Քիմիական ռեակցիաներում մետաղները միշտ վերականգնող նյութեր են: Մետաղի կրճատման ակտիվությունը արտացոլվում է էլեկտրաքիմիական լարման շարքում նրա դիրքով:

Շարքի հիման վրա կարելի է անել հետևյալ եզրակացությունները.

1. Որքան ձախ կողմում է մետաղը այս շարքում, այնքան ավելի հզոր է այն նվազեցնող նյութը:

2. Յուրաքանչյուր մետաղ ի վիճակի է լուծույթի աղերից հեռացնել այն մետաղները, որոնք գտնվում են աջ կողմում

2Fe + 3CuSO 4 → 3Cu + Fe 2 (SO 4) 3

3. Մետաղները, որոնք գտնվում են ջրածնի ձախ լարման շարքում, կարողանում են այն հեռացնել թթուներից:

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

4. Մետաղները, որոնք ամենաուժեղ վերականգնող նյութերն են (ալկալիներ և հողալկալիներ) ցանկացած ջրային լուծույթներում նախ արձագանքում են ջրի հետ:

Էլեկտրաքիմիական շարքով որոշված ​​մետաղի նվազեցման ունակությունը միշտ չէ, որ համապատասխանում է պարբերական համակարգում նրա դիրքին, քանի որ լարման շարքը հաշվի է առնում ոչ միայն ատոմի շառավիղը, այլև էլեկտրոնների աբստրակցիայի էներգիան:

Ալդեհիդները, դրանց կառուցվածքը և հատկությունները: Ֆորմի և ացետալդեհիդների պատրաստում և օգտագործում:

Ալդեհիդները օրգանական միացություններ են, որոնց մոլեկուլները ներառում են ջրածնի հետ կապված կարբոնիլ խումբ և ածխաջրածնային ռադիկալ։

Մեթանալ (ֆորմալդեհիդ)

Ֆիզիկական հատկություններ

Մեթանալ՝ գազային նյութ, ջրային լուծույթ՝ ֆորմալին

Քիմիական հատկություններ

Ալդեհիդների ռեագենտը Cu(OH) 2 է

Դիմում

Առավել լայնորեն օգտագործվում են մեթանալը և էթանալը: Մեծ քանակությամբ մեթանալ է օգտագործվում ֆենոլ-ֆորմալդեհիդային խեժ ստանալու համար, որը ստացվում է մեթանալը ֆենոլի հետ փոխազդելու արդյունքում։ Այս խեժն անհրաժեշտ է տարբեր պլաստմասսաների արտադրության համար։ Ֆենոլ-ֆորմալդեհիդային խեժից պատրաստված պլաստմասսաները տարբեր լցանյութերի հետ համատեղ կոչվում են ֆենոլներ: Ֆենոլ-ֆորմալդեհիդային խեժը ացետոնի կամ սպիրտի մեջ լուծելով, ստացվում են տարբեր լաքեր։ Երբ մեթանալը փոխազդում է միզանյութի CO(NH 2) 2-ի հետ, ստացվում է կարբիդային խեժ, և դրանից պատրաստվում են ամինոպլաստներ։ Այս պլաստմասսայից միկրոծակոտկեն նյութեր են պատրաստվում էլեկտրատեխնիկայի կարիքների համար։Մեթանալը նաև օգտագործվում է որոշ բուժիչ նյութերի և ներկանյութերի արտադրության մեջ։ Զանգվածային ֆրակցիաներում 40% մեթան պարունակող ջրային լուծույթը լայնորեն կիրառվում է։ Այն կոչվում է ֆորմալին: Դրա օգտագործումը հիմնված է սպիտակուցները ծալելու ունակության վրա:

Անդորրագիր

Ալդեհիդները ստացվում են ալկանների և սպիրտների օքսիդացումից։ Էթանալն առաջանում է էթինի խոնավացման և էթենի օքսիդացման արդյունքում։

Տոմս թիվ 12

Երրորդ շրջանի քիմիական տարրերի ավելի բարձր օքսիդներ. Պարբերական աղյուսակում քիմիական տարրերի դիրքի հետ կապված դրանց հատկությունների չափման օրինաչափությունները: Օքսիդների բնորոշ քիմիական հատկությունները՝ հիմնային, ամֆոտերային, թթվային։

Օքսիդներ- դրանք բարդ նյութեր են, որոնք բաղկացած են երկու քիմիական տարրից, որոնցից մեկը թթվածին է՝ «-2» օքսիդացման աստիճանով։

Երրորդ շրջանի օքսիդները ներառում են.
Na 2 O, MgO, Al 2 O 3, SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7:

Տարրերի օքսիդացման աստիճանի բարձրացմամբ օքսիդների թթվային հատկությունները մեծանում են։

Na 2 O, MgO - հիմնական օքսիդներ

Al 2 O 3 - ամֆոտերային օքսիդ

SiO 2 , P 2 O 5 , SO 3 , Cl 2 O 7 – թթվային օքսիդներ:

Հիմնական օքսիդները փոխազդում են թթուների հետ՝ առաջացնելով աղ և ջուր։

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

Ալկալիների և հողալկալիական մետաղների օքսիդները փոխազդում են ջրի հետ՝ առաջացնելով ալկալի:

Na 2 O + HOH → 2NaOH

Հիմնական օքսիդները փոխազդում են թթվային օքսիդների հետ՝ առաջացնելով աղ։
Na 2 O + SO 2 → Na 2 SO 3
Թթվային օքսիդները փոխազդում են ալկալիների հետ՝ առաջացնելով աղ և ջուր

2NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O

Փոխազդում է ջրի հետ՝ առաջացնելով թթու

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Ամֆոտերային օքսիդները փոխազդում են թթուների և ալկալիների հետ

Al 2 O 3 + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 O

Ալկալիով

Al 2 O 3 + 2NaOH → 2NaAlO 2 + H 2 O

Ճարպեր, դրանց հատկությունները և կազմը. Ճարպերը բնության մեջ, ճարպերի փոխակերպում մարմնում. Ճարպերի տեխնիկական վերամշակման արտադրանք, սինթետիկ լվացող միջոցների հասկացություն. Պաշտպանել բնությունը SMS աղտոտումից.

Ճարպերգլիցերինի և կարբոքսիլաթթուների եթերներ են։

Ճարպերի ընդհանուր բանաձևը.

Պինդ ճարպերը ձևավորվում են հիմնականում ավելի բարձր հագեցած կարբոքսիլաթթուներով՝ ստեարիկ C 17 H 35 COOH, պալմիտիկ C 15 H 31 COOH և մի քանի ուրիշներ: Հեղուկ ճարպերը ձևավորվում են հիմնականում ավելի բարձր չհագեցած կարբոքսիլաթթուներով՝ օլեինով C17H33COOH, լենոլիկ C17H31COOH

Ճարպերը ածխաջրածինների և սպիտակուցների հետ միասին կենդանիների և բույսերի օրգանիզմների մի մասն են։ Դրանք մարդու և կենդանիների սննդի կարևոր մասն են: Երբ ճարպերը օքսիդացվում են, էներգիան ազատվում է մարմնում: Երբ ճարպերը մտնում են մարսողական օրգաններ, ֆերմենտների ազդեցությամբ դրանք հիդրոլիզվում են գլիցերինի և համապատասխան թթուների։

Հիդրոլիզի արտադրանքը ներծծվում է աղիքային վիլլի կողմից, իսկ հետո սինթեզվում է, բայց արդեն օրգանիզմին բնորոշ ճարպը։ Ճարպերը արյան միջոցով տեղափոխվում են մարմնի այլ օրգաններ և հյուսվածքներ, որտեղ դրանք կուտակվում կամ նորից հիդրոլիզվում են և աստիճանաբար օքսիդանում՝ դառնալով ածխածնի մոնօքսիդ (IV) և ջուր։

Ֆիզիկական հատկություններ.

Կենդանական ճարպերը հիմնականում պինդ նյութեր են, բայց կան նաև հեղուկներ (ձկան յուղ)։ Բուսական ճարպերը ամենից հաճախ հեղուկ նյութեր են՝ յուղեր; Հայտնի են նաև պինդ բուսական ճարպերը՝ կոկոսի յուղը:

Քիմիական հատկություններ.

