A fémek mindig redukálószerek a kémiai reakciókban. A fém redukciós aktivitását az elektrokémiai feszültségsorokban elfoglalt helyzete tükrözi.

A sorozat alapján a következő következtetések vonhatók le:

1. Minél balra van egy fém ebben a sorban, annál erősebb redukálószer.

2. Mindegyik fém képes kiszorítani az oldatban lévő sókból azokat a fémeket, amelyek jobbra vannak

2Fe + 3CuSO 4 → 3Cu + Fe 2 (SO 4) 3

3. A hidrogéntől balra lévő feszültségsorokban található fémek képesek kiszorítani a savakból.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

4. Azok a fémek, amelyek a legerősebb redukálószerek (alkáli és alkáliföldfém), minden vizes oldatban először vízzel reagálnak.

A fémnek az elektrokémiai sorozat által meghatározott redukálóképessége nem mindig felel meg a periodikus rendszerben elfoglalt helyzetének, mivel a feszültségsor nemcsak az atom sugarát, hanem az elektronabsztrakciós energiát is figyelembe veszi.

Aldehidek, szerkezetük és tulajdonságaik. Hangya- és acetaldehidek előállítása és felhasználása.

Az aldehidek olyan szerves vegyületek, amelyek molekulái egy hidrogénhez kapcsolódó karbonilcsoportot és egy szénhidrogéncsoportot tartalmaznak.

Methanal (formaldehid)

Fizikai tulajdonságok

Methanal – gáznemű anyag, vizes oldat – formalin

Kémiai tulajdonságok

Az aldehidek reagense Cu(OH) 2

Alkalmazás

A legszélesebb körben használt metanál és etanal. Nagy mennyiségű metanolt használnak fel a fenol-formaldehid gyanta előállításához, amelyet metanol és fenollal reagáltatva nyernek. Ez a gyanta különféle műanyagok előállításához szükséges. A fenol-formaldehid gyantából különféle töltőanyagokkal kombinált műanyagokat fenoloknak nevezzük. A fenol-formaldehid gyanta acetonban vagy alkoholban való feloldásával különféle lakkokat kapnak. Amikor a metán reagál karbamid-CO(NH 2) 2 -vel, karbidgyantát kapnak, és aminoplasztokat készítenek belőle. Ezekből a műanyagokból mikroporózus anyagokat készítenek az elektrotechnika szükségleteihez, a metanolt egyes gyógyászati ​​anyagok és színezékek előállítására is használják. A 40% metanolt tömegfrakciókban tartalmazó vizes oldatot széles körben használják. Ezt formalinnak hívják. Használata a fehérjék hajtogatásának képességén alapul.

Nyugta

Az aldehideket alkánok és alkoholok oxidációjával nyerik. Az etanolt az etin hidratálásával és az etén oxidációjával állítják elő.

Jegy 12. sz

A harmadik periódus kémiai elemeinek magasabb oxidjai. Tulajdonságaik mérésének szabályszerűségei a kémiai elemek periódusos rendszerbeli helyzetével összefüggésben. Az oxidok jellemző kémiai tulajdonságai: bázikus, amfoter, savas.

Oxidok- ezek összetett anyagok, amelyek két kémiai elemből állnak, amelyek közül az egyik az oxigén „-2” oxidációs állapotú

A harmadik periódus oxidjai a következők:
Na 2 O, MgO, Al 2 O 3, SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7.

Az elemek oxidációs fokának növekedésével az oxidok savas tulajdonságai nőnek.

Na 2 O, MgO – bázikus oxidok

Al 2 O 3 – amfoter oxid

SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7 – savas oxidok.

A bázikus oxidok savakkal reagálva sót és vizet képeznek.

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

Az alkáli- és alkáliföldfém-oxidok vízzel reagálva lúgot képeznek.

Na 2 O + HOH → 2NaOH

A bázikus oxidok savas oxidokkal reagálva sót képeznek.
Na 2 O + SO 2 → Na 2 SO 3
A savas oxidok lúgokkal reagálva sót és vizet képeznek

2NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O

Vízzel reagálva savat képez

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Az amfoter oxidok reakcióba lépnek savakkal és lúgokkal

Al 2 O 3 + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 O

Lúggal

Al 2 O 3 + 2NaOH → 2NaAlO 2 + H 2 O

Zsírok, tulajdonságaik és összetételük. Zsírok a természetben, a zsírok átalakulása a szervezetben. Zsírok technikai feldolgozásának termékei, szintetikus mosószerek fogalma. A természet védelme az SMS-szennyezéstől.

Zsírok a glicerin és a karbonsav észterei.

A zsírok általános képlete:

A szilárd zsírokat túlnyomórészt magasabb telített karbonsavak képezik - sztearin C 17 H 35 COOH, palmitin C 15 H 31 COOH és néhány más. A folyékony zsírokat főként magasabb telítetlen karbonsavak - olajsav - képezik C17H33COOH, lenol C17H31COOH

A zsírok a szénhidrogénekkel és fehérjékkel együtt az állatok és növények szervezeteinek részét képezik. Fontos részét képezik az emberi és állati tápláléknak. Amikor a zsírok oxidálódnak, energia szabadul fel a szervezetben. Amikor a zsírok bejutnak az emésztőszervekbe, enzimek hatására glicerinné és megfelelő savakká hidrolizálódnak.

A hidrolízis termékeit a bélbolyhok felszívják, majd zsír szintetizálódik, de már a szervezetre jellemző. A zsírok a vérárammal eljutnak a test más szerveibe és szöveteibe, ahol felhalmozódnak vagy újra hidrolizálódnak, és fokozatosan szén-monoxiddá (IV) és vízzé oxidálódnak.

Fizikai tulajdonságok.

Az állati zsírok többnyire szilárd anyagok, de vannak folyékonyak is (halolaj). A növényi zsírok leggyakrabban folyékony anyagok - olajok; A szilárd növényi zsírok – kókuszolaj – is ismertek.

