Kovy sú vždy redukčné činidlá v chemických reakciách. Redukčná aktivita kovu sa odráža v jeho polohe v elektrochemickom rade napätia.

Na základe série možno vyvodiť tieto závery:

1. Čím viac naľavo je kov v tomto rade, tým silnejšie je redukčné činidlo.

2. Každý kov je schopný vytesniť zo solí v roztoku tie kovy, ktoré sú vpravo

2Fe + 3CuSO 4 → 3Cu + Fe 2 (SO 4) 3

3. Kovy nachádzajúce sa v sérii napätia naľavo od vodíka ho dokážu vytesniť z kyselín.

Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2

4. Kovy, ktoré sú najsilnejšími redukčnými činidlami (alkálie a alkalické zeminy) v akýchkoľvek vodných roztokoch najskôr reagujú s vodou.

Redukčná schopnosť kovu, určená elektrochemickým radom, nie vždy zodpovedá jeho polohe v periodickom systéme, pretože napäťový rad zohľadňuje nielen polomer atómu, ale aj energiu abstrakcie elektrónov.

Aldehydy, ich štruktúra a vlastnosti. Príprava a použitie mravčanov a acetaldehydov.

Aldehydy sú organické zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú karbonylovú skupinu napojenú na vodík a uhľovodíkový radikál.

Metán (formaldehyd)

Fyzikálne vlastnosti

Metán – plynná látka, vodný roztok – formalín

Chemické vlastnosti

Činidlom pre aldehydy je Cu(OH)2

Aplikácia

Najpoužívanejšie sú metán a etanál. Veľké množstvo metanálu sa používa na výrobu fenolformaldehydovej živice, ktorá sa získava reakciou metanálu s fenolom. Táto živica je potrebná na výrobu rôznych plastov. Plasty vyrobené z fenolformaldehydovej živice v kombinácii s rôznymi plnivami sa nazývajú fenoly. Rozpustením fenolformaldehydovej živice v acetóne alebo alkohole sa získajú rôzne laky. Keď metán reaguje s močovinou CO(NH 2) 2, získa sa karbidová živica a z nej sa vyrábajú aminoplasty. Z týchto plastov sa vyrábajú mikroporézne materiály pre potreby elektrotechniky.Metán sa používa aj pri výrobe niektorých liečivých látok a farbív. Vo veľkej miere sa používa vodný roztok obsahujúci 40 % metánu v hmotnostných frakciách. Volá sa formalín. Jeho použitie je založené na jeho schopnosti skladať proteíny.

Potvrdenie

Aldehydy sa získavajú oxidáciou alkánov a alkoholov. Etanal sa vyrába hydratáciou etínu a oxidáciou eténu.

Lístok č. 12

Vyššie oxidy chemických prvkov tretieho obdobia. Zákonitosti pri meraní ich vlastností v súvislosti s postavením chemických prvkov v periodickej tabuľke. Charakteristické chemické vlastnosti oxidov: zásadité, amfotérne, kyslé.

Oxidy- sú to zložité látky pozostávajúce z dvoch chemických prvkov, z ktorých jeden je kyslík s oxidačným stavom „-2“

Oxidy tretej periódy zahŕňajú:
Na20, MgO, Al203, Si02, P205, SO3, Cl207.

So zvyšovaním stupňa oxidácie prvkov sa zvyšujú kyslé vlastnosti oxidov.

Na 2 O, MgO – zásadité oxidy

Al 2 O 3 – amfotérny oxid

SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7 – kyslé oxidy.

Zásadité oxidy reagujú s kyselinami za vzniku soli a vody.

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

Oxidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín reagujú s vodou za vzniku alkálií.

Na20 + HOH -> 2NaOH

Zásadité oxidy reagujú s kyslými za vzniku soli.
Na20 + S02 → Na2S03
Kyslé oxidy reagujú s alkáliami za vzniku soli a vody

2NaOH + SO3 -> Na2S04 + H20

Reaguje s vodou za vzniku kyseliny

S03 + H20 -> H2S04

Amfotérne oxidy reagujú s kyselinami a zásadami

Al203 + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H20

S alkáliami

Al203 + 2NaOH -> 2NaAl02 + H20

Tuky, ich vlastnosti a zloženie. Tuky v prírode, premena tukov v tele. Produkty technického spracovania tukov, pojem syntetické detergenty. Ochrana prírody pred znečistením SMS.

Tuky sú estery glycerolu a karboxylových kyselín.

Všeobecný vzorec tukov:

Tuhé tuky tvoria prevažne vyššie nasýtené karboxylové kyseliny - stearová C 17 H 35 COOH, palmitová C 15 H 31 COOH a niektoré ďalšie. Kvapalné tuky sú tvorené najmä vyššími nenasýtenými karboxylovými kyselinami – olejovou C17H33COOH, lenolic C17H31COOH

Tuky sú spolu s uhľovodíkmi a bielkovinami súčasťou organizmov zvierat a rastlín. Sú dôležitou súčasťou potravy ľudí a zvierat. Pri oxidácii tukov sa v tele uvoľňuje energia. Keď sa tuky dostanú do tráviacich orgánov, pod vplyvom enzýmov sa hydrolyzujú na glycerol a zodpovedajúce kyseliny.

Produkty hydrolýzy sú absorbované črevnými klkmi a potom sa syntetizuje tuk, ale už charakteristický pre telo. Tuky sú transportované krvným obehom do iných orgánov a tkanív tela, kde sa hromadia alebo sa opäť hydrolyzujú a postupne oxidujú na oxid uhoľnatý (IV) a vodu.

Fyzikálne vlastnosti.

Živočíšne tuky sú väčšinou pevné látky, ale existujú aj tekuté (rybí tuk). Rastlinné tuky sú najčastejšie tekuté látky – oleje; Známe sú aj tuhé rastlinné tuky – kokosový olej.

