kalomelelektrood - Hg,HgCl/Cl - ;

hõbekloor – Ag, AgCl/Cl – jne.

Nende elektroodide potentsiaal reprodutseeritakse stabiilselt, see tähendab, et see säilitab oma väärtuse ladustamise ja kasutamise ajal.