Kémiai tulajdonságok.

Az állati szervezetekben lévő zsírok enzimek jelenlétében hidrolizálódnak. A vízzel való reakciókon kívül a zsírok kölcsönhatásba lépnek a lúgokkal.

A növényi olajok telítetlen karbonsavak észtereit tartalmazzák, és hidrogénezésnek vethetők alá. Végső kapcsolatokká alakulnak
Példa: A margarint iparilag növényi olajból állítják elő.

Alkalmazás.
A zsírokat főként élelmiszeripari termékekként használják. Korábban a zsírokból szappant készítettek
Szintetikus mosószerek.

A szintetikus mosószerek káros hatással vannak a környezetre, mert... stabilak és nehezen törhetők.

A könnyen reagáló fémeket aktív fémeknek nevezzük. Ide tartoznak az alkáli-, alkáliföldfémek és az alumínium.

Pozíció a periódusos rendszerben

Az elemek fémes tulajdonságai a periódusos rendszerben balról jobbra csökkennek. Ezért az I. és II. csoport elemeit tekintik a legaktívabbnak.

Rizs. 1. Aktív fémek a periódusos rendszerben.

Minden fém redukálószer, és könnyen elválnak az elektronoktól a külső energiaszinten. Az aktív fémek csak egy vagy két vegyértékelektronnal rendelkeznek. Ebben az esetben a fémes tulajdonságok felülről lefelé nőnek az energiaszintek számának növekedésével, mert Minél távolabb van egy elektron az atommagtól, annál könnyebben válik szét.

Az alkálifémek a legaktívabbak:

• lítium;
• nátrium;
• kálium;
• rubídium;
• cézium;
• Francia

Az alkáliföldfémek közé tartoznak:

• berillium;
• magnézium;
• kalcium;
• stroncium;
• bárium;
• rádium.

Egy fém aktivitási foka a fémfeszültségek elektrokémiai sorozatával határozható meg. Minél távolabb van egy elem a hidrogéntől balra, annál aktívabb. A hidrogéntől jobbra lévő fémek inaktívak, és csak koncentrált savakkal tudnak reagálni.

Rizs. 2. Fémek feszültségeinek elektrokémiai sorozatai.

A kémiában az aktív fémek listáján szerepel az alumínium is, amely a III. csoportban és a hidrogéntől balra található. Az alumínium azonban az aktív és a közepesen aktív fémek határán van, és normál körülmények között nem lép reakcióba egyes anyagokkal.

Tulajdonságok

Az aktív fémek puhák (késsel vághatók), könnyűek és alacsony olvadáspontúak.

A fémek főbb kémiai tulajdonságait a táblázat mutatja be.

Reakció	Az egyenlet	Kivétel
Az alkálifémek spontán meggyulladnak a levegőben, amikor oxigénnel kölcsönhatásba lépnek	K + O 2 → KO 2	A lítium csak magas hőmérsékleten lép reakcióba oxigénnel
Az alkáliföldfémek és az alumínium oxidfilmeket képeznek a levegőben, és hevítés hatására spontán meggyulladnak	2Ca + O 2 → 2CaO
Reagáljon egyszerű anyagokkal sókat képezve	Ca + Br 2 → CaBr 2; - 2Al + 3S → Al 2 S 3	Az alumínium nem lép reakcióba hidrogénnel
Heves reakcióba lép vízzel, lúgokat és hidrogént képezve	- Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2	A lítiummal való reakció lassú. Az alumínium csak az oxidfilm eltávolítása után lép reakcióba vízzel
Reagál savakkal sókat képezve	Ca + 2HCl → CaCl 2 + H 2; 2K + 2HMnO4 → 2KMnO4 + H2
Sóoldatokkal lép kölcsönhatásba, először vízzel, majd sóval reagál	2Na + CuCl 2 + 2H 2O: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2; - 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Az aktív fémek könnyen reagálnak, így a természetben csak keverékekben - ásványokban, kőzetekben - találhatók meg.

Rizs. 3. Ásványok és tiszta fémek.

Mit tanultunk?

Az aktív fémek közé tartoznak az I. és II. csoport elemei - alkáli- és alkáliföldfémek, valamint alumínium. Tevékenységüket az atom szerkezete határozza meg – néhány elektron könnyen elválik a külső energiaszinttől. Ezek lágy könnyűfémek, amelyek gyorsan reagálnak egyszerű és összetett anyagokkal, oxidokat, hidroxidokat és sókat képezve. Az alumínium közelebb áll a hidrogénhez, és az anyagokkal való reakciója további feltételeket igényel - magas hőmérséklet, az oxidfilm megsemmisülése.

Teszt a témában

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.4. Összes értékelés: 339.

Grosse E., Weissmantel H.

Kémia a kíváncsiaknak. A kémia alapjai és szórakoztató kísérletek.

3. fejezet (folytatás)

FÉMEK ELEKTROKÉMIÁBAN KIS TANFOLYAM

Az alkálifém-kloridok oldatainak elektrolízisével és a fémek olvadékok felhasználásával történő előállításával már megismerkedtünk. Most néhány egyszerű kísérlettel próbáljuk meg tanulmányozni a vizes oldatok és a galvánelemek elektrokémiájának néhány törvényét, és ismerkedjünk meg a galvanikus védőbevonatok előállításával is.
Az elektrokémiai módszereket a modern analitikai kémia alkalmazza, és az elméleti kémia legfontosabb mennyiségeinek meghatározására szolgál.
Végül a fémtárgyak korróziója, amely nagy nemzetgazdasági károkat okoz, a legtöbb esetben elektrokémiai folyamat.