Chemické vlastnosti.

Tuky v živočíšnych organizmoch sa hydrolyzujú za prítomnosti enzýmov. Okrem reakcií s vodou tuky interagujú s alkáliami.

Rastlinné oleje obsahujú estery nenasýtených karboxylových kyselín a môžu byť podrobené hydrogenácii. Menia sa na konečné spojenia
Príklad: Margarín sa priemyselne vyrába z rastlinného oleja.

Aplikácia.
Tuky sa používajú hlavne ako potravinový výrobok. Predtým sa tuky používali na výrobu mydla
Syntetické čistiace prostriedky.

Syntetické pracie prostriedky majú škodlivý vplyv na životné prostredie, pretože... sú stabilné a ťažko sa zlomia.

Kovy, ktoré ľahko reagujú, sa nazývajú aktívne kovy. Patria sem alkalické kovy, kovy alkalických zemín a hliník.

Pozícia v periodickej tabuľke

Kovové vlastnosti prvkov v periodickej tabuľke klesajú zľava doprava. Preto sú prvky skupín I a II považované za najaktívnejšie.

Ryža. 1. Aktívne kovy v periodickej tabuľke.

Všetky kovy sú redukčné činidlá a ľahko sa delia s elektrónmi na vonkajšej energetickej úrovni. Aktívne kovy majú iba jeden alebo dva valenčné elektróny. V tomto prípade sa kovové vlastnosti zvyšujú zhora nadol so zvyšujúcim sa počtom energetických úrovní, pretože Čím ďalej je elektrón od jadra atómu, tým ľahšie sa oddelí.

Alkalické kovy sa považujú za najaktívnejšie:

• lítium;
• sodík;
• draslík;
• rubídium;
• cézium;
• francúzsky

Medzi kovy alkalických zemín patria:

• berýlium;
• horčík;
• vápnik;
• stroncium;
• bárium;
• rádium.

Stupeň aktivity kovu možno určiť pomocou elektrochemického radu napätí kovu. Čím ďalej naľavo od vodíka sa prvok nachádza, tým je aktívnejší. Kovy napravo od vodíka sú neaktívne a môžu reagovať iba s koncentrovanými kyselinami.

Ryža. 2. Elektrochemický rad napätí kovov.

Zoznam aktívnych kovov v chémii zahŕňa aj hliník, ktorý sa nachádza v skupine III a naľavo od vodíka. Hliník je však na hranici aktívnych a stredne aktívnych kovov a s niektorými látkami za normálnych podmienok nereaguje.

Vlastnosti

Aktívne kovy sú mäkké (možno rezať nožom), ľahké a majú nízku teplotu topenia.

Hlavné chemické vlastnosti kovov sú uvedené v tabuľke.

Reakcia	Rovnica	Výnimka
Alkalické kovy sa spontánne vznietia na vzduchu pri interakcii s kyslíkom	K + O 2 → KO 2	Lítium reaguje s kyslíkom len pri vysokých teplotách
Kovy alkalických zemín a hliník vytvárajú na vzduchu oxidové filmy a pri zahrievaní sa spontánne vznietia	2Ca + O2 → 2CaO
Reagujte s jednoduchými látkami za vzniku solí	Ca + Br2 -> CaBr2; - 2Al + 3S → Al 2 S 3	Hliník nereaguje s vodíkom
Prudko reaguje s vodou za tvorby alkálií a vodíka	- Ca + 2H20 -> Ca(OH)2 + H2	Reakcia s lítiom je pomalá. Hliník reaguje s vodou až po odstránení oxidového filmu
Reagujte s kyselinami za vzniku solí	Ca + 2HCl -> CaCl2 + H2; 2K + 2HMn04 -> 2KMn04 + H2
Interagujte s roztokmi solí, najskôr reagujte s vodou a potom so soľou	2Na + CuCl2 + 2H20: 2Na + 2H20 -> 2NaOH + H2; - 2NaOH + CuCl2 → Cu(OH)2↓ + 2NaCl

Aktívne kovy ľahko reagujú, preto sa v prírode nachádzajú len v zmesiach – minerály, horniny.

Ryža. 3. Minerály a čisté kovy.

Čo sme sa naučili?

Medzi aktívne kovy patria prvky skupiny I a II - alkalické kovy a kovy alkalických zemín, ako aj hliník. Ich aktivita je určená štruktúrou atómu – niekoľko elektrónov sa ľahko oddelí od vonkajšej energetickej hladiny. Ide o mäkké ľahké kovy, ktoré rýchlo reagujú s jednoduchými a zložitými látkami za vzniku oxidov, hydroxidov a solí. Hliník je bližšie k vodíku a jeho reakcia s látkami si vyžaduje dodatočné podmienky – vysoké teploty, deštrukciu oxidového filmu.

Test na danú tému

Vyhodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.4. Celkový počet získaných hodnotení: 339.

Grosse E., Weissmantel H.

Chémia pre zvedavcov. Základy chémie a zábavné pokusy.

Kapitola 3 (pokračovanie)

MALÝ KURZ ELEKTROCHÉMIY KOVOV

S elektrolýzou roztokov chloridov alkalických kovov a výrobou kovov pomocou tavenín sme sa už oboznámili. Skúsme teraz pomocou niekoľkých jednoduchých experimentov preštudovať niektoré zákonitosti elektrochémie vodných roztokov a galvanických článkov a tiež sa zoznámiť s výrobou ochranných galvanických povlakov.
Elektrochemické metódy sa používajú v modernej analytickej chémii a slúžia na stanovenie najdôležitejších veličín teoretickej chémie.
Napokon korózia kovových predmetov, ktorá spôsobuje veľké škody národnému hospodárstvu, je vo väčšine prípadov elektrochemický proces.