Կենդանական օրգանիզմների ճարպերը հիդրոլիզվում են ֆերմենտների առկայությամբ։ Բացի ջրի հետ ռեակցիաներից, ճարպերը փոխազդում են ալկալիների հետ:

Բուսական յուղերը պարունակում են չհագեցած կարբոքսիլաթթուների եթերներ և կարող են ենթարկվել հիդրոգենացման։ Նրանք վերածվում են վերջնական կապերի
Օրինակ՝ Մարգարինը արտադրվում է արդյունաբերական եղանակով՝ բուսական յուղից:

Դիմում.
Ճարպերը հիմնականում օգտագործվում են որպես սննդամթերք։ Նախկինում ճարպերն օգտագործում էին օճառ պատրաստելու համար
Սինթետիկ լվացող միջոցներ.

Սինթետիկ լվացող միջոցները վնասակար ազդեցություն են ունենում շրջակա միջավայրի վրա, քանի որ... դրանք կայուն են և դժվար է կոտրվել:

Մետաղները, որոնք հեշտությամբ արձագանքում են, կոչվում են ակտիվ մետաղներ: Դրանք ներառում են ալկալի, հողալկալիական մետաղներ և ալյումին:

Դիրքը պարբերական աղյուսակում

Պարբերական աղյուսակում տարրերի մետաղական հատկությունները նվազում են ձախից աջ: Հետևաբար, I և II խմբերի տարրերը համարվում են ամենաակտիվը:

Բրինձ. 1. Ակտիվ մետաղները պարբերական համակարգում:

Բոլոր մետաղները վերականգնող նյութեր են և հեշտությամբ բաժանվում են էլեկտրոններից արտաքին էներգիայի մակարդակում: Ակտիվ մետաղներն ունեն միայն մեկ կամ երկու վալենտային էլեկտրոն։ Այս դեպքում մետաղական հատկությունները բարձրանում են վերևից ներքև էներգիայի մակարդակների քանակի աճով, քանի որ Որքան հեռու է էլեկտրոնը ատոմի միջուկից, այնքան ավելի հեշտ է նրա առանձնացումը:

Ալկալիական մետաղները համարվում են ամենաակտիվը.

• լիթիում;
• նատրիում;
• կալիում;
• ռուբիդիում;
• ցեզիում;
• ֆրանսերեն

Հողային ալկալային մետաղները ներառում են.

• բերիլիում;
• մագնեզիում;
• կալցիում;
• ստրոնցիում;
• բարիում;
• ռադիում.

Մետաղի ակտիվության աստիճանը կարող է որոշվել մետաղական լարումների էլեկտրաքիմիական շարքով։ Որքան հեռու է տարրը ջրածնի ձախ կողմում, այնքան ավելի ակտիվ է այն: Ջրածնի աջ կողմում գտնվող մետաղներն անգործուն են և կարող են արձագանքել միայն կենտրոնացված թթուների հետ:

Բրինձ. 2. Մետաղների լարումների էլեկտրաքիմիական շարք.

Քիմիայի ակտիվ մետաղների ցանկում ներառված է նաև ալյումինը, որը գտնվում է III խմբում և ջրածնից ձախ։ Այնուամենայնիվ, ալյումինը գտնվում է ակտիվ և միջանկյալ ակտիվ մետաղների սահմանին և նորմալ պայմաններում չի փոխազդում որոշ նյութերի հետ:

Հատկություններ

Ակտիվ մետաղները փափուկ են (կարելի է կտրել դանակով), թեթև և ունեն ցածր հալման ջերմաստիճան։

Մետաղների հիմնական քիմիական հատկությունները ներկայացված են աղյուսակում:

Արձագանք	Հավասարումը	Բացառություն
Ալկալիական մետաղները օդում ինքնաբուխ բռնկվում են թթվածնի հետ փոխազդեցության ժամանակ	K + O 2 → KO 2	Լիթիումը թթվածնի հետ արձագանքում է միայն բարձր ջերմաստիճանի դեպքում
Հողալկալիական մետաղները և ալյումինը օդում ձևավորում են օքսիդ թաղանթներ և տաքանալիս ինքնաբուխ բռնկվում են	2Ca + O 2 → 2CaO
Արձագանքեք պարզ նյութերի հետ՝ առաջացնելով աղեր	Ca + Br 2 → CaBr 2; - 2Al + 3S → Al 2 S 3	Ալյումինը չի փոխազդում ջրածնի հետ
Դաժանորեն արձագանքեք ջրի հետ՝ առաջացնելով ալկալիներ և ջրածին	- Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2	Լիթիումի հետ ռեակցիան դանդաղ է։ Ալյումինը ջրի հետ արձագանքում է միայն օքսիդի թաղանթը հեռացնելուց հետո
Արձագանքեք թթուների հետ՝ առաջացնելով աղեր	Ca + 2HCl → CaCl 2 + H 2; 2K + 2HMnO 4 → 2KMnO 4 + H 2
Փոխազդեք աղի լուծույթների հետ՝ նախ արձագանքելով ջրի, ապա աղի հետ	2Na + CuCl 2 + 2H 2 O: 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2; - 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

Ակտիվ մետաղները հեշտությամբ արձագանքում են, ուստի բնության մեջ դրանք հանդիպում են միայն խառնուրդներում՝ հանքանյութերում, ապարներում։

Բրինձ. 3. Հանքանյութեր և մաքուր մետաղներ.

Ի՞նչ ենք մենք սովորել:

Ակտիվ մետաղները ներառում են I և II խմբերի տարրեր՝ ալկալային և հողալկալիական մետաղներ, ինչպես նաև ալյումին։ Նրանց ակտիվությունը որոշվում է ատոմի կառուցվածքով՝ մի քանի էլեկտրոն հեշտությամբ բաժանվում են արտաքին էներգիայի մակարդակից։ Սրանք փափուկ թեթև մետաղներ են, որոնք արագ արձագանքում են պարզ և բարդ նյութերի հետ՝ առաջացնելով օքսիդներ, հիդրօքսիդներ և աղեր։ Ալյումինը ավելի մոտ է ջրածնին, և նրա ռեակցիան նյութերի հետ պահանջում է լրացուցիչ պայմաններ՝ բարձր ջերմաստիճան, օքսիդի թաղանթի ոչնչացում։

Թեստ թեմայի շուրջ

Հաշվետվության գնահատում

Միջին գնահատականը: 4.4. Ստացված ընդհանուր գնահատականները՝ 339:

Գրոսսե Է., Վայսմանտել Հ.

Քիմիա հետաքրքրասերների համար. Քիմիայի հիմունքներ և զվարճալի փորձեր.

Գլուխ 3 (շարունակություն)

ՄԵՏԱՂՆԵՐԻ ԷԼԵԿՏՐԱՔԻՄԻԱՅԻ ՓՈՔՐ ԴԱՍԸՆԹԱՑ

Մենք արդեն ծանոթացել ենք ալկալիական մետաղների քլորիդների լուծույթների էլեկտրոլիզին և հալոցքների միջոցով մետաղների արտադրությանը։ Այժմ փորձենք օգտագործել մի քանի պարզ փորձեր՝ ուսումնասիրելու ջրային լուծույթների և գալվանական բջիջների էլեկտրաքիմիայի որոշ օրենքներ, ինչպես նաև ծանոթանալ պաշտպանիչ գալվանական ծածկույթների արտադրությանը։
Էլեկտրաքիմիական մեթոդները կիրառվում են ժամանակակից անալիտիկ քիմիայում և ծառայում են տեսական քիմիայի կարևորագույն քանակությունների որոշմանը։
Վերջապես, մետաղական առարկաների կոռոզիան, որը մեծ վնաս է հասցնում ազգային տնտեսությանը, շատ դեպքերում էլեկտրաքիմիական գործընթաց է։