METALS STRESS SOROZAT

Az elektrokémiai folyamatok megértésének alapvető láncszeme a fémek feszültségsorai. A fémek egy sorozatba rendezhetők, amely a kémiailag aktívakkal kezdődik és a legkevésbé aktív nemesfémekkel végződik:
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.
Ez a legújabb elképzelések szerint a legfontosabb fémek és a hidrogén feszültségeinek sorozata. Ha egy galvanikus cella elektródái bármely két fémből készülnek egymás után, akkor a sor előtti anyagon negatív feszültség jelenik meg.
Feszültség értéke ( elektrokémiai potenciál) függ az elem helyzetétől a feszültségsorban és az elektrolit tulajdonságaitól.
A feszültségsorok lényegét több egyszerű kísérletből fogjuk felállítani, melyhez áramforrásra és elektromos mérőműszerekre lesz szükségünk. Oldjunk fel körülbelül 10 g kristályos réz-szulfátot 100 ml vízben, és merítsünk az oldatba egy acéltűt vagy egy darab vaslapot. (Javasoljuk, hogy először finom csiszolópapírral tisztítsa meg a vasalót, amíg fényes nem lesz.) Rövid idő elteltével a vasalót vöröses rézréteg borítja. Az aktívabb vas kiszorítja a rezet az oldatból, a vas ionként oldódik, a réz pedig fémként szabadul fel. A folyamat addig tart, amíg az oldat érintkezik a vassal. Miután a réz a vas teljes felületét beborítja, gyakorlatilag leáll. Ebben az esetben egy meglehetősen porózus rézréteg képződik, így védőbevonatok nem nyerhetők áram nélkül.
A következő kísérletekben kis cink- és ólomlemezcsíkokat süllyesztünk réz-szulfát oldatba. 15 perc múlva kivesszük, megmossuk és mikroszkóp alatt megvizsgáljuk. Gyönyörű jégszerű mintákat fedezhetünk fel, amelyek visszavert fényben vörös színűek és felszabaduló rézből állnak. Itt is aktívabb fémek alakították át a rezet ionos állapotból fémes állapotba.
A réz viszont kiszoríthatja azokat a fémeket, amelyek alacsonyabbak a feszültségsorokban, azaz kevésbé aktívak. Cseppentsen néhány csepp ezüst-nitrát oldatot egy vékony rézlemezre vagy lapított rézhuzalra (a felületet előzőleg fényesre tisztítva). Szabad szemmel látható a keletkező feketés bevonat, amely mikroszkóp alatt visszavert fényben vékony tűleveleknek és növényi mintáknak (ún. dendriteknek) tűnik.
A cink áram nélküli izolálásához aktívabb fémet kell használni. A vízzel heves reakcióba lépő fémek kivételével a magnéziumot a cink feletti feszültségsorokban találjuk. Tegyen néhány csepp cink-szulfát oldatot egy magnéziumszalagra vagy vékony elektronforgácsra. A cink-szulfát oldatát úgy kapjuk, hogy egy darab cinket híg kénsavban feloldunk. A cink-szulfáttal együtt adjunk hozzá néhány csepp denaturált alkoholt. A magnéziumon rövid idő elteltével – különösen mikroszkóp alatt – észre fogjuk venni, hogy a cink vékony kristályok formájában szabadul fel.
Általában a feszültségsor bármely tagja kiszorítható az oldatból, ahol ionként létezik, és fémes állapotba konvertálható. A legkülönfélébb kombinációk kipróbálásakor azonban csalódhatunk. Úgy tűnik, hogy ha egy alumíniumcsíkot réz-, vas-, ólom- és cinksó-oldatba merítünk, ezeknek a fémeknek fel kell szabadulniuk. Ez azonban nem történik meg. A meghibásodás oka nem a feszültségsor hibájában rejlik, hanem a reakció speciális gátlásán alapul, ami jelen esetben az alumínium felületén lévő vékony oxidfilm miatt. Az ilyen megoldásokban az alumíniumot passzívnak nevezik.

NÉZÜNK A SZINTŰ MÖGÉRE

A folyamatban lévő folyamatok törvényszerűségének megfogalmazásához korlátozhatjuk magunkat a kationok figyelembevételére és az anionok kizárására, mivel azok maguk nem vesznek részt a reakcióban. (A lerakódás sebességét azonban befolyásolja az anionok típusa.) Ha az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy mind a kicsapódott, mind az oldott fémek kettős töltésű kationokat termelnek, akkor felírhatjuk:

Én 1 + Én 2 2+ = Én 1 2+ + Én 2

Sőt, az első kísérletnél Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
Tehát a folyamat a töltések (elektronok) cseréjéből áll mindkét fém atomjai és ionjai között. Ha külön-külön tekintjük (köztes reakcióknak) a vas oldódását vagy a réz kiválását, akkor a következőt kapjuk:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