SÉRIA METAL Stress

Základným článkom na pochopenie elektrochemických procesov je napäťový rad kovov. Kovy môžu byť usporiadané do série, ktorá začína chemicky aktívnymi a končí najmenej aktívnymi ušľachtilými kovmi:
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.
To je podľa najnovších nápadov séria napätí pre najdôležitejšie kovy a vodík. Ak sú elektródy galvanického článku vyrobené z akýchkoľvek dvoch kovov v rade, potom sa na materiáli pred radom objaví záporné napätie.
Hodnota napätia ( elektrochemický potenciál) závisí od polohy prvku v napäťovom rade a od vlastností elektrolytu.
Podstatu napäťového radu zistíme z niekoľkých jednoduchých experimentov, na ktoré budeme potrebovať zdroj prúdu a elektrické meracie prístroje. Asi 10 g kryštalického síranu meďnatého rozpustíme v 100 ml vody a ponoríme do roztoku oceľovú ihlu alebo kus železného plechu. (Odporúčame najskôr žehličku vyčistiť, kým sa neleskne, jemným brúsnym papierom.) Po krátkom čase bude žehlička pokrytá červenkastou vrstvou uvoľnenej medi. Aktívnejšie železo vytláča meď z roztoku, pričom železo sa rozpúšťa ako ióny a meď sa uvoľňuje ako kov. Proces pokračuje, pokiaľ je roztok v kontakte so železom. Akonáhle meď pokryje celý povrch žehličky, prakticky sa zastaví. V tomto prípade sa vytvorí skôr porézna vrstva medi, takže ochranné povlaky nie je možné získať bez použitia prúdu.
V nasledujúcich pokusoch spustíme malé pásiky zinkového a oloveného plechu do roztoku síranu meďnatého. Po 15 minútach ich vyberieme, umyjeme a preskúmame pod mikroskopom. Môžeme rozoznať krásne vzory podobné ľadu, ktoré v odrazenom svetle majú červenú farbu a pozostávajú z uvoľnenej medi. Aj tu aktívnejšie kovy premieňali meď z iónového do kovového stavu.
Meď zase môže vytláčať kovy, ktoré sú v sérii napätia nižšie, teda menej aktívne. Naneste niekoľko kvapiek roztoku dusičnanu strieborného na tenký pásik medeného plechu alebo splošteného medeného drôtu (po predchádzajúcom očistení povrchu do lesku). Voľným okom môžete vidieť výsledný načernalý povlak, ktorý pod mikroskopom v odrazenom svetle vyzerá ako tenké ihličky a rastlinné vzory (tzv. dendrity).
Na izoláciu zinku bez prúdu je potrebné použiť aktívnejší kov. Okrem kovov, ktoré prudko reagujú s vodou, nájdeme horčík v rade napätia nad zinkom. Naneste niekoľko kvapiek roztoku síranu zinočnatého na kúsok horčíkovej pásky alebo na tenké elektrónové hobliny. Roztok síranu zinočnatého získame rozpustením kúska zinku v zriedenej kyseline sírovej. Spolu so síranom zinočnatým pridajte niekoľko kvapiek denaturovaného alkoholu. Na horčíku si po krátkom čase všimneme najmä pod mikroskopom zinok uvoľnený vo forme tenkých kryštálikov.
Vo všeobecnosti môže byť ktorýkoľvek člen napäťovej série vytlačený z roztoku, kde existuje ako ión, a prevedený do kovového stavu. Pri skúšaní všemožných kombinácií však môžeme byť sklamaní. Zdalo by sa, že ak sa pás hliníka ponorí do roztokov solí medi, železa, olova a zinku, tieto kovy by sa na ňom mali uvoľniť. To sa však nedeje. Príčina poruchy nespočíva v chybe v sérii napätia, ale je založená na špeciálnej inhibícii reakcie, ktorá je v tomto prípade spôsobená tenkým oxidovým filmom na povrchu hliníka. V takýchto riešeniach sa hliník nazýva pasívny.

POZRIME SA DO ZÁKULISIA

Aby sme sformulovali zákony prebiehajúcich procesov, môžeme sa obmedziť na zváženie katiónov a vylúčiť anióny, pretože samy sa nezúčastňujú reakcie. (Rýchlosť depozície je však ovplyvnená typom aniónov.) Ak pre jednoduchosť predpokladáme, že vyzrážané aj rozpustené kovy produkujú katióny s dvojitým nábojom, potom môžeme napísať:

Mei + Me22+ = Me12+ + Me2

Navyše pre prvý experiment Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
Proces teda pozostáva z výmeny nábojov (elektrónov) medzi atómami a iónmi oboch kovov. Ak samostatne uvažujeme (ako medzireakcie) rozpúšťanie železa alebo zrážanie medi, dostaneme:

Fe = Fe2+ + 2 e --

Cu 2+ + 2 e-- = Cu

Teraz zvážte prípad, keď je kov ponorený do vody alebo do soľného roztoku, s katiónom, ktorého výmena nie je možná kvôli jeho polohe v sérii napätia. Napriek tomu má kov tendenciu prechádzať do roztoku vo forme iónu. V tomto prípade atóm kovu odovzdá dva elektróny (ak je kov dvojmocný), povrch kovu ponorený do roztoku sa voči roztoku negatívne nabije a na rozhraní sa vytvorí dvojitá elektrická vrstva. Tento potenciálny rozdiel zabraňuje ďalšiemu rozpúšťaniu kovu, takže proces sa čoskoro zastaví.
Ak sú dva rôzne kovy ponorené do roztoku, oba sa nabijú, ale ten menej aktívny bude o niečo slabší, pretože jeho atómy sú menej náchylné na stratu elektrónov.
Spojme oba kovy vodičom. V dôsledku rozdielu potenciálov bude prúd elektrónov prúdiť z aktívnejšieho kovu k menej aktívnemu, ktorý tvorí kladný pól prvku. Dochádza k procesu, pri ktorom aktívnejší kov prechádza do roztoku a katióny z roztoku sa uvoľňujú na ušľachtilejšom kove. Ilustrujme teraz niekoľkými experimentmi vyššie uvedené trochu abstraktné uvažovanie (ktoré navyše predstavuje hrubé zjednodušenie).
Najprv naplňte 250 ml kadičku do stredu 10% roztokom kyseliny sírovej a ponorte do nej nie príliš malé kúsky zinku a medi. Na obe elektródy prispájkujeme alebo prinitujeme medený drôt, ktorého konce by sa nemali dotýkať roztoku.
Pokiaľ konce drôtu nie sú navzájom spojené, budeme pozorovať rozpúšťanie zinku, ktoré je sprevádzané uvoľňovaním vodíka. Zinok, ako vyplýva z napäťového radu, je aktívnejší ako vodík, takže kov môže vytesniť vodík z iónového stavu. Na oboch kovoch sa vytvorí elektrická dvojitá vrstva. Najjednoduchší spôsob, ako zistiť potenciálny rozdiel medzi elektródami, je pomocou voltmetra. Ihneď po pripojení zariadenia k obvodu bude šípka ukazovať približne 1 V, ale potom napätie rýchlo klesne. Ak k prvku pripojíte malú žiarovku, ktorá spotrebuje 1 V, rozsvieti sa - najskôr dosť silno a potom žiara zoslabne.
Na základe polarity svoriek zariadenia môžeme konštatovať, že medená elektróda je kladný pól. Dá sa to dokázať bez prístroja zvážením elektrochémie procesu. Do malej kadičky alebo skúmavky si pripravíme nasýtený roztok kuchynskej soli, pridáme asi 0,5 ml liehového roztoku fenolftaleínového indikátora a do roztoku ponoríme obe elektródy uzavreté drôtom. V blízkosti negatívneho pólu bude pozorovaná slabá červenkastá farba, ktorá je spôsobená tvorbou hydroxidu sodného na katóde.
V iných experimentoch je možné umiestniť rôzne páry kovov do článku a určiť výsledné napätie. Napríklad horčík a striebro poskytnú obzvlášť veľký potenciálny rozdiel v dôsledku značnej vzdialenosti medzi nimi a sériou napätí, zatiaľ čo zinok a železo naopak veľmi malý, menej ako desatina voltu. Použitím hliníka nedostaneme prakticky žiadny prúd kvôli pasivácii.
Všetky tieto prvky, alebo, ako hovoria elektrochemici, obvody majú tú nevýhodu, že pri meraní prúdu na nich veľmi rýchlo klesá napätie. Preto elektrochemici vždy merajú skutočnú veľkosť napätia v bezprúdovom stave metódou kompenzácie napätia, teda porovnaním s napätím iného zdroja prúdu.
Pozrime sa na procesy v prvku medi a zinku trochu podrobnejšie. Na katóde prechádza zinok do roztoku podľa nasledujúcej rovnice:

Zn = Zn2+ + 2 e --

Na medenej anóde sa uvoľňujú vodíkové ióny kyseliny sírovej. Pripájajú elektróny prichádzajúce cez drôt zo zinkovej katódy a v dôsledku toho sa vytvárajú vodíkové bubliny:

2H++ 2 e-- = N2

Po krátkom čase bude meď pokrytá tenkou vrstvou vodíkových bublín. V tomto prípade sa medená elektróda zmení na vodíkovú a potenciálny rozdiel sa zníži. Tento proces sa nazýva polarizácia elektród. Polarizáciu medenej elektródy je možné eliminovať pridaním malého množstva roztoku dvojchrómanu draselného do článku po poklese napätia. Potom sa napätie opäť zvýši, pretože dvojchróman draselný oxiduje vodík na vodu. Dichróman draselný v tomto prípade pôsobí ako depolarizátor.
V praxi sa používajú galvanické obvody, ktorých elektródy nie sú polarizované, alebo obvody, ktorých polarizáciu je možné eliminovať pridaním depolarizátorov.
Ako príklad nepolarizovateľného prvku uvažujme prvok Daniel, ktorý sa v minulosti často používal ako prúdový zdroj. Toto je tiež meď-zinkový prvok, ale oba kovy sú ponorené do rôznych roztokov. Zinková elektróda je umiestnená v pórovitej hlinenej komore naplnenej zriedenou (asi 20%) kyselinou sírovou. Hlinená bunka je suspendovaná vo veľkom pohári obsahujúcom koncentrovaný roztok síranu meďnatého a na dne je vrstva kryštálov síranu meďnatého. Druhá elektróda v tejto nádobe je valec vyrobený z medeného plechu.
Tento prvok môže byť vyrobený zo sklenenej nádoby, komerčne dostupnej hlinenej bunky (v extrémnych prípadoch používame kvetináč, ktorý uzatvára dieru na dne) a dvoch elektród vhodnej veľkosti.
Počas prevádzky prvku sa zinok rozpúšťa za vzniku síranu zinočnatého a na medenej elektróde sa uvoľňujú ióny medi. Ale zároveň medená elektróda nie je polarizovaná a prvok produkuje napätie asi 1 V. V skutočnosti je teoreticky napätie na svorkách 1,10 V, ale pri odbere prúdu nameriame o niečo nižšiu hodnotu kvôli el. odpor bunky.
Ak neodstránime prúd z prvku, musíme z roztoku kyseliny sírovej odstrániť zinkovú elektródu, pretože inak sa rozpustí za vzniku vodíka.
Schéma jednoduchej bunky, ktorá nevyžaduje poréznu priečku, je znázornená na obrázku. Zinková elektróda je umiestnená v hornej časti sklenenej nádoby a medená elektróda je umiestnená v blízkosti spodnej časti. Celá bunka je naplnená nasýteným roztokom kuchynskej soli. Na dno nádoby položte hrsť kryštálov síranu meďnatého. Výsledný koncentrovaný roztok síranu meďnatého sa bude miešať s roztokom stolovej soli veľmi pomaly. Preto pri prevádzke článku sa na medenej elektróde uvoľňuje meď a zinok sa rozpúšťa vo forme síranu alebo chloridu v hornej časti článku.
V súčasnosti sa v batériách používajú takmer výlučne suché články, ktorých použitie je pohodlnejšie. Ich predkom je prvok Leclanche. Elektródy sú zinkový valec a uhlíková tyč. Elektrolyt je pasta, ktorá pozostáva hlavne z chloridu amónneho. Zinok sa rozpúšťa v paste a na uhlí sa uvoľňuje vodík. Aby sa zabránilo polarizácii, uhlíková tyč sa ponorí do plátenného vrecka obsahujúceho zmes uhoľného prášku a pyrolusitu. Uhlíkový prášok zväčšuje povrch elektródy a pyrolusit pôsobí ako depolarizátor a pomaly oxiduje vodík.
Je pravda, že depolarizačná schopnosť pyrolusitu je slabšia ako u vyššie uvedeného dvojchrómanu draselného. Preto, keď je prúd prijímaný v suchých článkoch, napätie rýchlo klesá, " unaviť sa"v dôsledku polarizácie. Až po určitom čase dochádza k oxidácii vodíka pyroluzitom. Teda prvky " odpočívajúci", ak vám nejaký čas neprejde prúd. Skontrolujeme to na batérii do baterky, ku ktorej pripojíme žiarovku. Paralelne so svietidlom, teda priamo na svorky, pripojíme voltmeter.
Najprv bude napätie asi 4,5 V. (Najčastejšie majú takéto batérie zapojené tri články do série, každý s teoretickým napätím 1,48 V.) Po určitom čase napätie klesne a žiara žiarovky oslabiť. Na základe údajov z voltmetra môžeme posúdiť, ako dlho potrebuje batéria odpočívať.
Osobitné miesto zaujímajú regeneračné prvky známe tzv batérie. Prechádzajú reverzibilnými reakciami a po vybití článku je možné ich dobíjať pripojením k externému zdroju jednosmerného prúdu.
V súčasnosti sú najbežnejšie olovené batérie; Elektrolytom v nich je zriedená kyselina sírová, do ktorej sú ponorené dve olovené platne. Kladná elektróda je pokrytá oxidom olovnatým PbO 2, záporná je kovové olovo. Napätie na svorkách je približne 2,1 V. Pri vybíjaní sa na oboch platniach tvorí síran olovnatý, ktorý sa pri nabíjaní opäť mení na kovové olovo a peroxid olovnatý.

APLIKÁCIA GALVANICKÝCH NÁTEROV

Ukladanie kovov z vodných roztokov pomocou elektrického prúdu je opačný proces elektrolytického rozpúšťania, s ktorým sme sa oboznámili pri uvažovaní o galvanických článkoch. Najprv budeme skúmať depozíciu medi, ktorá sa používa v medenom coulometri na meranie množstva elektriny.

Kov je ukladaný prúdom

Po ohnutí koncov dvoch tenkých medených plátov ich zavesíme na protiľahlé steny kadičky alebo ešte lepšie malého skleneného akvária. Drôty pripevňujeme k platniam pomocou svoriek.
Elektrolyt Pripravíme si podľa nasledujúceho receptu: 125 g kryštalického síranu meďnatého, 50 g koncentrovanej kyseliny sírovej a 50 g liehu (denaturovaný lieh), zvyšok tvorí voda do 1 litra. Za týmto účelom najskôr rozpustite síran meďnatý v 500 ml vody, potom opatrne po malých častiach pridajte kyselinu sírovú ( Kúrenie! Kvapalina môže striekať!), potom pridajte alkohol a dolejte vodu do objemu 1 litra.
Naplňte coulometer pripraveným roztokom a do obvodu zapojte premenlivý odpor, ampérmeter a olovenú batériu. Pomocou odporu upravíme prúd tak, aby jeho hustota bola 0,02-0,01 A/cm 2 povrchu elektródy. Ak má medená platňa plochu 50 cm2, prúdová sila by mala byť v rozmedzí 0,5-1 A.
Po určitom čase sa na katóde (záporná elektróda) ​​začne zrážať svetločervená kovová meď a na anóde (pozitívna elektróda) ​​prejde meď do roztoku. Na vyčistenie medených plátov pustíme prúd v coulometri asi pol hodiny. Potom katódu vyberieme, opatrne osušíme filtračným papierom a presne odvážime. Nainštalujeme elektródu do článku, uzavrime obvod pomocou reostatu a udržiavame konštantný prúd, napríklad 1 A. Po hodine obvod otvoríme a znovu odvážime vysušenú katódu. Pri prúde 1 A sa jeho hmotnosť zvýši o 1,18 g za hodinu prevádzky.
Preto množstvo elektriny rovnajúce sa 1 ampérhodine prechádzajúcej roztokom môže uvoľniť 1,18 g medi. Alebo všeobecne: množstvo uvoľnenej látky je priamo úmerné množstvu elektriny prechádzajúcej cez roztok.
Na izoláciu 1 ekvivalentu iónu je potrebné prejsť roztokom také množstvo elektriny, ktoré sa rovná súčinu náboja elektródy e a Avogadrovmu číslu N A:
e*N A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Táto hodnota je označená symbolom F a je pomenovaný po objaviteľovi kvantitatívnych zákonov elektrolýzy Faradayovo číslo(presná hodnota F- 96 498 A*s*mol-1). Preto izolovať daný počet ekvivalentov z roztoku n e cez roztok by malo prejsť množstvo elektriny rovnajúce sa F*n e A*s*mol-1. Inými slovami,
ja*t =F*n tu ja- aktuálny, t- čas prechodu prúdu roztokom. V kapitole " Základy titrácie„Už sa ukázalo, že počet ekvivalentov látky n e sa rovná súčinu počtu mólov a ekvivalentného čísla:
n e = n*Z Preto:

ja*t = F*n*Z

V tomto prípade Z- iónový náboj (pre Ag + Z= 1, pre Cu2+ Z= 2, pre Al3+ Z= 3 atď.). Ak vyjadríme počet mólov ako pomer hmotnosti k molárnej hmotnosti ( n = m/M), potom dostaneme vzorec, ktorý nám umožňuje vypočítať všetky procesy vyskytujúce sa počas elektrolýzy:

ja*t =F*m*Z/M

Pomocou tohto vzorca môžete vypočítať prúd:

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

Ak zavedieme vzťah pre elektrickú prácu W el

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

Potom s vedomím napätia U, môžete vypočítať:

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

Dá sa tiež vypočítať, ako dlho trvá, kým sa určité množstvo látky elektrolyticky uvoľní, alebo koľko látky sa uvoľní za určitý čas. Počas experimentu musí byť prúdová hustota udržiavaná v stanovených medziach. Ak je menej ako 0,01 A/cm2, potom sa uvoľní príliš málo kovu, pretože sa čiastočne vytvoria ióny medi. Ak je prúdová hustota príliš vysoká, priľnavosť povlaku k elektróde bude slabá a keď sa elektróda vyberie z roztoku, môže sa rozpadnúť.
V praxi sa galvanické povlaky na kovoch používajú predovšetkým na ochranu pred koróziou a na získanie zrkadlového lesku.
Okrem toho sa kovy, najmä meď a olovo, čistia anodickým rozpúšťaním a následnou separáciou na katóde (elektrolytická rafinácia).
Na pokovovanie železa meďou alebo niklom musíte najskôr dôkladne očistiť povrch predmetu. Za týmto účelom ho vyleštite umytou kriedou a postupne odmastite zriedeným roztokom hydroxidu sodného, ​​vody a alkoholu. Ak je predmet pokrytý hrdzou, musíte ho vopred namočiť v 10-15% roztoku kyseliny sírovej.
Vyčistený produkt zavesíme do elektrolytického kúpeľa (malé akvárium alebo kadička), kde bude slúžiť ako katóda.
Roztok na pokovovanie medi obsahuje 250 g síranu meďnatého a 80-100 g koncentrovanej kyseliny sírovej v 1 litri vody (Pozor!). V tomto prípade bude medená platňa slúžiť ako anóda. Povrch anódy by mal byť približne rovnaký ako povrch poťahovaného predmetu. Preto musíte vždy zabezpečiť, aby medená anóda visela vo vani v rovnakej hĺbke ako katóda.
Proces bude prebiehať pri napätí 3-4 V (dve batérie) a prúdovej hustote 0,02-0,4 A/cm2. Teplota roztoku v kúpeli by mala byť 18-25 °C.
Venujme pozornosť skutočnosti, že rovina anódy a povrch, ktorý sa má potiahnuť, sú navzájom rovnobežné. Je lepšie nepoužívať predmety so zložitými tvarmi. Zmenou trvania elektrolýzy je možné získať medené povlaky rôznych hrúbok.
Často sa uchyľujú k predbežnému pokovovaniu medi, aby na túto vrstvu naniesli odolný povlak iného kovu. Toto sa obzvlášť často používa pri chrómovaní železa, poniklovaní zinku a v iných prípadoch. Na tento účel sa používajú skutočne veľmi jedovaté kyanidové elektrolyty.
Na prípravu elektrolytu na pokovovanie niklom rozpustite 25 g kryštalického síranu nikelnatého, 10 g kyseliny boritej alebo 10 g citrátu sodného v 450 ml vody. Citrát sodný si môžete pripraviť sami neutralizáciou roztoku 10 g kyseliny citrónovej zriedeným roztokom hydroxidu sodného alebo roztokom sódy. Anódou nech je niklová platňa s čo najväčšou plochou a ako zdroj napätia vezmite batériu.
Pomocou premenlivého odporu udržíme prúdovú hustotu rovnú 0,005 A/cm 2 . Napríklad s povrchom predmetu 20 cm 2 musíte pracovať pri sile prúdu 0,1 A. Po pol hodine práce bude predmet už poniklovaný. Vyberieme z vane a utrieme handričkou. Proces pokovovania niklom je však lepšie neprerušovať, pretože potom môže dôjsť k pasivácii vrstvy niklu a následný povlak niklu nebude dobre priľnúť.
Na dosiahnutie zrkadlového lesku bez mechanického leštenia zavádzame do galvanického kúpeľa takzvanú leskotvornú prísadu. Medzi takéto prísady patrí napríklad lepidlo, želatína, cukor. Do niklového kúpeľa môžete pridať napríklad pár gramov cukru a študovať jeho účinok.
Na prípravu elektrolytu na chrómovanie železa (po predbežnom pomedení) rozpustite 40 g anhydridu chrómu CrO 3 (Pozor! Jed!) a presne 0,5 g kyseliny sírovej (v žiadnom prípade nie viac!) v 100 ml vody. Proces prebieha pri prúdovej hustote asi 0,1 A/cm2 a ako anóda sa používa olovená doska, ktorej plocha by mala byť o niečo menšia ako plocha pochrómovaného povrchu.
Niklové a chrómové kúpele sú najlepšie mierne zahriate (asi na 35 ° C). Upozorňujeme, že elektrolyty na chrómovanie, najmä pri dlhom procese a vysokom prúde, uvoľňujú výpary obsahujúce kyselinu chrómovú, ktoré sú veľmi škodlivé pre zdravie. Preto by sa chrómovanie malo vykonávať pod trakciou alebo na čerstvom vzduchu, napríklad na balkóne.
Pri chrómovaní (a v menšej miere aj pri niklovaní) nie je všetok prúd využitý na nanášanie kovov. Zároveň sa uvoľňuje vodík. Na základe množstva napätí by sa dalo očakávať, že kovy pred vodíkom by sa z vodných roztokov vôbec nemali uvoľňovať, ale naopak, malo by sa uvoľňovať menej aktívneho vodíka. Avšak tu, rovnako ako pri anodickom rozpúšťaní kovov, je katódový vývoj vodíka často inhibovaný a je pozorovaný iba pri vysokom napätí. Tento jav sa nazýva vodíkové prepätie a obzvlášť veľké je napríklad na olove. Vďaka tejto okolnosti môže olovená batéria fungovať. Pri nabíjaní batérie by sa namiesto PbO 2 mal na katóde objaviť vodík, ale v dôsledku prepätia sa vývoj vodíka začína, keď je batéria takmer úplne nabitá.