ՄԵՏԱՂՆԵՐ ՍԹՐԵՍ ՇԱՐՔ

Էլեկտրաքիմիական գործընթացները հասկանալու հիմնական օղակը մետաղների լարման շարքն է: Մետաղները կարող են դասավորվել մի շարքով, որը սկսվում է քիմիապես ակտիվով և ավարտվում ամենաքիչ ակտիվ ազնիվ մետաղներով.
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.
Սա, ըստ վերջին գաղափարների, ամենակարևոր մետաղների և ջրածնի լարումների շարք է։ Եթե ​​գալվանական բջիջի էլեկտրոդները պատրաստված են անընդմեջ ցանկացած երկու մետաղից, ապա շարքին նախորդող նյութի վրա բացասական լարում կհայտնվի:
Լարման արժեքը ( էլեկտրաքիմիական ներուժ) կախված է տարրի դիրքից լարման շարքում և էլեկտրոլիտի հատկություններից։
Մենք կհաստատենք լարման շարքի էությունը մի քանի պարզ փորձերից, որոնց համար մեզ անհրաժեշտ կլինի հոսանքի աղբյուր և էլեկտրական չափիչ գործիքներ։ Մոտ 10 գ բյուրեղային պղնձի սուլֆատ լուծեք 100 մլ ջրի մեջ և լուծույթի մեջ ընկղմեք պողպատե ասեղ կամ երկաթե թերթիկի կտոր։ (Խորհուրդ ենք տալիս նախ մաքրել արդուկը, մինչև այն փայլի նուրբ հղկաթուղթով:) Կարճ ժամանակ անց արդուկը ծածկվելու է բաց թողնված պղնձի կարմրավուն շերտով: Ավելի ակտիվ երկաթը հեռացնում է պղնձը լուծույթից, երկաթը լուծվում է որպես իոններ, իսկ պղինձը ազատվում է որպես մետաղ: Գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ լուծույթը շփվում է երկաթի հետ։ Երբ պղինձը ծածկում է երկաթի ամբողջ մակերեսը, այն գործնականում կդադարի: Այս դեպքում ձևավորվում է պղնձի բավականին ծակոտկեն շերտ, ուստի պաշտպանիչ ծածկույթները հնարավոր չէ ձեռք բերել առանց հոսանքի օգտագործման:
Հետևյալ փորձերում մենք ցինկի և կապարի թիթեղների փոքր շերտերը կիջեցնենք պղնձի սուլֆատի լուծույթի մեջ: 15 րոպե հետո հանում ենք, լվանում ու մանրադիտակի տակ զննում։ Մենք կարող ենք նկատել գեղեցիկ սառույցի նմանվող նախշեր, որոնք արտացոլված լույսի ներքո կարմիր գույն ունեն և կազմված են արձակված պղնձից։ Այստեղ նույնպես ավելի ակտիվ մետաղները պղինձը իոնայինից վերածում էին մետաղական վիճակի։
Իր հերթին, պղինձը կարող է տեղահանել մետաղները, որոնք ավելի ցածր են լարման շարքում, այսինքն, ավելի քիչ ակտիվ: Մի քանի կաթիլ արծաթի նիտրատի լուծույթ քսեք պղնձե թերթիկի բարակ շերտի կամ հարթեցրած պղնձե մետաղալարի վրա (նախապես մակերեսը փայլեցնելով): Անզեն աչքով դուք կարող եք տեսնել ստացված սևավուն ծածկույթը, որն արտացոլված լույսի մանրադիտակի տակ կարծես բարակ ասեղներ և բույսերի նախշեր (այսպես կոչված, դենդրիտներ):
Ցինկն առանց հոսանքի մեկուսացնելու համար անհրաժեշտ է ավելի ակտիվ մետաղ օգտագործել։ Բացառելով մետաղները, որոնք դաժանորեն արձագանքում են ջրի հետ, մենք գտնում ենք մագնեզիում ցինկի վերևում գտնվող լարման շարքում: Տեղադրեք մի քանի կաթիլ ցինկի սուլֆատի լուծույթ մագնեզիումի ժապավենի կամ բարակ էլեկտրոնային սալերի վրա: Ցինկի սուլֆատի լուծույթ ենք ստանում նոսր ծծմբաթթվի մեջ ցինկի մի կտոր լուծելով։ Ցինկի սուլֆատի հետ մեկտեղ ավելացրեք մի քանի կաթիլ դենատուրացված ալկոհոլ: Մագնեզիումի վրա կարճ ժամանակ անց մենք կնկատենք, հատկապես մանրադիտակի տակ, բարակ բյուրեղների տեսքով արտազատվող ցինկ։
Ընդհանուր առմամբ, լարման շարքի ցանկացած անդամ կարող է տեղահանվել լուծույթից, որտեղ այն գոյություն ունի որպես իոն, և փոխակերպվել մետաղական վիճակի: Այնուամենայնիվ, երբ փորձում ենք բոլոր տեսակի համակցություններ, մենք կարող ենք հիասթափվել: Թվում է, թե եթե ալյումինի շերտը ընկղմվի պղնձի, երկաթի, կապարի և ցինկի աղերի լուծույթների մեջ, ապա այդ մետաղները պետք է ազատվեն դրա վրա։ Բայց սա, սակայն, չի լինում։ Խափանման պատճառը ոչ թե լարման շարքի սխալի մեջ է, այլ հիմնված է ռեակցիայի հատուկ արգելակման վրա, որն այս դեպքում պայմանավորված է ալյումինի մակերևույթի վրա բարակ օքսիդ թաղանթով: Նման լուծումներում ալյումինը կոչվում է պասիվ:

ԵԿԵՔ ՆԱՅԵՆՔ ԿՈՒԼԻՍՆԵՐԻՆ

Ընթացիկ գործընթացների օրենքները ձևակերպելու համար մենք կարող ենք սահմանափակվել կատիոնների դիտարկմամբ և բացառել անիոնները, քանի որ նրանք իրենք չեն մասնակցում ռեակցիային: (Սակայն նստվածքի արագության վրա ազդում է անիոնների տեսակը:) Եթե պարզության համար ենթադրենք, որ և՛ նստվածքը, և՛ լուծված մետաղները արտադրում են կրկնակի լիցքավորված կատիոններ, ապա կարող ենք գրել.

Me 1 + Me 2 2+ = Me 1 2+ + Me 2

Ավելին, առաջին փորձի համար Me 1 = Fe, Me 2 = Cu:
Այսպիսով, գործընթացը բաղկացած է լիցքերի (էլեկտրոնների) փոխանակումից երկու մետաղների ատոմների և իոնների միջև: Եթե ​​առանձին-առանձին դիտարկենք (որպես միջանկյալ ռեակցիաներ) երկաթի տարրալուծումը կամ պղնձի տեղումները, ապա կստանանք.