Сu 2+ + 2 e-- = Cu

Tekintsük most azt az esetet, amikor egy fémet vízbe vagy sóoldatba merítünk, amelynek kationjával a feszültségsorban elfoglalt helyzete miatt a csere lehetetlen. Ennek ellenére a fém hajlamos ion formájában oldatba menni. Ilyenkor a fématom két elektront ad fel (ha a fém kétértékű), az oldatba merített fém felülete az oldathoz képest negatív töltésű lesz, és a határfelületen kettős elektromos réteg keletkezik. Ez a potenciálkülönbség megakadályozza a fém további feloldódását, így a folyamat hamar leáll.
Ha két különböző fémet merítünk egy oldatba, akkor mindkettő töltődik, de a kevésbé aktív valamivel gyengébb lesz, mivel atomjai kevésbé hajlamosak elektronvesztésre.
Kössük össze mindkét fémet egy vezetővel. A potenciálkülönbség miatt az aktívabb fémből az elem pozitív pólusát képező kevésbé aktívba elektronáram fog áramlani. Olyan folyamat játszódik le, amelyben az aktívabb fém oldatba kerül, és az oldatból kationok szabadulnak fel a nemesebb fémre. Most több kísérlettel is illusztráljuk a fenti, kissé elvont okfejtést (ami ráadásul durva leegyszerűsítést jelent).
Először egy 250 ml-es főzőpoharat töltsünk a közepéig 10%-os kénsavoldattal, és merítsünk bele nem túl kis cink- és rézdarabokat. Mindkét elektródára rézhuzalt forrasztunk vagy szegecselünk, amelynek végei ne érjenek az oldathoz.
Amíg a vezeték végei nem kapcsolódnak egymáshoz, addig megfigyeljük a cink feloldódását, ami hidrogén felszabadulásával jár. A cink, amint a feszültségsorból következik, aktívabb, mint a hidrogén, így a fém kiszoríthatja a hidrogént az ionos állapotból. Mindkét fémen elektromos kettős réteg képződik. Az elektródák közötti potenciálkülönbséget legegyszerűbben voltmérővel lehet kimutatni. Közvetlenül az eszköz áramkörre történő csatlakoztatása után a nyíl körülbelül 1 V-ot mutat, de ekkor a feszültség gyorsan csökken. Ha egy 1 V-ot fogyasztó kis izzót csatlakoztatunk az elemhez, az kigyullad - eleinte elég erősen, majd gyengül az izzás.
A készülék kivezetéseinek polaritása alapján megállapíthatjuk, hogy a rézelektróda a pozitív pólus. Ez a folyamat elektrokémiáját figyelembe véve eszköz nélkül is bizonyítható. Egy kis főzőpohárban vagy kémcsőben készítsünk konyhasó telített oldatát, adjunk hozzá kb. 0,5 ml fenolftalein indikátor alkoholos oldatát, és merítsük az oldatba mindkét huzallal lezárt elektródát. A negatív pólus közelében halvány vöröses szín figyelhető meg, amelyet a katódon lévő nátrium-hidroxid képződés okoz.
Más kísérletekben különféle fémpárokat lehet elhelyezni egy cellában, és meghatározni a kapott feszültséget. Például a magnézium és az ezüst különösen nagy potenciálkülönbséget ad a köztük lévő jelentős távolság és a feszültségsorozat miatt, míg a cink és a vas éppen ellenkezőleg, nagyon kicsi, kevesebb, mint egy tized volt. Alumínium használatával gyakorlatilag nem kapunk áramot a passziválás miatt.
Mindezeknek az elemeknek, vagy ahogy az elektrokémikusok mondják, az áramköröknek megvan az a hátrányuk, hogy az árammérés során a feszültség nagyon gyorsan leesik. Ezért az elektrokémikusok mindig feszültségkompenzációs módszerrel mérik meg a feszültség valódi nagyságát feszültségmentes állapotban, vagyis összehasonlítják egy másik áramforrás feszültségével.
Tekintsük egy kicsit részletesebben a réz-cink elemben zajló folyamatokat. A katódon a cink a következő egyenlet szerint megy oldatba:

Zn = Zn 2+ + 2 e --

A kénsav hidrogénionjai a réz anódon távoznak. A cink katódról a huzalon keresztül érkező elektronokat kötik össze, és ennek eredményeként hidrogénbuborékok képződnek:

2H++2 e-- = N 2

Rövid idő elteltével a rezet vékony hidrogénbuborékréteg borítja. Ebben az esetben a rézelektróda hidrogénné válik, és a potenciálkülönbség csökken. Ezt a folyamatot elektródapolarizációnak nevezik. A rézelektróda polarizációja kiküszöbölhető, ha a feszültségesés után kevés kálium-dikromát oldatot adunk a cellához. Ezt követően a feszültség ismét megnő, mivel a kálium-dikromát a hidrogént vízzé oxidálja. A kálium-dikromát ebben az esetben depolarizátorként működik.
A gyakorlatban olyan galvanikus áramköröket használnak, amelyek elektródái nem polarizáltak, vagy olyan áramköröket, amelyek polarizációja depolarizátorok hozzáadásával kiküszöbölhető.
Példaként a nem polarizálható elemre vegyük a Daniel elemet, amelyet gyakran használtak a múltban áramforrásként. Ez is egy réz-cink elem, de mindkét fémet különböző oldatokba merítik. A cinkelektródát híg (kb. 20%-os) kénsavval töltött porózus agyagcellába helyezzük. Az agyagcellát egy tömény réz-szulfát-oldatot tartalmazó nagy üvegben szuszpendálják, az alján pedig egy réz-szulfát-kristályréteg található. A második elektróda ebben az edényben egy rézlemezből készült henger.
Ez az elem készülhet egy üvegedényből, egy kereskedelemben kapható agyagcellából (extrém esetben virágcserepet használunk, az alján lévő lyukat lezárva) és két megfelelő méretű elektródából.
Az elem működése során a cink feloldódik és cink-szulfát keletkezik, és rézionok szabadulnak fel a rézelektródán. Ugyanakkor a rézelektróda nem polarizált, és az elem körülbelül 1 V feszültséget produkál. Valójában elméletileg 1,10 V a feszültség a kivezetéseken, de az áramfelvételnél valamivel alacsonyabb értéket mérünk az elektromosság miatt. a sejt ellenállása.
Ha nem vonjuk le az áramot az elemről, akkor a kénsavas oldatból el kell távolítani a cink elektródát, mert különben feloldódik és hidrogén keletkezik.
Az ábrán látható egy egyszerű cella diagramja, amely nem igényel porózus válaszfalat. A cinkelektróda az üvegedény tetején, a rézelektróda pedig az alján található. Az egész cellát telített konyhasó-oldattal töltjük meg. Helyezzen egy marék réz-szulfát kristályt az edény aljára. A kapott tömény réz-szulfát oldat nagyon lassan keveredik a konyhasó oldattal. Ezért, amikor a cella működik, réz szabadul fel a rézelektródán, és a cink szulfát vagy klorid formájában feloldódik a cella felső részében.
Napjainkban az akkumulátorok szinte kizárólag szárazelemeket használnak, amelyek kényelmesebbek. Ősük a Leclanche elem. Az elektródák egy cinkhenger és egy szénrúd. Az elektrolit egy paszta, amely főként ammónium-kloridból áll. A cink feloldódik a pépben, és hidrogén szabadul fel a szénre. A polarizáció elkerülése érdekében a szénrudat egy vászonzacskóba mártják, amely szénpor és piroluzit keverékét tartalmazza. A szénpor megnöveli az elektród felületét, a piroluzit pedig depolarizátorként működik, lassan oxidálja a hidrogént.
Igaz, a piroluzit depolarizáló képessége gyengébb, mint a korábban említett kálium-dikromáté. Ezért amikor a száraz cellákban áramot kapnak, a feszültség gyorsan csökken, fáradj el"a polarizáció miatt. Csak egy idő után megy végbe a hidrogén oxidációja piroluzittal. Így az elemek " pihenő", ha egy ideig nem vezeti át az áramot. Ellenőrizzük ezt egy elemlámpa akkumulátorán, amelyhez egy izzót csatlakoztatunk. A lámpával párhuzamosan, vagyis közvetlenül a kivezetésekre csatlakoztatunk egy voltmérőt.
Eleinte a feszültség körülbelül 4,5 V. (Az ilyen akkumulátorokban leggyakrabban három sorba kapcsolt cella van, mindegyik elméleti feszültsége 1,48 V.) Egy idő után a feszültség csökken, és a villanykörte világítani kezd. gyengüljön. A voltmérő leolvasása alapján meg tudjuk ítélni, mennyi ideig kell pihennie az akkumulátornak.
Különleges helyet foglalnak el a regeneráló elemek, az ún akkumulátorok. Reverzibilis reakciókon mennek keresztül, és a cella lemerülése után újratölthetők egy külső egyenáramforráshoz való csatlakoztatással.
Jelenleg az ólom-savas akkumulátorok a legelterjedtebbek; Az elektrolit bennük híg kénsav, amelybe két ólomlemezt merítenek. A pozitív elektróda PbO 2 ólom-dioxiddal van bevonva, a negatív fém ólom. A kivezetéseken a feszültség kb. 2,1 V. Kisütéskor mindkét lemezen ólom-szulfát képződik, amely töltés közben ismét fém ólommá és ólom-peroxiddá alakul.