Rad elektrochemickej aktivity kovov (rozsah napätia, rozsah štandardných elektródových potenciálov) - postupnosť, v ktorej sú kovy usporiadané podľa zvyšovania ich štandardných elektrochemických potenciálov φ 0, čo zodpovedá polovičnej reakcii redukcie katiónu kovu Me n+: Me n+ + nē → Me

Množstvo napätí charakterizuje porovnávaciu aktivitu kovov v redoxných reakciách vo vodných roztokoch.

Príbeh

Postupnosť usporiadania kovov v poradí zmien ich chemickej aktivity bola vo všeobecnosti známa už alchymistom. Za prejav transmutácie prvkov sa považovali procesy vzájomného vytesňovania kovov z roztokov a ich povrchové ukladanie (napr. vytesňovanie striebra a medi z roztokov ich solí železom).

Neskorší alchymisti sa priblížili k pochopeniu chemickej stránky vzájomného vyzrážania kovov z ich roztokov. Angelus Sala teda vo svojom diele „Anatomia Vitrioli“ (1613) dospel k záveru, že produkty chemických reakcií pozostávajú z rovnakých „zložiek“, aké boli obsiahnuté v pôvodných látkach. Následne Robert Boyle navrhol hypotézu o dôvodoch, prečo jeden kov vytláča iný z riešenia založeného na korpuskulárnych konceptoch.

V ére vzniku klasickej chémie sa schopnosť prvkov vzájomne sa vytesňovať zo zlúčenín stala dôležitým aspektom chápania reaktivity. J. Berzelius na základe elektrochemickej teórie afinity skonštruoval klasifikáciu prvkov, pričom ich rozdelil na „metaloidy“ (teraz sa používa termín „nekovy“) a „kovy“ a umiestnil medzi ne vodík.

Sled kovov podľa ich schopnosti vzájomného vytesňovania, dlho známy chemikom, zvlášť dôkladne a komplexne preštudoval a doplnil N. N. Beketov v 60. rokoch 19. storočia a nasledujúcich rokoch. Už v roku 1859 urobil v Paríži správu na tému „Vyšetrovanie javov vytláčania niektorých prvkov inými“. Beketov do tejto práce zahrnul množstvo zovšeobecnení o vzťahu medzi vzájomným premiestňovaním prvkov a ich atómovou hmotnosťou, pričom tieto procesy spájal s „ pôvodné chemické vlastnosti prvkov – to, čo sa nazýva chemická afinita". Beketovov objav vytesňovania kovov z roztokov ich solí vodíkom pod tlakom a štúdium redukčnej aktivity hliníka, horčíka a zinku pri vysokých teplotách (metalotermia) mu umožnili predložiť hypotézu o súvislosti medzi schopnosťou niektorých prvky vytesniť iné zo zlúčenín svojou hustotou: ľahšie jednoduché látky sú schopné vytesniť ťažšie (preto sa tento rad často nazýva aj tzv. Beketovova vytesňovacia séria, alebo jednoducho Beketovova séria).

Bez toho, aby sme popierali významné zásluhy Beketova pri vývoji moderných myšlienok o sérii aktivít kovov, myšlienka o ňom ako o jedinom tvorcovi tejto série, ktorý existuje v domácej populárnej a vzdelávacej literatúre, by sa mala považovať za chybnú. Početné experimentálne údaje získané na konci 19. storočia vyvrátili Beketovovu hypotézu. William Odling teda opísal mnoho prípadov „obrátenia činnosti“. Napríklad meď vytláča cín z koncentrovaného okysleného roztoku SnCl2 a olovo z kyslého roztoku PbCl2; je tiež schopný rozpúšťať sa v koncentrovanej kyseline chlorovodíkovej za uvoľňovania vodíka. Meď, cín a olovo sú v rade napravo od kadmia, ale môžu ho vytesniť z vriaceho mierne okysleného roztoku CdCl 2.

Prudký rozvoj teoretickej a experimentálnej fyzikálnej chémie poukázal na ďalší dôvod rozdielov v chemickej aktivite kovov. S rozvojom moderných koncepcií elektrochémie (hlavne v prácach Waltera Nernsta) sa ukázalo, že táto postupnosť zodpovedá „sérii napätí“ - usporiadaniu kovov podľa hodnoty štandardných elektródových potenciálov. Preto namiesto kvalitatívnej charakteristiky - „sklon“ kovu a jeho iónu k určitým reakciám - Nerst zaviedol presnú kvantitatívnu hodnotu charakterizujúcu schopnosť každého kovu prechádzať do roztoku vo forme iónov, ako aj redukovať. od iónov po kov na elektróde a zodpovedajúca séria dostala názov rozsah štandardných elektródových potenciálov.