Fe = Fe 2+ + 2 ե --

Cu 2+ + 2 ե-- = Cu

Այժմ դիտարկենք այն դեպքը, երբ մետաղը ընկղմված է ջրի կամ աղի լուծույթի մեջ, որի կատիոնի հետ փոխանակումն անհնար է լարվածության շարքում իր դիրքի պատճառով։ Չնայած դրան, մետաղը հակված է լուծույթի անցնել իոնի տեսքով: Այս դեպքում մետաղի ատոմը տալիս է երկու էլեկտրոն (եթե մետաղը երկվալենտ է), լուծույթի մեջ ընկղմված մետաղի մակերեսը լուծույթի համեմատ դառնում է բացասական լիցքավորված, իսկ միջերեսում առաջանում է կրկնակի էլեկտրական շերտ։ Այս պոտենցիալ տարբերությունը կանխում է մետաղի հետագա տարրալուծումը, այնպես որ գործընթացը շուտով դադարում է:
Եթե ​​երկու տարբեր մետաղներ ընկղմվեն լուծույթի մեջ, երկուսն էլ կլիցքավորվեն, բայց պակաս ակտիվը որոշ չափով ավելի թույլ կլինի, քանի որ նրա ատոմներն ավելի քիչ են հակված էլեկտրոններ կորցնելուն:
Երկու մետաղներն էլ միացնենք հաղորդիչով։ Պոտենցիալ տարբերության պատճառով էլեկտրոնների հոսքը կհոսի ավելի ակտիվ մետաղից դեպի պակաս ակտիվը, որը կազմում է տարրի դրական բևեռը: Գործընթաց է տեղի ունենում, երբ ավելի ակտիվ մետաղը մտնում է լուծույթ, և լուծույթից կատիոնները ազատվում են ավելի ազնիվ մետաղի վրա: Այժմ մի քանի փորձերով ցույց տանք վերը բերված փոքր-ինչ վերացական պատճառաբանությունը (որն ավելին ներկայացնում է կոպիտ պարզեցում):
Նախ 250 մլ տարողությամբ գավաթը մինչև մեջտեղը լցրեք ծծմբաթթվի 10% լուծույթով և մեջը ընկղմեք ցինկի և պղնձի ոչ շատ փոքր կտորներ։ Երկու էլեկտրոդներին էլ պղնձե մետաղալար ենք զոդում կամ գամում, որոնց ծայրերը չպետք է դիպչեն լուծույթին։
Քանի դեռ լարերի ծայրերը միացված չեն միմյանց, մենք կդիտարկենք ցինկի տարրալուծումը, որն ուղեկցվում է ջրածնի արտազատմամբ։ Ցինկը, ինչպես հետևում է լարման շարքից, ավելի ակտիվ է, քան ջրածինը, ուստի մետաղը կարող է ջրածինը հեռացնել իոնային վիճակից: Երկու մետաղների վրա էլ ձևավորվում է էլեկտրական կրկնակի շերտ։ Էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերությունը հայտնաբերելու ամենահեշտ ձևը վոլտմետրն է: Սարքը միացումին միացնելուց անմիջապես հետո սլաքը ցույց կտա մոտավորապես 1 Վ, բայց հետո լարումը արագ կիջնի: Եթե ​​տարրին միացնեք փոքր լամպ, որը սպառում է 1 Վ, այն կլուսավորվի՝ սկզբում բավականին ուժեղ, իսկ հետո փայլը կդառնա թույլ:
Ելնելով սարքի տերմինալների բևեռականությունից, մենք կարող ենք եզրակացնել, որ պղնձի էլեկտրոդը դրական բևեռ է: Դա կարելի է ապացուցել առանց սարքի, հաշվի առնելով գործընթացի էլեկտրաքիմիան: Փոքր բաժակի կամ փորձանոթի մեջ պատրաստենք կերակրի աղի հագեցած լուծույթ, ավելացնենք ֆենոլֆթալեինի ցուցիչի մոտ 0,5 մլ ալկոհոլային լուծույթ և լուծույթի մեջ ընկղմենք մետաղալարով փակված երկու էլեկտրոդները։ Բացասական բևեռի մոտ կնկատվի թույլ կարմրավուն գույն, որն առաջանում է կաթոդում նատրիումի հիդրօքսիդի գոյացմամբ։
Այլ փորձերի ժամանակ կարելի է խցում տեղադրել տարբեր զույգ մետաղներ և որոշել ստացված լարումը։ Օրինակ, մագնեզիումը և արծաթը կտան հատկապես մեծ պոտենցիալ տարբերություն՝ կապված նրանց և մի շարք լարումների միջև զգալի հեռավորության վրա, մինչդեռ ցինկը և երկաթը, ընդհակառակը, կտան շատ փոքր՝ վոլտի տասներորդից պակաս: Օգտագործելով ալյումին, մենք գործնականում հոսանք չենք ստանա պասիվացման պատճառով։
Այս բոլոր տարրերը կամ, ինչպես ասում են էլեկտրաքիմիկոսները, սխեմաները, ունեն այն թերությունը, որ հոսանքը չափելիս դրանց վրայի լարումը շատ արագ իջնում ​​է։ Հետևաբար, էլեկտրաքիմիկոսները միշտ չափում են լարման իրական մեծությունը անջատված վիճակում՝ օգտագործելով լարման փոխհատուցման մեթոդը, այսինքն՝ համեմատելով այն մեկ այլ հոսանքի աղբյուրի լարման հետ։
Եկեք մի փոքր ավելի մանրամասն քննարկենք պղինձ-ցինկ տարրի գործընթացները: Կաթոդում ցինկը մտնում է լուծույթ հետևյալ հավասարման համաձայն.

Zn = Zn 2+ + 2 ե --

Ծծմբաթթվի ջրածնի իոնները արտանետվում են պղնձի անոդում: Նրանք ցինկի կաթոդից մետաղալարով եկող էլեկտրոններ են կապում և արդյունքում առաջանում են ջրածնի պղպջակներ.