GALVÁNOS BEVONATOK FELHASZNÁLÁSA

A fémek vizes oldatokból elektromos árammal történő leválasztása az elektrolitikus oldódás fordított folyamata, amelyet a galvánelemek vizsgálatakor ismerhettünk meg. Mindenekelőtt megvizsgáljuk a rézlerakódást, amelyet egy rézkulométerben használnak az elektromosság mennyiségének mérésére.

A fém áram hatására rakódik le

Két vékony rézlemez végeit meghajlítva felakasztjuk egy főzőpohár vagy ami még jobb, egy kis üvegakvárium szemközti falára. A vezetékeket kapcsokkal rögzítjük a lemezekhez.
Elektrolit Készítsük el a következő recept szerint: 125 g kristályos réz-szulfát, 50 g tömény kénsav és 50 g alkohol (denaturált alkohol), a többi 1 literes víz. Ehhez először oldjon fel réz-szulfátot 500 ml vízben, majd óvatosan adjon hozzá kis adagokban kénsavat ( Fűtés! Folyadék fröccsenhet ki!), majd adjunk hozzá alkoholt és adjunk hozzá vizet 1 liter térfogatig.
Töltse fel a kulométert az elkészített oldattal, és csatlakoztasson az áramkörre egy változó ellenállást, egy ampermérőt és egy ólomelemet. Ellenállás segítségével az áramerősséget úgy állítjuk be, hogy sűrűsége 0,02-0,01 A/cm 2 legyen az elektróda felületén. Ha a rézlemez területe 50 cm2, akkor az áramerősségnek 0,5-1 A tartományban kell lennie.
Egy idő után világosvörös fémréz kezd kicsapódni a katódon (negatív elektróda), és a réz feloldódik az anódon (pozitív elektróda). A rézlemezek tisztításához körülbelül fél órán keresztül áramot vezetünk a kulométerben. Ezután kivesszük a katódot, szűrőpapírral óvatosan megszárítjuk és pontosan lemérjük. Szereljünk be egy elektródát a cellába, zárjuk le az áramkört egy reosztát segítségével, és tartsunk állandó áramot, például 1 A-t. Egy óra múlva nyissa ki az áramkört, és mérje meg ismét a megszáradt katódot. 1 A áramerősségnél a tömege 1,18 g-mal nő működési óránként.
Ezért az oldaton áthaladó 1 amperórának megfelelő elektromosság 1,18 g rezet szabadíthat fel. Vagy általában: a felszabaduló anyag mennyisége egyenesen arányos az oldaton áthaladó elektromosság mennyiségével.
Egy ekvivalens ion izolálásához annyi elektromos áramot kell átengedni az oldaton, amely megegyezik az e elektródatöltés és az Avogadro-szám szorzatával. N V:
e*N A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Ezt az értéket a szimbólum jelzi Fés az elektrolízis mennyiségi törvényeinek felfedezőjéről kapta a nevét Faraday szám(pontos érték F- 96 498 A*s*mol-1). Ezért adott számú ekvivalenst izolálni egy megoldásból n e egyenlő mennyiségű villamos energiát kell átengedni az oldaton F*n e A*s*mol -1 . Más szavakkal,
Azt =F*n uh itt én- jelenlegi, t- az áram áthaladásának ideje az oldaton. fejezetben " A titrálás alapjai„Már kimutatták, hogy egy anyag egyenértékeinek száma n e egyenlő a mólszám és az egyenértékű szám szorzatával:
n e = n*Z Ennélfogva:

én*t = F*n*Z

Ebben az esetben Z- iontöltés (Ag + esetén Z= 1, Cu 2+ esetén Z= 2, Al 3+ esetén Z= 3 stb.). Ha a mólszámot a tömeg és a moláris tömeg arányaként fejezzük ki ( n = m/M), akkor egy képletet kapunk, amely lehetővé teszi az elektrolízis során előforduló összes folyamat kiszámítását:

Azt =F*m*Z/M

Ezzel a képlettel kiszámíthatja az áramerősséget:

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

Ha bevezetjük az összefüggést az elektromos munkákra W el

W el = U*I*tÉs W email/ U = Azt

Aztán a feszültség ismeretében U, kiszámolhatod:

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

Kiszámolható az is, hogy mennyi idő alatt szabadul fel egy adott anyag elektrolitikusan, vagy egy adott idő alatt mennyi anyag szabadul fel. A kísérlet során az áramsűrűséget meghatározott határok között kell tartani. Ha kisebb, mint 0,01 A/cm2, akkor túl kevés fém szabadul fel, mivel részben réz(I) ionok képződnek. Ha az áramsűrűség túl nagy, a bevonat elektródához való tapadása gyenge lesz, és ha az elektródát eltávolítják az oldatból, az összeomolhat.
A gyakorlatban a fémek galvanikus bevonatait elsősorban a korrózió elleni védelemre és a tükörszerű fény elérésére használják.
Ezenkívül a fémeket, különösen a rezet és az ólmot anódos oldással, majd a katódon történő elválasztással (elektrolitikus finomítás) tisztítják.
A vas rézzel vagy nikkellel történő bevonásához először alaposan meg kell tisztítani a tárgy felületét. Ehhez fényesítse ki mosott krétával, majd sorban zsírtalanítsa nátronlúg, víz és alkohol hígított oldatával. Ha az elemet rozsda borítja, előzetesen pácolnia kell 10-15% -os kénsavoldatban.
A megtisztított terméket elektrolitfürdőbe (kis akváriumba vagy főzőpohárba) akasztjuk, ahol katódként fog szolgálni.
A rézbevonat felvitelére szolgáló oldat 250 g réz-szulfátot és 80-100 g tömény kénsavat tartalmaz 1 liter vízben (Vigyázat!). Ebben az esetben a rézlemez szolgál anódként. Az anód felületének megközelítőleg egyenlőnek kell lennie a bevonandó tárgy felületével. Ezért mindig gondoskodnia kell arról, hogy a réz anód a katóddal azonos mélységben lógjon a fürdőben.
A folyamatot 3-4 V feszültségen (két elem) és 0,02-0,4 A/cm 2 áramsűrűséggel hajtják végre. Az oldat hőmérséklete a fürdőben 18-25 °C legyen.
Ügyeljünk arra, hogy az anódsík és a bevonandó felület párhuzamos legyen egymással. Jobb, ha nem használ összetett formájú tárgyakat. Az elektrolízis időtartamának változtatásával különböző vastagságú rézbevonatokat lehet előállítani.
Gyakran előzetes rézbevonathoz folyamodnak, hogy egy másik fém tartós bevonatát vigyék fel erre a rétegre. Ezt különösen gyakran használják vas krómozásánál, nikkelezésénél, horganyzásnál és más esetekben. Igaz, erre a célra nagyon mérgező cianid elektrolitokat használnak.
A nikkelezéshez szükséges elektrolit elkészítéséhez oldjunk fel 25 g kristályos nikkel-szulfátot, 10 g bórsavat vagy 10 g nátrium-citrátot 450 ml vízben. A nátrium-citrátot saját maga is elkészítheti, ha 10 g citromsav oldatát híg nátrium-hidroxid-oldattal vagy szódaoldattal semlegesíti. Legyen az anód egy lehető legnagyobb területű nikkellemez, és vegyük az akkumulátort feszültségforrásnak.
Változó ellenállást használva az áramsűrűséget 0,005 A/cm 2 -nek tartjuk. Például 20 cm 2 tárgyfelület esetén 0,1 A áramerősséggel kell dolgozni. Fél óra munka után a tárgy már nikkelezett lesz. Vegyük ki a fürdőből és töröljük át egy ronggyal. A nikkelezési folyamatot azonban jobb nem megszakítani, mert akkor a nikkelréteg passziválódhat, és az ezt követő nikkelbevonat nem tapad jól.
A mechanikus polírozás nélküli tükörfény eléréséhez a galvánfürdőbe úgynevezett fényesítő adalékot viszünk be. Ilyen adalékok közé tartozik például a ragasztó, a zselatin, a cukor. Adhatunk például néhány gramm cukrot egy nikkelfürdőhöz, és tanulmányozhatjuk a hatását.
A vas krómozására szolgáló elektrolit elkészítéséhez (előzetes rézbevonat után) oldjunk fel 40 g CrO 3 króm-anhidridet (Vigyázat! Méreg!) és pontosan 0,5 g kénsavat (semmiképpen se többet!) 100 ml vízben. A folyamat körülbelül 0,1 A/cm 2 áramsűrűséggel megy végbe, és anódként egy ólomlemezt használnak, amelynek területe valamivel kisebb legyen, mint a krómozott felület területe.
A nikkel- és krómfürdőket a legjobb enyhén felmelegíteni (kb. 35 °C-ra). Felhívjuk figyelmét, hogy a krómozáshoz használt elektrolitok, különösen hosszú folyamat és nagy áramerősség esetén, krómsavat tartalmazó gőzöket bocsátanak ki, amelyek nagyon károsak az egészségre. Ezért a krómozást vontatás alatt vagy a szabadban, például erkélyen kell elvégezni.
Krómozásnál (és kisebb mértékben nikkelezésnél is) nem minden áramot használnak fel fémleválasztásra. Ugyanakkor hidrogén szabadul fel. Számos feszültség alapján elvárható lenne, hogy a hidrogén előtt álló fémek egyáltalán ne szabaduljanak fel a vizes oldatokból, hanem éppen ellenkezőleg, kevésbé aktív hidrogén szabaduljon fel. Azonban itt is, akárcsak a fémek anódos oldódásánál, a hidrogén katódos fejlődése gyakran gátolt, és csak nagy feszültségnél figyelhető meg. Ezt a jelenséget hidrogén túlfeszültségnek nevezik, és különösen nagy, például ólom esetében. Ennek a körülménynek köszönhetően az ólom-savas akkumulátor működhet. Akkumulátor töltésekor a PbO 2 helyett a hidrogénnek kell megjelennie a katódon, de a túlfeszültség miatt a hidrogén fejlődése akkor kezdődik meg, amikor az akkumulátor majdnem teljesen feltöltődött.