Teoretický základ

Hodnoty elektrochemických potenciálov sú funkciou mnohých premenných, a preto vykazujú komplexnú závislosť od polohy kovov v periodickej tabuľke. Oxidačný potenciál katiónov sa teda zvyšuje so zvyšovaním atomizačnej energie kovu, so zvyšovaním celkového ionizačného potenciálu jeho atómov a so znižovaním hydratačnej energie jeho katiónov.

V najvšeobecnejšej forme je zrejmé, že kovy nachádzajúce sa na začiatku periód sa vyznačujú nízkymi hodnotami elektrochemických potenciálov a zaberajú miesta na ľavej strane série napätia. V tomto prípade striedanie alkalických kovov a kovov alkalických zemín odráža fenomén diagonálnej podobnosti. Kovy umiestnené bližšie k stredu periód sa vyznačujú veľkými potenciálnymi hodnotami a zaberajú miesta v pravej polovici radu. Konzistentný nárast elektrochemického potenciálu (z -3,395 V pre Eu 2+ /Eu [ ] až +1,691 V pre pár Au + /Au) odráža zníženie redukčnej aktivity kovov (schopnosť darovať elektróny) a zvýšenie oxidačnej schopnosti ich katiónov (schopnosť získavať elektróny). Najsilnejším redukčným činidlom je teda kovové európium a najsilnejším oxidačným činidlom sú katióny zlata Au+.

Vodík je tradične zaradený do napäťového radu, pretože praktické meranie elektrochemických potenciálov kovov sa vykonáva pomocou štandardnej vodíkovej elektródy.

Praktické využitie radu napätí

Na porovnávacie [relatívne] hodnotenie chemickej aktivity kovov pri reakciách s vodnými roztokmi solí a kyselín a na hodnotenie katódových a anodických procesov pri elektrolýze sa v praxi používa množstvo napätí:

• Kovy naľavo od vodíka sú silnejšie redukčné činidlá ako kovy napravo: vytláčajú ho z roztokov solí. Napríklad interakcia Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu je možná len v priamom smere.
• Kovy v rade vľavo od vodíka vytláčajú vodík pri interakcii s vodnými roztokmi neoxidujúcich kyselín; najaktívnejšie kovy (až po hliník vrátane) - a pri interakcii s vodou.
• Kovy v rade napravo od vodíka za normálnych podmienok neinteragujú s vodnými roztokmi neoxidačných kyselín.
• Počas elektrolýzy sa na katóde uvoľňujú kovy napravo od vodíka; redukcia stredne aktívnych kovov je sprevádzaná uvoľňovaním vodíka; Najaktívnejšie kovy (až po hliník) nemožno za normálnych podmienok izolovať z vodných roztokov solí.

Tabuľka elektrochemických potenciálov kovov

Kovové	katión	φ 0, V	Reaktivita	Elektrolýza (na katóde):
	Li+	-3,0401	reaguje s vodou	sa uvoľňuje vodík
	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	reaguje s vodnými roztokmi kyselín
	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
	Cf 2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	Mám 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
	Cf 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Št 4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	Byť 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	MD 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		konkurenčné reakcie: uvoľňovanie vodíka aj uvoľňovanie čistého kovu
	Hf 4+	-1,55
	Zr 4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	Nie 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

Rozsah namáhania kovu- ide o sériu kovov usporiadaných v rastúcom poradí podľa ich štandardného elektródového potenciálu (). Poloha kovu v napäťovej sérii naznačuje jeho redoxné schopnosti vo vzťahu k iným kovom a ich katiónom pre reakcie prebiehajúce v roztokoch elektrolytov, t.j. pri reakciách so soľami a zásadami. A tiež s nekovmi, ak sa tieto reakcie vyskytujú vo vodných roztokoch; medzi takéto procesy patria najmä procesy korózie kovov ().

V sérii napätí:

1) Znižuje sa redukčná schopnosť kovov.

2) Zvyšuje sa oxidačná kapacita. V dôsledku toho kovy, ktoré sú v sérii napätia pred vodíkom, ho vytláčajú z roztokov kyselín (nie oxidačných činidiel).

3) Kovy stojace vľavo v rade (s nižším potenciálom) vytláčajú kovy stojace vpravo (s vyšším potenciálom) z roztokov ich solí.

4) Kovy v rozsahu napätia do Mg (s ) vytláčajú vodík z vody.

Hodnota elektródového potenciálu teda určuje redoxné schopnosti kovov vo vzťahu k sebe navzájom a vo vzťahu k H a katiónom, ktoré ho obsahujú v elektrolytoch.

Meranie elektródových potenciálov. Rozsah štandardných elektródových potenciálov, vodíková elektróda.

Absolútnu hodnotu elektródového potenciálu je takmer nemožné zmerať. V tomto ohľade sa elektródový potenciál meria meraním EMF galvanického článku zloženého zo skúmanej elektródy a elektródového potenciálu, ktorého potenciál je známy. Štandardný elektródový potenciál je určený hodnotou emf galvanického článku zloženého zo skúmanej elektródy a štandardnej vodíkovej elektródy, ktorej potenciál sa bežne považuje za nulový.

Štandardná vodíková elektróda– Ide o systém za normálnych podmienok pozostávajúci z hubovej platne, do ktorej pórov sa čerpá vodík, umiestnenej v jednomolovom roztoku kyseliny sírovej H 2 SO 4 s C(H +) = 1 mol/kg

Štandardizácia podmienok a reprodukovanie potenciálu takejto elektródy je náročná úloha, preto sa táto elektróda používa na meteorologické účely. V laboratórnej praxi sa na meranie elektródových potenciálov používajú pomocné elektródy.

Príklad: kalomelová elektróda - Hg,HgCl/Cl - ;

chlór strieborný – Ag, AgCl/Cl - atď.

Potenciál týchto elektród sa stabilne reprodukuje, to znamená, že si zachováva svoju hodnotu počas skladovania a prevádzky.