2H + + 2 ե-- = N 2

Կարճ ժամանակ անց պղինձը ծածկվելու է ջրածնի փուչիկների բարակ շերտով։ Այս դեպքում պղնձի էլեկտրոդը կվերածվի ջրածնի, և պոտենցիալ տարբերությունը կնվազի։ Այս գործընթացը կոչվում է էլեկտրոդների բևեռացում: Պղնձի էլեկտրոդի բևեռացումը կարելի է վերացնել՝ լարման անկումից հետո բջիջին մի փոքր կալիումի դիքրոմատի լուծույթ ավելացնելով։ Դրանից հետո լարումը կրկին կբարձրանա, քանի որ կալիումի երկքրոմատը ջրածինը կօքսիդացնի ջրի մեջ: Կալիումի դիքրոմատը այս դեպքում գործում է որպես ապաբևեռացնող:
Գործնականում օգտագործվում են գալվանական սխեմաներ, որոնց էլեկտրոդները բևեռացված չեն, կամ սխեմաներ, որոնց բևեռացումը կարելի է վերացնել՝ ավելացնելով ապաբևեռացնողներ։
Որպես չբևեռացվող տարրի օրինակ դիտարկենք Դանիել տարրը, որը նախկինում հաճախ օգտագործվում էր որպես ընթացիկ աղբյուր։ Սա նույնպես պղինձ-ցինկ տարր է, բայց երկու մետաղներն էլ ընկղմված են տարբեր լուծույթների մեջ։ Ցինկի էլեկտրոդը տեղադրվում է ծակոտկեն կավե խցիկում, որը լցված է նոսր (մոտ 20%) ծծմբաթթվով։ Կավե բջիջը կասեցված է մեծ ապակու մեջ, որը պարունակում է պղնձի սուլֆատի խտացված լուծույթ, իսկ ստորին մասում կա պղնձի սուլֆատի բյուրեղների շերտ: Այս նավի երկրորդ էլեկտրոդը պղնձի թերթիկից պատրաստված գլան է:
Այս տարրը կարելի է պատրաստել ապակե բանկաից, կոմերցիոն հասանելի կավե բջիջից (ծայրահեղ դեպքերում մենք օգտագործում ենք ծաղկաման՝ փակելով ներքևի անցքը) և համապատասխան չափի երկու էլեկտրոդից։
Տարրի շահագործման ընթացքում ցինկը լուծարվում է, առաջացնելով ցինկի սուլֆատ, իսկ պղնձի իոններն ազատվում են պղնձի էլեկտրոդում: Բայց միևնույն ժամանակ, պղնձի էլեկտրոդը բևեռացված չէ, և տարրը արտադրում է մոտ 1 Վ լարում: Իրականում, տեսականորեն, տերմինալների լարումը 1,10 Վ է, բայց հոսանք հավաքելիս մենք չափում ենք մի փոքր ավելի ցածր արժեք էլեկտրականության պատճառով: բջջի դիմադրություն.
Եթե ​​հոսանքը չհեռացնենք տարերքից, ապա պետք է հանենք ցինկի էլեկտրոդը ծծմբաթթվի լուծույթից, քանի որ հակառակ դեպքում այն ​​կլուծվի՝ առաջացնելով ջրածին։
Պարզ բջիջի դիագրամ, որը չի պահանջում ծակոտկեն միջնորմ, ներկայացված է նկարում: Ցինկի էլեկտրոդը գտնվում է ապակե տարայի վերին մասում, իսկ պղնձի էլեկտրոդը՝ ներքևի մոտ։ Ամբողջ բջիջը լցված է կերակրի աղի հագեցած լուծույթով։ Տեղադրեք մի բուռ պղնձի սուլֆատի բյուրեղներ բանկայի հատակին: Ստացված պղնձի սուլֆատի խտացված լուծույթը շատ դանդաղ խառնվելու է սեղանի աղի լուծույթին: Հետևաբար, երբ բջիջը գործի, պղնձի էլեկտրոդի վրա պղինձ կթողարկվի, իսկ ցինկը կլուծվի սուլֆատի կամ քլորիդի տեսքով բջջի վերին մասում:
Մեր օրերում մարտկոցներն օգտագործում են գրեթե բացառապես չոր բջիջներ, որոնք ավելի հարմար են օգտագործել։ Նրանց նախահայրը Leclanche տարրն է: Էլեկտրոդները ցինկի մխոց են և ածխածնի ձող: Էլեկտրոլիտը մածուկ է, որը հիմնականում բաղկացած է ամոնիումի քլորիդից։ Ցինկը լուծվում է մածուկի մեջ, իսկ ածխի վրա ջրածինը ազատվում է։ Բևեռացումից խուսափելու համար ածխածնի ձողը թաթախում են սպիտակեղենի տոպրակի մեջ, որը պարունակում է ածխի փոշու և պիրոլուզիտի խառնուրդ: Ածխածնի փոշին մեծացնում է էլեկտրոդի մակերեսը, իսկ պիրոլուզիտը հանդես է գալիս որպես ապաբևեռացնող՝ դանդաղորեն օքսիդացնելով ջրածինը։
Ճիշտ է, պիրոլուզիտի ապաբևեռացման ունակությունը ավելի թույլ է, քան նախկինում նշված կալիումի դիքրոմատը: Հետևաբար, երբ հոսանք է ստացվում չոր խցերում, լարումը արագ իջնում ​​է. հոգնել«բևեռացման պատճառով: Միայն որոշ ժամանակ անց ջրածնի օքսիդացում է տեղի ունենում պիրոլուզիտի հետ: Այսպիսով, տարրերը»: հանգստանալով«, եթե որոշ ժամանակ հոսանքը չեք անցնում: Եկեք ստուգենք սա մարտկոցի վրա լապտերի համար, որին մենք միացնում ենք լամպը: Լամպին զուգահեռ, այսինքն անմիջապես տերմինալներին, մենք միացնում ենք վոլտմետր:
Սկզբում լարումը կկազմի մոտ 4,5 Վ: (Առավել հաճախ նման մարտկոցները ունեն երեք բջիջ միացված հաջորդաբար, որոնցից յուրաքանչյուրը տեսական լարման 1,48 Վ է): Որոշ ժամանակ անց լարումը կնվազի, և լամպի փայլը կնվազի թուլացնել. Վոլտմետրի ընթերցումների հիման վրա մենք կարող ենք դատել, թե որքան ժամանակ է պետք մարտկոցը հանգստանա:
Հատուկ տեղ են զբաղեցնում վերականգնող տարրերը, որոնք հայտնի են որպես մարտկոցներ. Նրանք ենթարկվում են շրջելի ռեակցիաների և կարող են վերալիցքավորվել բջիջը լիցքաթափվելուց հետո՝ միանալով արտաքին DC աղբյուրին:
Ներկայումս կապարաթթվային մարտկոցները ամենատարածվածն են. Դրանցում էլեկտրոլիտը նոսր ծծմբաթթուն է, որի մեջ ընկղմված են կապարի երկու թիթեղներ։ Դրական էլեկտրոդը պատված է կապարի երկօքսիդով PbO 2, բացասականը՝ մետաղական կապար։ Տերմինալների լարումը մոտավորապես 2,1 Վ է: Լիցքաթափման ժամանակ երկու թիթեղների վրա էլ առաջանում է կապարի սուլֆատ, որը լիցքավորելիս կրկին վերածվում է մետաղական կապարի և կապարի պերօքսիդի:

ԳԱԼՎԱՆԱԿԱՆ ԾԱԾԿԵՐՆԵՐԻ ԿԻՐԱՌՈՒՄ

Էլեկտրական հոսանքի միջոցով ջրային լուծույթներից մետաղների նստեցումը էլեկտրոլիտիկ լուծարման հակառակ գործընթացն է, որին մենք ծանոթացանք գալվանական բջիջները դիտարկելիս: Առաջին հերթին մենք կուսումնասիրենք պղնձի նստվածքը, որն օգտագործվում է պղնձե կուլոմետրում էլեկտրաէներգիայի քանակը չափելու համար:

Մետաղը կուտակվում է հոսանքի միջոցով

Երկու բարակ թիթեղյա պղնձե ափսեների ծայրերը թեքելով՝ դրանք կախում ենք բաժակի հակառակ պատերից կամ, ավելի լավ է, փոքրիկ ապակե ակվարիումի վրա։ Լարերը տերմինալներով ամրացնում ենք թիթեղներին։
ԷլեկտրոլիտՊատրաստենք հետևյալ բաղադրատոմսով՝ 125 գ բյուրեղային պղնձի սուլֆատ, 50 գ խտացրած ծծմբաթթու և 50 գ սպիրտ (դենատուրացված սպիրտ), մնացածը՝ ջուր մինչև 1 լիտր։ Դա անելու համար նախ պղնձի սուլֆատը լուծեք 500 մլ ջրի մեջ, ապա զգուշորեն ավելացրեք ծծմբաթթուն փոքր չափաբաժիններով ( Ջեռուցում! Հեղուկը կարող է շաղ տալ:), ապա ավելացնել սպիրտ եւ ավելացնել ջուրը 1լ ծավալով։
Լրացրեք կուլոմետրը պատրաստված լուծույթով և միացրեք փոփոխական դիմադրություն, ամպաչափ և կապարի մարտկոց: Օգտագործելով դիմադրություն, մենք կարգավորում ենք հոսանքը, որպեսզի դրա խտությունը լինի էլեկտրոդի մակերեսի 0,02-0,01 Ա/սմ 2: Եթե ​​պղնձի ափսեը ունի 50 սմ2 տարածք, ապա ընթացիկ ուժը պետք է լինի 0,5-1 Ա միջակայքում:
Որոշ ժամանակ անց բաց կարմիր մետաղական պղինձը կսկսի նստել կաթոդում (բացասական էլեկտրոդ), իսկ պղինձը կանցնի լուծույթի մեջ անոդում (դրական էլեկտրոդ): Պղնձե թիթեղները մաքրելու համար կուլոմետրում հոսանք կանցկացնենք մոտ կես ժամ։ Ապա հանում ենք կաթոդը, զգուշորեն չորացնում ենք զտիչ թղթով ու ճշգրիտ կշռում։ Եկեք խցում տեղադրենք էլեկտրոդ, փակենք շղթան ռեոստատի միջոցով և պահպանենք մշտական ​​հոսանքը, օրինակ 1 Ա. Մեկ ժամ անց բացեք շղթան և նորից կշռեք չորացած կաթոդը: 1 Ա հոսանքի դեպքում նրա զանգվածը կմեծանա 1,18 գ-ով մեկ ժամում:
Հետևաբար, լուծույթի միջով անցնող 1 ամպեր ժամին հավասար էլեկտրաէներգիայի քանակությունը կարող է ազատել 1,18 գ պղինձ: Կամ ընդհանրապես՝ արձակված նյութի քանակն ուղիղ համեմատական ​​է լուծույթով անցնող էլեկտրաէներգիայի քանակին։
Իոնի 1 համարժեքը մեկուսացնելու համար անհրաժեշտ է լուծույթի միջով անցկացնել էլեկտրաէներգիայի քանակ, որը հավասար է էլեկտրոդի լիցքի e-ի արտադրյալին և Ավոգադրոյի թվին։ Ն A:
ե*Ն A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Այս արժեքը նշվում է խորհրդանիշով Ֆև անվանվել է էլեկտրոլիզի քանակական օրենքները հայտնաբերողի պատվին Ֆարադայի համարը(ճշգրիտ արժեք Ֆ- 96,498 Ա*ս*մոլ -1)։ Ուստի լուծումից առանձնացնել տրված թվով համարժեքներ nե լուծույթի միջով պետք է անցնի էլեկտրաէներգիայի քանակություն, որը հավասար է F*nե Ա*ս*մոլ -1 . Այլ կերպ ասած,
I*t =F*nհհ, այստեղ Ի- ընթացիկ, տ- լուծույթով հոսանքի անցման ժամանակը. գլխում « Տիտրման հիմունքներ«Արդեն ցույց է տրվել, որ նյութի համարժեքների թիվը n e-ը հավասար է մոլերի քանակի և համարժեք թվի արտադրյալին.
n e = n*ԶՀետևաբար.