Fémek elektrokémiai tevékenységsorai (feszültségtartomány, standard elektródpotenciálok tartománya) - sorozat, amelyben a fémek a standard elektrokémiai potenciáljuk φ 0 növelésének sorrendjében vannak elrendezve, ami megfelel a fémkation redukciós félreakciójának Me n+: Me n+ + nē → Me

Számos feszültség jellemzi a fémek összehasonlító aktivitását a vizes oldatok redoxreakcióiban.

Sztori

A fémek elrendeződésének sorrendjét kémiai aktivitásuk változásának sorrendjében az alkimisták már általánosságban ismerték. A fémek oldatokból való kölcsönös kiszorítását és felületi lerakódását (például az ezüst és a réz vassal történő sóoldataiból történő kiszorítását) az elemek transzmutációjának megnyilvánulásaként tekintették.

Később az alkimisták közel kerültek ahhoz, hogy megértsék a fémek oldataikból történő kölcsönös kicsapódásának kémiai oldalát. Így Angelus Sala „Anatomia Vitrioli” (1613) munkájában arra a következtetésre jutott, hogy a kémiai reakciók termékei ugyanazokból az „összetevőkből” állnak, amelyeket az eredeti anyagok tartalmaztak. Ezt követően Robert Boyle hipotézist terjesztett elő azokról az okokról, amelyek miatt az egyik fém kiszorítja a másikat az oldatból, korpuszkuláris koncepciók alapján.

A klasszikus kémia megjelenésének korszakában a reaktivitás megértésének fontos szempontja lett, hogy az elemek képesek egymást kiszorítani a vegyületekből. J. Berzelius az affinitás elektrokémiai elméletére alapozva megalkotta az elemek osztályozását, „metalloidokra” (ma a „nemfémek” kifejezést használják) és „fémekre” bontva, és közéjük hidrogént helyezve.

A kémikusok által régóta ismert fémek egymás kiszorító képessége szerinti sorrendjét N. N. Beketov különösen alaposan és átfogóan tanulmányozta és kiegészítette az 1860-as és az azt követő években. Már 1859-ben jelentést készített Párizsban „Az egyes elemek mások általi elmozdulásának jelenségeinek vizsgálata” témában. Ebben a munkában Beketov számos általánosítást tett az elemek kölcsönös elmozdulása és atomi tömege közötti kapcsolatról, összekapcsolva ezeket a folyamatokat a „ az elemek eredeti kémiai tulajdonságai – amit kémiai affinitásnak nevezünk". Beketov felfedezése a fémek sóoldataiból nyomás alatti hidrogénnel történő kiszorításáról, valamint az alumínium, a magnézium és a cink redukáló aktivitásának tanulmányozása magas hőmérsékleten (metallotermia) lehetővé tette számára, hogy hipotézist terjesztsen elő az egyes vegyületek képessége közötti összefüggésről. elemeket, hogy sűrűségükkel kiszorítsanak másokat a vegyületekből: a könnyebb egyszerű anyagok több nehezet is képesek kiszorítani (ezért ezt a sorozatot gyakran ún. Beketov elmozdulási sorozata, vagy egyszerűen Beketov sorozat).

Anélkül, hogy tagadnánk Beketov jelentős érdemeit a fémek tevékenységsorozatával kapcsolatos modern elképzelések kidolgozásában, hibásnak kell tekinteni azt az elképzelést, hogy ő a sorozat egyetlen alkotója, amely a hazai népszerű és ismeretterjesztő irodalomban létezik. A 19. század végén szerzett számos kísérleti adat megcáfolta Beketov hipotézisét. Így William Odling leírta a „tevékenység megfordításának” sok esetét. Például a réz kiszorítja az ónt a tömény savanyított SnCl 2 oldatból és az ólmot a savas PbCl 2 oldatból; tömény sósavban is képes feloldódni hidrogén felszabadulásával. A réz, az ón és az ólom a kadmium jobb oldalán található, de kiszoríthatja azt a forrásban lévő, enyhén savanyított CdCl 2 oldatból.

Az elméleti és kísérleti fizikai kémia rohamos fejlődése a fémek kémiai aktivitásában mutatkozó különbségek másik okára mutatott rá. Az elektrokémia modern koncepcióinak kifejlesztésével (főleg Walter Nernst munkáiban) világossá vált, hogy ez a sorrend megfelel a „feszültségek sorozatának” - a fémek elrendezésének a szabványos elektródpotenciálok értéke szerint. Így a minőségi jellemző – a fém és ionjának bizonyos reakciókra való „hajlama” – helyett Nerst egy pontos mennyiségi értéket vezetett be, amely jellemzi az egyes fémek azon képességét, hogy ionok formájában oldódnak, illetve redukálódnak. ionoktól az elektródán lévő fémig, és a megfelelő sorozat kapta a nevet standard elektródpotenciálok tartománya.