Ի*տ = F*n*Z

Այս դեպքում Զ- իոնային լիցք (Ag +-ի համար Զ= 1, Cu 2+-ի համար Զ= 2, Al 3+-ի համար Զ= 3 և այլն): Եթե ​​մոլերի թիվը արտահայտենք զանգվածի և մոլային զանգվածի հարաբերությամբ ( n = մ/մ), այնուհետև մենք ստանում ենք բանաձև, որը թույլ է տալիս հաշվարկել էլեկտրոլիզի ընթացքում տեղի ունեցող բոլոր գործընթացները.

I*t =F*m*Z/M

Օգտագործելով այս բանաձևը, կարող եք հաշվարկել ընթացիկ.

Ի = 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

Եթե ​​մտցնենք կապը էլեկտրական աշխատանքի համար Վէլ

Վէլ = U*I*tԵվ Վփոստ/ U = I*t

Հետո, իմանալով լարվածությունը U, կարող եք հաշվարկել.

Վէլ = F*m*Z*U/M

Կարելի է նաև հաշվարկել, թե ինչքան ժամանակ է պահանջվում որոշակի քանակության նյութի էլեկտրոլիտիկ արտազատման համար, կամ ինչքան նյութ կթողարկվի որոշակի ժամանակում։ Փորձի ընթացքում ընթացիկ խտությունը պետք է պահպանվի սահմանված սահմաններում: Եթե ​​այն 0,01 Ա/սմ2-ից պակաս է, ապա շատ քիչ մետաղ կթողարկվի, քանի որ պղնձի(I) իոնները մասամբ կձևավորվեն։ Եթե ​​հոսանքի խտությունը չափազանց բարձր է, ապա ծածկույթի կպչունությունը էլեկտրոդին թույլ կլինի, և երբ էլեկտրոդը հանվում է լուծույթից, այն կարող է փշրվել:
Գործնականում մետաղների վրա գալվանական ծածկույթները հիմնականում օգտագործվում են կոռոզիայից պաշտպանվելու և հայելունման փայլ ստանալու համար:
Բացի այդ, մետաղները, հատկապես պղնձը և կապարը, մաքրվում են անոդային տարրալուծման և կաթոդում հետագա տարանջատման միջոցով (էլեկտրոլիտիկ զտում):
Երկաթը պղնձով կամ նիկելով սալիկների համար նախ պետք է մանրակրկիտ մաքրել առարկայի մակերեսը: Դա անելու համար այն փայլեցրեք լվացված կավիճով և հաջորդաբար յուղազերծեք կաուստիկ սոդայի, ջրի և ալկոհոլի նոսրացված լուծույթով: Եթե ​​իրը պատված է ժանգով, ապա հարկավոր է այն նախապես թթու դնել ծծմբաթթվի 10-15% լուծույթում։
Մաքրված արտադրանքը կախում ենք էլեկտրոլիտիկ լոգարանում (փոքր ակվարիում կամ բաժակ), որտեղ այն կծառայի որպես կաթոդ։
Պղնձապատման լուծույթը պարունակում է 250 գ պղնձի սուլֆատ և 80-100 գ խտացված ծծմբաթթու 1 լիտր ջրի մեջ (Զգուշացեք): Այս դեպքում պղնձե ափսեը կծառայի որպես անոդ: Անոդի մակերեսը պետք է մոտավորապես հավասար լինի պատված օբյեկտի մակերեսին: Հետեւաբար, դուք միշտ պետք է ապահովեք, որ պղնձի անոդը կախված է լոգարանում նույն խորության վրա, ինչ կաթոդը:
Գործընթացը կիրականացվի 3-4 Վ (երկու մարտկոց) լարման և 0,02-0,4 Ա/սմ 2 հոսանքի խտությամբ։ Լուծույթի ջերմաստիճանը լոգարանում պետք է լինի 18-25 °C։
Ուշադրություն դարձնենք, որ անոդային հարթությունը և պատման ենթակա մակերեսը զուգահեռ են միմյանց։ Ավելի լավ է չօգտագործել բարդ ձևերով առարկաներ։ Փոփոխելով էլեկտրոլիզի տեւողությունը՝ հնարավոր է ստանալ տարբեր հաստության պղնձե ծածկույթներ։
Հաճախ նրանք դիմում են նախնական պղնձապատման, որպեսզի այս շերտին կիրառեն մեկ այլ մետաղի դիմացկուն ծածկույթ: Սա հատկապես հաճախ օգտագործվում է երկաթի քրոմապատման, ցինկ ձուլման նիկելապատման և այլ դեպքերում: Ճիշտ է, այդ նպատակով օգտագործվում են շատ թունավոր ցիանիդային էլեկտրոլիտներ։
Նիկելապատման համար էլեկտրոլիտ պատրաստելու համար 450 մլ ջրի մեջ լուծեք 25 գ բյուրեղային նիկելի սուլֆատ, 10 գ բորաթթու կամ 10 գ նատրիումի ցիտրատ: Նատրիումի ցիտրատը կարող եք պատրաստել ինքներդ՝ չեզոքացնելով 10 գ կիտրոնաթթվի լուծույթը նատրիումի հիդրօքսիդի կամ սոդայի լուծույթով։ Թող անոդը լինի ամենամեծ հնարավոր տարածքի նիկելի թիթեղը և որպես լարման աղբյուր վերցրեք մարտկոցը:
Օգտագործելով փոփոխական դիմադրություն, մենք կպահպանենք ընթացիկ խտությունը, որը հավասար է 0,005 A/cm 2-ի: Օրինակ, 20 սմ 2 օբյեկտի մակերեսով դուք պետք է աշխատեք 0,1 Ա հոսանքի ուժով: Կես ժամ աշխատելուց հետո առարկան արդեն նիկելապատված կլինի: Եկեք այն հանենք լոգանքից և սրբենք շորով։ Այնուամենայնիվ, ավելի լավ է չընդհատել նիկելապատման գործընթացը, քանի որ այդ ժամանակ նիկելի շերտը կարող է պասիվանալ, և հետագա նիկելային ծածկույթը լավ չի կպչում:
Առանց մեխանիկական փայլեցման հայելու փայլ ստանալու համար գալվանական բաղնիքի մեջ մտցնում ենք այսպես կոչված փայլ առաջացնող հավելում: Նման հավելումները ներառում են, օրինակ, սոսինձ, ժելատին, շաքար: Դուք կարող եք, օրինակ, մի քանի գրամ շաքարավազ ավելացնել նիկելային լոգանքի մեջ և ուսումնասիրել դրա ազդեցությունը։
Երկաթի քրոմապատման համար էլեկտրոլիտ պատրաստելու համար (նախնական պղնձապատումից հետո) 100 մլ ջրի մեջ լուծեք 40 գ քրոմ անհիդրիդ CrO 3 (Զգույշ, թույն) և ուղիղ 0,5 գ ծծմբաթթու (ոչ մի դեպքում ավելին): Գործընթացը տեղի է ունենում մոտ 0,1 Ա/սմ 2 հոսանքի խտությամբ, և որպես անոդ օգտագործվում է կապարի ափսե, որի մակերեսը պետք է մի փոքր փոքր լինի քրոմապատ մակերեսի մակերեսից:
Նիկելի և քրոմի լոգանքները լավագույնս մի փոքր տաքացվում են (մինչև 35 ° C): Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ քրոմապատման էլեկտրոլիտները, հատկապես երկար գործընթացի և բարձր հոսանքի ժամանակ, արտանետում են քրոմաթթու պարունակող գոլորշիներ, որոնք շատ վնասակար են առողջության համար: Հետևաբար, քրոմապատումը պետք է իրականացվի ձգման տակ կամ բաց երկնքի տակ, օրինակ՝ պատշգամբում:
Երբ քրոմապատում (և ավելի փոքր չափով, նիկելապատում), ոչ ամբողջ հոսանքն է օգտագործվում մետաղի նստեցման համար: Միևնույն ժամանակ ջրածինը ազատվում է։ Ելնելով մի շարք լարումներից՝ ակնկալվում է, որ ջրածնի դիմացի մետաղները ընդհանրապես չպետք է ազատվեն ջրային լուծույթներից, այլ ընդհակառակը, պետք է արտազատվի ավելի քիչ ակտիվ ջրածին։ Այնուամենայնիվ, այստեղ, ինչպես մետաղների անոդային տարրալուծման դեպքում, ջրածնի կաթոդային էվոլյուցիան հաճախ արգելակվում է և դիտվում է միայն բարձր լարման դեպքում։ Այս երեւույթը կոչվում է ջրածնի գերլարում, և այն հատկապես մեծ է, օրինակ, կապարի վրա։ Այս հանգամանքի շնորհիվ կապարաթթվային մարտկոցը կարող է գործել։ Մարտկոցը լիցքավորելիս, PbO 2-ի փոխարեն կաթոդում պետք է հայտնվի ջրածին, սակայն գերլարման պատճառով ջրածնի էվոլյուցիան սկսվում է այն ժամանակ, երբ մարտկոցը գրեթե ամբողջությամբ լիցքավորված է:

Մետաղների էլեկտրաքիմիական ակտիվության շարք (լարման միջակայք, ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների շրջանակը) - հաջորդականություն, որով մետաղները դասավորված են իրենց ստանդարտ էլեկտրաքիմիական պոտենցիալները φ 0 մեծացնելու կարգով, որը համապատասխանում է Me n+ մետաղի կատիոնի կրճատման կիսա-ռեակցիային. Me n+ + nē → Me

Մի շարք լարումներ բնութագրում են մետաղների համեմատական ​​ակտիվությունը ջրային լուծույթներում ռեդոքս ռեակցիաներում։

Պատմություն

Մետաղների դասավորության հաջորդականությունը քիմիական ակտիվության փոփոխությունների հերթականությամբ արդեն իսկ հայտնի էր ալքիմիկոսներին։ Որպես տարրերի փոխակերպման դրսևորում են դիտարկվել լուծույթներից մետաղների փոխադարձ տեղաշարժի և դրանց մակերեսային նստեցման գործընթացները (օրինակ՝ արծաթի և պղնձի տեղաշարժը նրանց աղերի լուծույթներից երկաթով)։

Ավելի ուշ ալքիմիկոսները մոտեցան հասկանալու մետաղների փոխադարձ տեղումների քիմիական կողմը դրանց լուծույթներից։ Այսպիսով, Անգելուս Սալան իր «Anatomia Vitrioli» (1613) աշխատությունում եկել է այն եզրակացության, որ քիմիական ռեակցիաների արտադրանքը բաղկացած է նույն «բաղադրիչներից», որոնք պարունակվում էին սկզբնական նյութերում: Այնուհետև, Ռոբերտ Բոյլը առաջարկեց վարկած այն պատճառների մասին, թե ինչու է մի մետաղը մյուսին հեռացնում լուծումից՝ հիմնված կորպուսուլյար հասկացությունների վրա:

Դասական քիմիայի առաջացման դարաշրջանում միացություններից միմյանց տեղահանելու տարրերի կարողությունը դարձավ ռեակտիվությունը հասկանալու կարևոր ասպեկտ։ Ջ. Բերզելիուսը, հիմնվելով մերձավորության էլեկտրաքիմիական տեսության վրա, կառուցեց տարրերի դասակարգում՝ դրանք բաժանելով «մետալոիդների» (այժմ օգտագործվում է «ոչ մետաղներ» տերմինը) և «մետաղների» և նրանց միջև տեղադրելով ջրածին։

Մետաղների հաջորդականությունը՝ ըստ միմյանց տեղաշարժվելու ունակության, որը վաղուց հայտնի էր քիմիկոսներին, հատկապես մանրակրկիտ և համակողմանիորեն ուսումնասիրվել և լրացվել է Ն. Ն. Բեկետովի կողմից 1860-ականներին և հետագա տարիներին: Արդեն 1859 թվականին նա Փարիզում հանդես եկավ զեկույցով «Որոշ տարրերի այլոց կողմից տեղաշարժման երևույթների ուսումնասիրություն» թեմայով։ Այս աշխատության մեջ Բեկետովը ներառել է մի շարք ընդհանրացումներ տարրերի փոխադարձ տեղաշարժի և դրանց ատոմային քաշի փոխհարաբերությունների վերաբերյալ՝ կապելով այդ գործընթացները «. տարրերի բնօրինակ քիմիական հատկությունները, ինչը կոչվում է քիմիական մերձեցություն«. Բեկետովի հայտնաբերումը ջրածնի միջոցով մետաղների տեղաշարժման մասին նրանց աղերի լուծույթներից ճնշման տակ և ալյումինի, մագնեզիումի և ցինկի նվազեցնող ակտիվության ուսումնասիրությունը բարձր ջերմաստիճաններում (մետալոթերմա) թույլ տվեցին նրան վարկած առաջ քաշել որոշ ունակության միջև կապի մասին։ տարրերը միացություններից մյուսներին իրենց խտությամբ տեղահանելու համար. ավելի թեթև պարզ նյութերը կարող են տեղաշարժել ավելի ծանր (հետևաբար այս շարքը հաճախ կոչվում է նաև. Բեկետովի տեղաշարժի շարքը, կամ պարզապես Բեկետովի շարք).

Առանց ժխտելու Բեկետովի նշանակալի արժանիքները մետաղների գործունեության շարքի վերաբերյալ ժամանակակից պատկերացումների զարգացման մեջ, նրա՝ որպես հայրենական հանրաճանաչ և կրթական գրականության մեջ առկա այս շարքի միակ ստեղծողի գաղափարը պետք է սխալ համարել: 19-րդ դարի վերջին ստացված բազմաթիվ փորձարարական տվյալներ հերքեցին Բեկետովի վարկածը։ Այսպիսով, Ուիլյամ Օդլինգը նկարագրեց «գործունեության շրջադարձի» բազմաթիվ դեպքեր։ Օրինակ, պղինձը տեղահանում է թիթեղը SnCl 2-ի խտացված թթվացված լուծույթից և կապարը PbCl 2 թթվային լուծույթից; այն նաև ունակ է լուծվել խտացված աղաթթվի մեջ՝ ջրածնի արտազատմամբ։ Պղինձը, անագը և կապարը գտնվում են կադմիումի աջ շարքում, բայց կարող են այն հեռացնել CdCl 2-ի եռացող թեթևակի թթվացված լուծույթից:

Տեսական և փորձարարական ֆիզիկական քիմիայի արագ զարգացումը մատնանշեց մետաղների քիմիական ակտիվության տարբերությունների ևս մեկ պատճառ։ Էլեկտրաքիմիայի ժամանակակից հասկացությունների մշակմամբ (հիմնականում Վալտեր Ներնստի աշխատություններում) պարզ դարձավ, որ այս հաջորդականությունը համապատասխանում է «լարումների շարքին»՝ մետաղների դասավորությանը ըստ ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքի։ Այսպիսով, որակական բնութագրի փոխարեն՝ մետաղի և նրա իոնի «հակվածությունը» որոշակի ռեակցիաներին, Ներստը ներկայացրեց ճշգրիտ քանակական արժեք, որը բնութագրում է յուրաքանչյուր մետաղի իոնների տեսքով լուծույթ մտնելու, ինչպես նաև կրճատվելու ունակությունը։ իոններից մինչև մետաղը էլեկտրոդի վրա, և համապատասխան շարքը ստացել է անվանումը ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների շրջանակը.