Elméleti alap

Az elektrokémiai potenciálok értékei sok változó függvényei, és ezért összetett függőséget mutatnak a fémek periódusos rendszerbeli helyzetétől. Így a kationok oxidációs potenciálja növekszik a fém porlasztási energiájának növekedésével, atomjai teljes ionizációs potenciáljának növekedésével és kationjai hidratációs energiájának csökkenésével.

A legáltalánosabb formában egyértelmű, hogy a periódusok elején található fémeket alacsony elektrokémiai potenciálok jellemzik, és a feszültségsor bal oldalán foglalnak helyet. Ebben az esetben az alkáli- és alkáliföldfémek váltakozása az átlós hasonlóság jelenségét tükrözi. A periódusok közepéhez közelebb eső fémeket nagy potenciálértékek jellemzik, és a sor jobb felében foglalnak helyet. Az elektrokémiai potenciál következetes növekedése (–3,395 V-ról az Eu 2+ /Eu esetében [ ] +1,691 V-ra az Au + /Au pár esetében) a fémek redukáló aktivitásának csökkenését (az elektronok adományozásának képességét) és kationjaik oxidációs képességének növekedését (az elektronszerzés képességét) tükrözi. Így a legerősebb redukálószer a fémes európium, a legerősebb oxidálószer pedig az Au+ aranykationok.

A hidrogén hagyományosan szerepel a feszültségsorokban, mivel a fémek elektrokémiai potenciáljának gyakorlati mérése szabványos hidrogénelektróddal történik.

Feszültségtartomány gyakorlati alkalmazása

A gyakorlatban számos feszültséget használnak a fémek kémiai aktivitásának összehasonlító [relatív] értékelésére sók és savak vizes oldataival való reakciókban, valamint az elektrolízis során zajló katódos és anódos folyamatok értékelésére:

• A hidrogéntől balra lévő fémek erősebb redukálószerek, mint a jobb oldali fémek: ez utóbbiakat kiszorítják a sóoldatokból. Például a Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu kölcsönhatás csak előrefelé lehetséges.
• A hidrogéntől balra lévő sorban lévő fémek kiszorítják a hidrogént, amikor kölcsönhatásba lépnek nem oxidáló savak vizes oldataival; a legaktívabb fémek (alumíniumig) - és vízzel való kölcsönhatás esetén.
• A hidrogéntől jobbra lévő sorozat fémei normál körülmények között nem lépnek kölcsönhatásba nem oxidáló savak vizes oldataival.
• Az elektrolízis során a hidrogéntől jobbra lévő fémek szabadulnak fel a katódon; a mérsékelten aktív fémek redukciója hidrogén felszabadulásával jár; A legaktívabb fémek (alumíniumig) normál körülmények között nem izolálhatók vizes sóoldatokból.

Fémek elektrokémiai potenciáljainak táblázata

Fém	Kation	φ 0, V	Reakcióképesség	Elektrolízis (a katódon):
	Li+	-3,0401	vízzel reagál	hidrogén szabadul fel
	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	reagál savak vizes oldataival
	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
	Vö. 2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	3+ vagyok	-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
	Vö. 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Th 4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	Legyen 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	MD 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		versengő reakciók: mind a hidrogén felszabadulása, mind a tiszta fém felszabadulása
	Hf 4+	-1,55
	Zr 4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	Nem 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

Fém feszültségtartomány- ez a fémek sorozata, amelyek standard elektródpotenciáljuk () növekvő sorrendjében vannak elrendezve. Egy fém helyzete a feszültségsorokban jelzi redox képességeit más fémekkel és kationjaikkal szemben az elektrolitoldatokban, azaz a sókkal és bázisokkal történő reakciókban. És nem fémekkel is, ha ezek a reakciók vizes oldatokban fordulnak elő; különösen az ilyen folyamatok közé tartoznak a fémek korróziós folyamatai ().

A feszültségek sorozatában:

1) Csökken a fémek redukáló képessége.

2) Növekszik az oxidációs kapacitás. Ennek következtében azok a fémek, amelyek a hidrogén előtti feszültségsorban vannak, kiszorítják azt a savak (nem oxidálószerek) oldataiból.

3) A sorozatban balra álló (alacsonyabb potenciálú) fémek kiszorítják a jobbra álló (nagyobb potenciálú) fémeket sóik oldatából.

4) A Mg-ig terjedő feszültségtartományba eső fémek (amelyek ) kiszorítják a hidrogént a vízből.

Az elektródpotenciál értéke tehát meghatározza a fémek redox képességeit egymáshoz, illetve a H-hoz és az elektrolitokban található kationokhoz viszonyítva.

Elektródapotenciálok mérése. Szabványos elektródpotenciálok sora, hidrogénelektróda.

Az elektródpotenciál abszolút értékét szinte lehetetlen megmérni. Ebben a vonatkozásban az elektródpotenciál mérése egy galvanikus cella EMF-jének mérésével történik, amely a vizsgált elektródából és az elektródpotenciálból áll, amelynek potenciálja ismert. A standard elektródpotenciált a vizsgált elektródából és egy standard hidrogénelektródából álló galvánelem emf értéke határozza meg, amelynek potenciálját hagyományosan nullának tekintjük.

Szabványos hidrogénelektróda– Ez egy normál körülmények között működő rendszer, amely egy szivacslemezből áll, amelynek pórusaiba hidrogént pumpálnak, és egy mólos kénsav H 2 SO 4 oldatába helyezik, amelynek C(H +) = 1 mol/kg.

Egy ilyen elektróda körülményeinek szabványosítása és potenciáljának reprodukálása nehéz feladat, ezért ezt az elektródát meteorológiai célokra használják. A laboratóriumi gyakorlatban segédelektródákat használnak az elektródpotenciálok mérésére.

Példa: kalomelelektród - Hg,HgCl/Cl - ;

ezüst klór – Ag, AgCl/Cl – stb.

Ezen elektródák potenciálja stabilan reprodukálódik, azaz tárolás és működés közben is megőrzi értékét.