Տեսական հիմք

Էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների արժեքները բազմաթիվ փոփոխականների ֆունկցիա են և, հետևաբար, ցույց են տալիս բարդ կախվածություն պարբերական աղյուսակում մետաղների դիրքից: Այսպիսով, կատիոնների օքսիդացման պոտենցիալը մեծանում է մետաղի ատոմացման էներգիայի ավելացմամբ, նրա ատոմների ընդհանուր իոնացման ներուժի ավելացմամբ և նրա կատիոնների հիդրացման էներգիայի նվազմամբ։

Ամենաընդհանուր ձևով պարզ է, որ ժամանակաշրջանների սկզբում տեղակայված մետաղները բնութագրվում են էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների ցածր արժեքներով և տեղ են զբաղեցնում լարման շարքի ձախ կողմում: Այս դեպքում ալկալիական և հողալկալիական մետաղների հերթափոխն արտացոլում է անկյունագծային նմանության ֆենոմենը։ Ժամանակահատվածների կեսին ավելի մոտ գտնվող մետաղները բնութագրվում են մեծ պոտենցիալ արժեքներով և տեղեր են զբաղեցնում շարքի աջ կեսում: Էլեկտրաքիմիական պոտենցիալի հետևողական աճ (-3,395 Վ-ից Eu 2+ /Eu [ ]-ից մինչև +1,691 V Au + /Au զույգի համար) արտացոլում է մետաղների նվազող ակտիվության նվազում (էլեկտրոններ նվիրելու ունակություն) և նրանց կատիոնների օքսիդացման ունակության բարձրացում (էլեկտրոններ ձեռք բերելու ունակություն): Այսպիսով, ամենաուժեղ վերականգնող նյութը մետաղական եվրոպիումն է, իսկ ամենաուժեղ օքսիդացնողը՝ ոսկու Au+ կատիոնները։

Ջրածինը ավանդաբար ներառված է լարման շարքում, քանի որ մետաղների էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների գործնական չափումը կատարվում է ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդի միջոցով:

Մի շարք լարումների գործնական օգտագործում

Գործնականում օգտագործվում են մի շարք լարումներ՝ աղերի և թթուների ջրային լուծույթների հետ ռեակցիաներում մետաղների քիմիական ակտիվության համեմատական ​​[հարաբերական] գնահատման և էլեկտրոլիզի ընթացքում կաթոդային և անոդային պրոցեսների գնահատման համար.

• Ջրածնից ձախ կողմում գտնվող մետաղներն ավելի ուժեղ վերականգնող նյութեր են, քան աջ կողմում գտնվող մետաղները. նրանք վերջիններս տեղահանում են աղի լուծույթներից: Օրինակ՝ Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu փոխազդեցությունը հնարավոր է միայն առաջի ուղղությամբ։
• Ջրածնի ձախ շարքում գտնվող մետաղները տեղաշարժում են ջրածինը, երբ փոխազդում են չօքսիդացող թթուների ջրային լուծույթների հետ. ամենաակտիվ մետաղները (մինչև և ներառյալ ալյումինը) և ջրի հետ փոխազդելու ժամանակ:
• Ջրածնի աջ շարքի մետաղները նորմալ պայմաններում չեն փոխազդում չօքսիդացող թթուների ջրային լուծույթների հետ։
• Էլեկտրոլիզի ժամանակ ջրածնի աջ կողմում գտնվող մետաղները ազատվում են կաթոդում. չափավոր ակտիվ մետաղների կրճատումն ուղեկցվում է ջրածնի արտազատմամբ. Առավել ակտիվ մետաղները (մինչև ալյումին) նորմալ պայմաններում չեն կարող մեկուսացվել աղի ջրային լուծույթներից։

Մետաղների էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների աղյուսակ

Մետաղ	Կատիոն	φ 0, Վ	Ռեակտիվություն	Էլեկտրոլիզ (կաթոդում).
	Li+	-3,0401	արձագանքում է ջրի հետ	ջրածինը ազատվում է
	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
	ԵՄ 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	Sm 2+	-2,68
	Md 2+	-2,40	փոխազդում է թթուների ջրային լուծույթների հետ
	Լա 3+	-2,379
	Y 3+	-2,372
	Mg 2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Պր 3+	-2,353
	Nd 3+	-2,323
	Եր 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
	Cf 2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	Ես 3+	-2,048
	սմ 3+	-2,04
	Pu 3+	-2,031
	Եր 2+	-2,0
	Պր 2+	-2,0
	ԵՄ 3+	-1,991
	Lr 3+	-1,96
	Cf 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Th 4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	Եղիր 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	Ալ 3+	-1,700
	MD 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		մրցակցային ռեակցիաներ՝ և՛ ջրածնի, և՛ մաքուր մետաղի ազատում
	Hf 4+	-1,55
	Zr 4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	No 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

Մետաղական լարվածության միջակայք- սա մետաղների մի շարք է, որոնք դասավորված են իրենց ստանդարտ էլեկտրոդային ներուժի աճող կարգով (): Մետաղի դիրքը լարման շարքում ցույց է տալիս նրա ռեդոքսային կարողությունները այլ մետաղների և դրանց կատիոնների նկատմամբ՝ էլեկտրոլիտային լուծույթներում տեղի ունեցող ռեակցիաների համար, այսինքն՝ աղերի և հիմքերի հետ ռեակցիաներում։ Եվ նաև ոչ մետաղների դեպքում, եթե այդ ռեակցիաները տեղի են ունենում ջրային լուծույթներում, մասնավորապես, նման գործընթացները ներառում են մետաղների կոռոզիայի գործընթացները ():

Լարումների շարքում.

1) Մետաղների նվազեցնող հատկությունը նվազում է.

2) Օքսիդացնող հզորությունը մեծանում է. Դրա հետևանքով մետաղները, որոնք գտնվում են ջրածնի առաջ լարման շարքում, այն տեղահանում են թթուների լուծույթներից (ոչ օքսիդացնող նյութերից):

3) Շարքի ձախ կողմում գտնվող մետաղները (ավելի ցածր պոտենցիալ ունեցող) իրենց աղերի լուծույթներից տեղահանում են աջ կողմում կանգնած (ավելի մեծ պոտենցիալ ունեցող) մետաղները:

4) Մինչև Mg լարման միջակայքում գտնվող մետաղները (ունենալով ) ջրից տեղահանում են ջրածինը:

Այսպիսով, էլեկտրոդի ներուժի արժեքը որոշում է մետաղների ռեդոքսային կարողությունները միմյանց նկատմամբ և H-ի և էլեկտրոլիտներում այն ​​պարունակող կատիոնների նկատմամբ։

Էլեկտրոդների պոտենցիալների չափում. Ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների շարք, ջրածնի էլեկտրոդ:

Էլեկտրոդային ներուժի բացարձակ արժեքը գրեթե անհնար է չափել: Այս առումով, էլեկտրոդի պոտենցիալը չափվում է ուսումնասիրվող էլեկտրոդից և էլեկտրոդի պոտենցիալից կազմված գալվանական բջիջի EMF-ի չափման միջոցով, որի պոտենցիալը հայտնի է: Ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժը որոշվում է գալվանական բջիջի էմֆ արժեքով, որը կազմված է ուսումնասիրվող էլեկտրոդից և ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդից, որի պոտենցիալը պայմանականորեն ենթադրվում է զրոյական:

Ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդ– Սա նորմալ պայմաններում համակարգ է, որը բաղկացած է սպունգային թիթեղից, որի ծակոտիները մղվում են ջրածինը, տեղադրված ծծմբաթթվի H 2 SO 4 մեկ մոլային լուծույթում C(H +) = 1 մոլ/կգ.

Պայմանների ստանդարտացումը և նման էլեկտրոդի ներուժի վերարտադրումը բարդ խնդիր է, ուստի այս էլեկտրոդը օգտագործվում է օդերևութաբանական նպատակներով: Լաբորատոր պրակտիկայում էլեկտրոդների պոտենցիալները չափելու համար օգտագործվում են օժանդակ էլեկտրոդներ:

Օրինակ՝ կալոմելի էլեկտրոդ - Hg, HgCl/Cl - ;

արծաթի քլոր - Ag, AgCl/Cl - և այլն:

Այս էլեկտրոդների ներուժը կայունորեն վերարտադրվում է, այսինքն, պահպանում է իր արժեքը պահեստավորման և շահագործման ընթացքում: