Mga uso at uso sa fashion. Mga accessories, sapatos, kagandahan, hairstyle

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay quantitatively characterize ang pagbabawas ng kakayahan ng metal atoms at ang oxidizing kakayahan ng kanilang mga ions.  

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay ginagawang posible upang malutas ang isyu ng direksyon ng kusang paglitaw ng mga reaksyon ng redox. Tulad ng sa pangkalahatang kaso ng anumang kemikal na reaksyon, ang pagtukoy sa kadahilanan dito ay ang tanda ng pagbabago sa isobaric na potensyal ng reaksyon. Ngunit nangangahulugan ito na ang una sa mga sistemang ito ay kikilos bilang isang ahente ng pagbabawas, at ang pangalawa bilang isang ahente ng oxidizing. Sa direktang pakikipag-ugnayan ng mga sangkap, ang posibleng direksyon ng reaksyon ay, siyempre, ay magiging katulad ng kapag ito ay isinasagawa sa isang galvanic cell.  

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay ginagawang posible upang malutas ang isyu ng direksyon ng kusang paglitaw ng mga reaksyon ng redox. Tulad ng sa pangkalahatang kaso ng anumang kemikal na reaksyon, ang pagtukoy sa kadahilanan dito ay ang tanda ng pagbabago sa enerhiya ng Gibbs ng reaksyon. Ngunit nangangahulugan ito na ang una sa mga sistemang ito ay kikilos bilang isang ahente ng pagbabawas, at ang pangalawa bilang isang ahente ng oxidizing. Sa direktang pakikipag-ugnayan ng mga sangkap, ang posibleng direksyon ng reaksyon ay, siyempre, ay magiging katulad ng kapag ito ay isinasagawa sa isang galvanic cell.  

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay nagpapakilala sa mga kemikal na katangian ng mga metal.  

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal na elektrod ay nagpapakilala mga katangian ng kemikal mga metal Ginagamit ito kapag isinasaalang-alang ang pagkakasunud-sunod ng paglabas ng ion sa panahon ng electrolysis, pati na rin sa paglalarawan pangkalahatang katangian mga metal  

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal na elektrod ay ginagawang posible upang malutas ang isyu ng direksyon ng kusang paglitaw ng mga reaksyon ng oxidizing at hindi pagbabawas. Tulad ng sa pangkalahatang kaso ng anumang kemikal na reaksyon, ang pagtukoy sa kadahilanan dito ay ang pagbabago sa isobaric na potensyal ng reaksyon. Ngunit nangangahulugan ito na ang una sa mga sistemang ito ay kumikilos bilang isang ahente ng pagbabawas, at ang pangalawa - bilang isang ahente ng oxidizing. Sa direktang pakikipag-ugnayan ng mga sangkap, ang posibleng direksyon ng reaksyon ay, siyempre, ay kapareho ng kapag isinasagawa sa isang galvanic cell.  

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay nagpapakilala sa mga kemikal na katangian ng mga metal. Ginagamit ito upang matukoy ang pagkakasunud-sunod ng paglabas ng mga ions sa panahon ng electrolysis, pati na rin upang ilarawan ang mga pangkalahatang katangian ng mga metal. Sa kasong ito, ang mga halaga ng karaniwang mga potensyal na elektrod ay quantitatively characterize ang pagbabawas ng kakayahan ng mga metal at ang oxidizing kakayahan ng kanilang mga ions.  

Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, H 2 , Cu, Ag, Hg, Au

Ang higit pa sa kaliwa ng isang metal ay nasa serye ng mga karaniwang potensyal ng elektrod, mas malakas ang ahente ng pagbabawas nito ay lithium metal, ang ginto ang pinakamahina, at, sa kabaligtaran, ang ginto (III) ion ay ang pinakamalakas na oxidizing; ahente, lithium (I) ang pinakamahina .

Ang bawat metal ay may kakayahang bawasan mula sa mga asin sa solusyon ang mga metal na nasa serye ng mga stress pagkatapos nito, halimbawa, ang bakal ay maaaring palitan ang tanso mula sa mga solusyon ng mga asin nito. Gayunpaman, tandaan na ang alkali at alkaline earth na mga metal ay direktang tutugon sa tubig.

Ang mga metal na nakatayo sa serye ng boltahe sa kaliwa ng hydrogen ay may kakayahang ilipat ito mula sa mga solusyon ng dilute acid at dissolving sa kanila.

Ang aktibidad ng pagbabawas ng isang metal ay hindi palaging tumutugma sa posisyon nito sa periodic table, dahil kapag tinutukoy ang lugar ng isang metal sa isang serye, hindi lamang ang kakayahang mag-donate ng mga electron ay isinasaalang-alang, kundi pati na rin ang enerhiya na ginugol sa pagkawasak ng kristal na sala-sala ng metal, pati na rin ang enerhiya na ginugol sa hydration ng mga ion.

Pakikipag-ugnayan sa mga simpleng sangkap

SA oxygen Karamihan sa mga metal ay bumubuo ng mga oxide - amphoteric at basic:

4Li + O 2 = 2Li 2 O,

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.

Ang mga alkali na metal, maliban sa lithium, ay bumubuo ng mga peroxide:

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

SA halogens Ang mga metal ay bumubuo ng mga asin ng mga hydrohalic acid, halimbawa,

Cu + Cl 2 = CuCl 2.

SA hydrogen ang pinaka-aktibong mga metal ay bumubuo ng ionic hydride - mga sangkap na tulad ng asin kung saan ang hydrogen ay may estado ng oksihenasyon na -1.

2Na + H2 = 2NaH.

SA kulay abo Ang mga metal ay bumubuo ng mga sulfide - mga asin ng hydrogen sulfide acid:

SA nitrogen Ang ilang mga metal ay bumubuo ng mga nitride ang reaksyon ay halos palaging nangyayari kapag pinainit:

3Mg + N2 = Mg3N2.

SA carbon Ang mga karbida ay nabuo:

4Al + 3C = Al 3 C 4.

SA posporus - phosphides:

3Ca + 2P = Ca 3 P 2 .

Ang mga metal ay maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa, na bumubuo mga intermetallic compound :

2Na + Sb = Na 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

Ang mga metal ay maaaring matunaw sa bawat isa sa mataas na temperatura nang hindi tumutugon, na bumubuo haluang metal.

Mga haluang metal

Mga haluang metal ay tinatawag na mga sistema na binubuo ng dalawa o higit pang mga metal, pati na rin ang mga metal at di-metal, na may mga katangiang katangian na likas lamang sa metal na estado.

Ang mga katangian ng mga haluang metal ay magkakaiba at naiiba sa mga katangian ng kanilang mga bahagi, halimbawa, upang ang ginto ay maging mas mahirap at mas angkop para sa paggawa ng alahas, ang pilak ay idinagdag dito, at isang haluang metal na naglalaman ng 40% cadmium at 60% bismuth ay may melting point na 144 °C, ibig sabihin, mas mababa kaysa sa melting point ng mga bahagi nito (Cd 321 °C, Bi 271 °C).

Ang mga sumusunod na uri ng mga haluang metal ay posible:

Ang mga tinunaw na metal ay pinaghalo sa bawat isa sa anumang ratio, natutunaw sa bawat isa nang walang katiyakan, halimbawa, Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni at iba pa. Ang mga haluang metal na ito ay homogenous sa komposisyon, may mataas na paglaban sa kemikal, at nagsasagawa ng electric current;

Ang mga tuwid na metal ay halo-halong sa bawat isa sa anumang ratio, ngunit kapag pinalamig sila ay naghihiwalay, at ang isang masa ay nakuha na binubuo ng mga indibidwal na kristal ng mga bahagi, halimbawa, Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb at iba pa.

Bahagi II. INORGANIC CHEMISTRY

Seksyon 12. PANGKALAHATANG KATANGIAN NG MGA METAL

§ 12.5. Isang hanay ng mga karaniwang potensyal ng elektrod

SA mataas na paaralan pag-aralan mo ang electrochemical boltahe serye ng mga metal. Ang mas tumpak na pangalan nito ay isang serye ng mga karaniwang potensyal na elektrod ng mga metal. Para sa ilang mga metal ito ay ibinigay sa talahanayan. 12.1. Paano binubuo ang naturang serye? Bakit, halimbawa, ang sodium ay nasa loob nito pagkatapos ng calcium? Paano gamitin ito sa malapit?

Ang sagot sa unang tanong ay maaaring ibigay batay sa materyal na pinag-aralan na. Kapag ang anumang metal ay nahuhulog sa isang electrolyte solution, ang isang potensyal na pagkakaiba ay nangyayari sa interface ng metal/solusyon, na tinatawag na electrode potential o electrode potential. Ang potensyal ng bawat elektrod ay nakasalalay sa likas na katangian ng metal, ang konsentrasyon ng mga ions nito sa solusyon at temperatura.

Hindi posibleng direktang sukatin ang potensyal ng isang indibidwal na elektrod. Samakatuwid, ang mga potensyal ng elektrod ay sinusukat na may kaugnayan sa isang karaniwang hydrogen electrode, ang potensyal nito ay karaniwang itinuturing na zero sa lahat ng temperatura. Ang hydrogen electrode ay binubuo ng platinum

kanin. 12.3. Karaniwang hydrogen electrode

platinum plate na pinahiran ng platinum black (electrolytically deposited platinum), na inilulubog sa isang solusyon ng sulfuric acid na may hydrogen ion concentration na 1 mol/l at hinuhugasan ng stream ng gaseous hydrogen sa ilalim ng pressure na 101.325 kPa sa 25°C (Larawan 12.3).

Ang molekular na hydrogen, na dumadaan sa solusyon, ay natutunaw at lumalapit sa ibabaw ng platinum. Sa ibabaw ng platinum, ang mga molekula ng hydrogen ay nahahati sa mga atomo at na-adsorbed (nakaayos sa ibabaw). Ang mga adsorbed hydrogen atoms H ay na-ionize:

H ad - e - -> H + ,

at hydrogen ions, pagdaragdag ng mga electron, pumasa sa adsorbed state:

N + + e - -> N adc.

Ang mas kumpletong ekwilibriyo sa hydrogen electrode ay ipinahayag ng diagram:

2Н + + 2е - ⇆ 2 H a ds (Pt) = Н 2.

Ang gitnang bahagi ng ekwilibriyong ito ay siyempre inalis, bagama't dapat itong isipin kung ano ang malaking papel na ginagampanan ng platinum sa pagtatatag ng gayong estado ng ekwilibriyo.

Kung ngayon ang isang plato ng anumang metal, na nahuhulog sa isang solusyon ng asin nito na may konsentrasyon ng mga ion ng metal na 1 mol/l, ay konektado sa isang karaniwang hydrogen electrode, tulad ng ipinapakita sa Fig. 12.4, pagkatapos ay isang galvanic na elemento (electrochemical circuit) ay nabuo, ang electromotive force (dinaglat na EMF) na kung saan ay madaling sukatin. Ang EMF na ito ay tinatawag na pamantayang potensyal ng elektrod ng isang ibinigay na elektrod (karaniwang tinutukoy na E°). Kaya, ang potensyal ng elektrod ay ang EMF ng isang galvanic cell (electrochemical circuit), na binubuo ng

kanin. 12.4. Galvanic circuit para sa pagsukat ng standard electrode potential ng isang metal:

1 - sinusukat na elektrod;

2 - potensyomiter;

3 - karaniwang hydrogen electrode;

4 - solusyon ng potassium chloride

ang elektrod na pinag-aaralan at ang karaniwang hydrogen electrode.

Ang nasabing circuit ay ipinapakita sa Fig. 12.4. Ang potensyal ng electrode ay tinatawag ding potensyal na redox.

Kapag nagtatalaga ng mga potensyal na elektrod E at karaniwang mga potensyal na elektrod E°, kaugalian na maglagay ng index sa mga palatandaan, na tumutugma sa sistema kung saan kabilang ang potensyal na ito. Kaya, ang karaniwang potensyal ng elektrod ng system ay 2H + + 2e -⇆ Ang H 2 ay nagsasaad ng E°2H+/H 2, mga system Li + + e - ⇆ Li - E ° Li +/ Li, at mga system M nO - 4 + 8H + + 5e - ⇆ Mn 2+ + 4H 2 O isulat ang E°M n O - 4 + 8 H+/M n 2 ++ 4H 2 O .

Sa pamamagitan ng paglalagay ng mga metal sa pagtaas ng pagkakasunud-sunod ng algebraic na halaga ng kanilang karaniwang mga potensyal na elektrod, nakuha namin ang serye na ipinakita sa Talahanayan. 12.1. Maaari rin itong magsama ng iba pang mga redox system (kabilang ang mga non-metallic), ayon sa pagkakabanggit, hanggang sa mga halaga ng E°, halimbawa E ° C l 2 / C l - = 1.36 V, E ° F 2 / 2 F - = 2.87 V, E ° S / S 2- = -0.51 V, atbp. Ang serye na ipinakita sa talahanayan. Ang 12.1 ay maituturing lamang bilang isang fragment mula sa isang bilang ng mga karaniwang potensyal na electrode ng mga redox system sa mga may tubig na solusyon sa 25°C, na binubuo ng pinakamahahalagang metal 1. Sa kasaysayan, ang seryeng ito ay nauna sa "serye ng Vitisky" ng G. M. Beketov.

Simbolo H g inilapat sa isang mercury electrode na nahuhulog sa isang solusyon ng hydrargium (I) na asin, ang ion na karaniwang inilalarawan bilang isang dimer:

Н g 2+ 2 + 2е - = 2Н g.

Karamihan sa mga karaniwang potensyal na elektrod ay maaaring matukoy sa eksperimento. Gayunpaman, para sa mga metal na alkali at alkaline earth ang halaga ng E° ay kinakalkula lamang ayon sa teorya, dahil ang mga metal na ito ay nakikipag-ugnayan sa tubig.

Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay nagpapakilala sa mga kemikal na katangian ng mga metal. Ginagamit ito upang malaman kung anong pagkakasunud-sunod ng mga ion ang nababawasan sa panahon ng electrolysis (§ 7.7), pati na rin upang ilarawan ang iba pang mga katangian ng mga metal (§ 10.9 at 12.5).

1 Sa USA, ang mga kabaligtaran na palatandaan ng mga potensyal na elektrod ay tinatanggap: ang pinakapositibo (+3.04 V) na elektrod Li+/Li at ang pinaka-negatibong (-2.87 V) na sistema F 2 /2 F - . Ang pagkakasunud-sunod ng sanggunian na ito ay makikita rin sa panitikang pang-edukasyon ng Amerikano na isinalin sa Russian.

Kung mas mababa ang algebraic na halaga ng potensyal, mas mataas ang pagbabawas ng kakayahan ng metal na ito at mas mababa ang kakayahang mag-oxidize ng mga ion nito.

Tulad ng mga sumusunod mula sa seryeng ito, ang lithium metal ay ang pinakamalakas na ahente ng pagbabawas, at ang ginto ang pinakamahina. Sa kabaligtaran, gintong ion Au ay ang pinakamalakas na oxidizing agent, at lithium ion Li+ - ang pinakamahina (sa Talahanayan 12.1 ang paglaki ng mga katangiang ito ay ipinahiwatig ng mga arrow).

Ang bawat metal sa isang serye ng mga karaniwang potensyal na elektrod ay may pag-aari ng pag-aari ng lahat ng kasunod na mga metal mula sa mga solusyon ng kanilang mga asin. Gayunpaman, hindi ito nangangahulugan na ang panunupil ay kinakailangang mangyari sa lahat ng kaso. Kaya, inilipat ng aluminyo ang tanso mula sa isang solusyon ng cuprum(II) chloride CuC l 2 , ngunit halos hindi ito inalis mula sa cuprum(II) sulfate solution CuSO4 . Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga chloride ions C l - sirain ang proteksiyon na ibabaw na pelikula sa aluminyo nang mas mabilis kumpara sa mga sulfate ions SO2-.

Kadalasan, batay sa isang bilang ng mga karaniwang potensyal na elektrod, ang mga equation ay isinulat para sa mga reaksyon ng pag-aalis ng mga metal mula sa mga solusyon ng kanilang mga asin sa pamamagitan ng mas aktibong alkali at meadow-earth na mga metal at, natural, sila ay nagkakamali. Sa kasong ito, ang pag-aalis ng mga metal ay hindi nangyayari, dahil ang alkali at alkaline earth na mga metal mismo ay tumutugon sa tubig.

Ang lahat ng mga metal na may negatibong halaga ng mga karaniwang potensyal na elektrod, iyon ay, nakatayo sa serye bago ang hydrogen, inilipat ang hydrogen mula sa dilute acids (tulad ng HC l o H 2 SO 4 ) at sabay na natunaw sa kanila. Gayunpaman, ang tingga ay halos hindi matutunaw sa mga dilute na solusyon ng sulfuric acid. Nangyayari ito dahil ang isang proteksiyon na layer ng low-grade na lead sulfate salt ay agad na nabubuo sa ibabaw ng lead. PbSO4 , na nakakagambala sa pakikipag-ugnay ng solusyon sa metal. Ang mga metal sa hilera pagkatapos ng hydrogen ay hindi pinapalitan ito mula sa mga acid.

Mula sa mga halimbawang ibinigay, maaari nating tapusin na ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal na elektrod ay dapat gamitin, na isinasaalang-alang ang mga katangian ng mga proseso na isinasaalang-alang. Ang pinakamahalagang bagay ay tandaan na ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay maaari lamang gamitin para sa mga may tubig na solusyon at na ito ay nagpapakilala sa aktibidad ng kemikal ng mga metal lamang sa mga reaksyong redox na nangyayari sa isang may tubig na kapaligiran.

Sa serye ng mga karaniwang potensyal ng elektrod, ang sodium ay matatagpuan pagkatapos ng calcium Ca: ito ay may mas mataas na algebraic na halaga ng karaniwang potensyal na elektrod.

Ang EMF ng anumang galvanic cell ay maaaring kalkulahin mula sa pagkakaiba sa karaniwang electrode potentials E°. Dapat tandaan na ang EMF ay palaging isang positibong dami. Samakatuwid, mula sa potensyal ng elektrod, na may mas malaking algebraic na halaga, kinakailangan na ibawas ang potensyal ng elektrod, na ang algebraic na halaga ay mas maliit. Halimbawa, ang emf ng isang elementong tanso-zinc sa karaniwang kondisyon magiging 0.34 - (-0.76) = 1.1 V.

Electrochemical corrosion ng metal. Proteksyon ng Cathodic. Anodic na proteksyon. Passive na proteksyon. Mga potensyal ng elektrod - talahanayan.

Sa karamihan ng mga kaso, ang metal corrosion ay tumutukoy sa oksihenasyon ng isang materyal. Sa pagsasanay, pinakamalaking pinsala nagdadala ng tinatawag na electrochemical corrosion na sinamahan ng aktibong paglipat ng bagay. Ang mga ibabaw ng metal ay madaling kapitan ng pagkasira ng electrochemical (kaagnasan) kapag nadikit ang mga ito sa mga electrolyte (mga ahente ng kaagnasan). Ang ganitong mga ahente ay maaaring mga gas sa atmospera, gaya ng dagat, lungsod o pang-industriyang hangin (i.e. sulfur dioxide, hydrogen chloride at sulfite, atbp.) o mga aktibong likido - brines, alkalis, tubig dagat atbp. (halimbawa, pawisan na mga tatak ng kamay).

Kung ang isang mag-asawang galvanic ay nabuo bilang isang resulta ng pakikipag-ugnay ng isang ahente ng kaagnasan sa mga ibabaw ng metal, kung gayon ang paglipat ng isang sangkap mula sa isang elektrod ng mag-asawa patungo sa isa pa ay tumindi nang maraming beses. Ang rate ng kaagnasan ay tinutukoy ng pagkakaiba sa mga potensyal ng elektrod ng pares. Ang prosesong ito ay karaniwang sinadya kapag pinag-uusapan electrochemical corrosion.

Ang pagkakaroon ng posibilidad na isuko ang mga electron, dahil sa negatibong potensyal ng elektrod, karamihan sa mga metal ay nag-oxidize sa panahon ng proseso ng kaagnasan. Kung ang isang tiyak na karagdagang positibong potensyal ay inilapat sa protektadong bagay = isang tiyak na negatibong potensyal ng pagkakasunud-sunod ng isang ikasampu ng isang bolta ay pinananatili dito, kung gayon ang posibilidad ng isang reaksyon ng oksihenasyon ay bumaba nang halos sa zero. Ang pamamaraang ito ng proteksyon ay karaniwang ipinahiwatig kapag pinag-uusapan proteksyon ng cathodic.

Kung ang isang tiyak na halaga ng isang sangkap na may mas mababang potensyal na elektrod (halimbawa, zinc o magnesium upang maprotektahan ang bakal) ay inilagay sa punto ng posibleng kaagnasan, kung gayon ang reaksyon ng oksihenasyon ay magaganap dito. Dapat matiyak ang mahusay na pakikipag-ugnay sa kuryente sa pagitan ng karagdagang ito proteksiyon na anode(sacrificial anode) at protektadong metal. Nahulaan mo na ba kung bakit yero ang mga tubo? Paano ang mga bakal na sheet para sa bubong? Naturally, kapag ang proteksiyon na anode ay ganap na natunaw, ang lahat ay pupunta gaya ng dati.

Sa ilalim passive na proteksyon maunawaan ang patong ng protektadong sample na may dielectric upang maiwasan ang paglitaw ng isang galvanic circuit. Halimbawa, maaari kang magpinta istraktura ng metal pintura ng langis, atbp.

mesa. Mga karaniwang potensyal ng elektrod ng ilang mga sangkap:

Kasama sa mga metal ang mga s-elemento ng mga pangkat 1 at 2, lahat ng d- at f-elemento, pati na rin ang isang bilang ng mga p-elemento ng mga pangunahing subgroup: 3 (maliban sa boron), 4 (Ge, Sn, Pb), 5 ( Sb, Bi) at Ro. Ang pinakakaraniwang elemento ng metal ay matatagpuan sa simula ng mga panahon. Mas maaga ay napag-usapan natin ang katotohanan na ang mga high-delokalisadong bono ay nangyayari sa mga metal. Ito ay dahil sa ang katunayan na, dahil sa epekto ng screening, ang mga valence electron sa mga metal na atom ay mas mahinang naaakit sa nucleus at ang mga unang ionization energies para sa kanila ay medyo mababa. Sa aming karaniwang temperatura (mga 300 K), na medyo malayo sa absolute zero, ang enerhiya thermal na paggalaw sapat para sa mga electron na malayang gumagalaw sa buong metal.

Dahil ang bono sa mga metal ay lubos na na-delocalize at umaabot sa buong kristal, ang mga metal ay may mataas na plasticity, electrical at thermal conductivity. Ang pilak at tanso ay may pinakamataas na electrical at thermal conductivity, at ang mercury ang may pinakamaliit. Ang huli ay din ang pinaka-fusible metal (-38.9 C). Ang pinaka-matigas na metal ay tungsten (3390 C). Ang ganitong malaking pagkakaiba sa mga punto ng pagkatunaw at pagkulo ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon sa mga metal, bilang karagdagan sa mga metal na bono, ng isang tiyak na proporsyon ng mga covalent bond, lalo na para sa mga elemento ng paglipat na may isang malaking bilang mga electron ng valence.

Isaalang-alang natin ang mga elektronikong pagsasaayos ng mercury at tungsten.

Hg – 5d 10 6s 2; W – 5d 4 6s 2 . Intermolecular na pakikipag-ugnayan Napakakaunti sa pagitan ng mga atomo ng mercury, napakaliit na sa pangkalahatan, sa mataas na densidad, dahil sa gravity ng mga atomo, ito ang pinakanakakasamang metal. Dahil ang lahat ng mga sublevel sa mercury atom ay napuno, ang pagbuo ng mga covalent bond ay karaniwang imposible, at ang metal na bono ay medyo mahina, mas mahina kaysa sa alkali na mga metal, na sa pangkalahatan ay ang pinaka-nakakasama sa lahat ng mga metal. Sa kabaligtaran, ang pagbuo ng apat na valence bond nang sabay-sabay ay posible sa W atom. Bilang karagdagan, ang metallic bonding ay ang pinakamalakas sa lahat ng 5d na elemento, at ang mga atom mismo ay mas mabigat kaysa sa kanilang mga electronic na katapat: Mo at Cr. Ang kumbinasyon ng mga salik na ito ay humahantong sa pinakadakilang refractoriness ng tungsten.

Ang elektronikong configuration ng osmium (5d 6 6s 2) ay tulad na kulang ito ng 4 na electron bago kumpletuhin ang 5d sublevel, kaya pinakamalakas ang kakayahan nitong makaakit ng mga electron mula sa mga kalapit na atomo, na nagiging sanhi ng pagpapaikli ng metal-metal bond. Samakatuwid, ang osmium ay may pinakamataas na density (22.4 g/cm3).

SA purong anyo ang mga metal ay medyo bihira. Karaniwan, ang mga ito ay mga chemically inert na metal (ginto, pati na rin ang mga metal na pangkat ng platinum - platinum, rhodium, iridium, osmium, atbp.). Ang pilak, tanso, mercury, at lata ay matatagpuan kapwa sa katutubong estado at sa anyo ng mga compound. Ang natitirang mga metal ay nangyayari sa anyo ng mga compound na tinatawag na ores.

Ang mga metal ay nakuha mula sa kanilang mga compound sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga ito mula sa mga oxide. Ang C, CO, mga aktibong metal, hydrogen, at methane ay ginagamit bilang mga ahente ng pagbabawas. Kung ang mineral ay metal sulfide (ZnS, FeS 2), kung gayon ito ay unang na-convert sa oksido. Ang pagbabawas ng mga metal mula sa kanilang mga compound ng ibang mga metal ay tinatawag na metallothermy. Ang ilang mga metal ay nakuha mula sa mga solusyon ng kanilang mga asin sa pamamagitan ng electrolysis, halimbawa, aluminyo o sodium. Ang lahat ng mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal mula sa kanilang mga compound ay batay sa mga proseso ng redox.

Ang proseso ng paglipat ng elektron sa isang redox na kalahating reaksyon ay maaaring katawanin ng sumusunod na pangkalahatang equation:

Ang proseso ng paglipat ng elektron ay tumutugma sa isang pagbabago sa enerhiya ng Gibbs na katumbas ng ∆G = –nFE, kung saan ang F (ang pare-pareho ng Faraday, ay tumutugma sa dami ng kuryente na kinakailangan upang mabawasan o ma-oxidize ang isang mole ng isang substance) = 96500 C/mol, n ay ang bilang ng mga electron, E ang potensyal ng elektrod, B ay ang pagkakaiba sa boltahe sa pagitan ng ahente ng oxidizing at ng ahente ng pagbabawas. Sa kabilang banda, ∆G = –RTlnK = –nFE; RTlnK = nFE. Samakatuwid E = RTlnK/nF. Dahil K = /, at 2.3lnK = logK, ang pag-asa ng potensyal ng elektrod sa mga konsentrasyon ng mga sangkap - mga kalahok sa proseso ng elektrod - at sa temperatura ay ipinahayag ng sumusunod na equation:

E = E 0 + log/ – Nernst equation.

Sa karaniwang temperatura (298 K) ang equation ay nasa anyo:

E = E 0 + 0.059lg/

Ang konsentrasyon ng ahente ng oxidizing ay palaging ibinibigay sa numerator, at ang potensyal ay palaging ibinibigay para sa pagbawas ng kalahating reaksyon: Ox + ne = Pula.

Sa mga konsentrasyon ng equilibrium ng ahente ng oxidizing at ng ahente ng pagbabawas na katumbas ng pagkakaisa, ang E = E 0 ay ang karaniwang potensyal ng elektrod: ito ang potensyal ng isang naibigay na proseso ng elektrod sa mga konsentrasyon ng yunit ng lahat ng mga sangkap. Dahil ang ganap na halaga ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ay hindi matukoy, ang potensyal na kalahating reaksyon ay kinuha bilang reference point: 2Н + + 2е = Н2. Ang potensyal ng proseso ng elektrod na ito ay ipinapalagay na 0 sa mga konsentrasyon ng yunit ng hydrogen cation. Ang hydrogen electrode ay binubuo ng isang platinum plate, na nahuhulog sa isang solusyon ng sulfuric acid na may [H + ] = 1 mol/l at hinugasan ng isang stream ng H 2 sa ilalim ng presyon ng 101325 Pa sa 298 K.

Ang potensyal ng elektrod ay ang EMF ng isang galvanic cell, na binubuo ng electrode sa ilalim ng pag-aaral at isang karaniwang hydrogen electrode. Sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga metal sa pagtaas ng pagkakasunud-sunod ng magnitude ng kanilang mga potensyal na elektrod, nakakakuha tayo ng isang bilang ng mga karaniwang potensyal na elektrod ng mga metal. Nailalarawan nito ang mga kemikal na katangian ng mga metal. Ang bawat metal sa serye ay inilipat ang lahat ng kasunod na mga metal mula sa solusyon ng kanilang mga asin. Ang mga metal sa hilera sa kaliwa ng hydrogen ay pinapalitan ito mula sa mga solusyon sa acid.

Ang potensyal ng anumang redox na reaksyon ay maaaring kalkulahin batay sa mga halaga ng mga potensyal na kalahating reaksyon.

Isaalang-alang natin ang isang simpleng halimbawa: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2. Para sa prosesong ito, dalawang kalahating reaksyon ang nagaganap:

Zn 2+ + 2e = Zn 0 E 0 (Zn 2+ /Zn) = –0.76 B

2H + + 2e = H 2 0 E 0 (2H + /H 2) = 0.00 B

Dahil ang potensyal ng pangalawang kalahating reaksyon ay mas mataas kaysa sa una, ang pangalawang kalahating reaksyon ay magpapatuloy mula kaliwa hanggang kanan, iyon ay, patungo sa pagbuo ng mga molekula ng hydrogen. Ang unang kalahating reaksyon ay magpapatuloy mula sa kanan papuntang kaliwa, iyon ay, patungo sa pagbuo ng mga zinc cation.

Kung isasaalang-alang ang paggawa ng mga metal, napag-usapan namin ang katotohanan na ang isang bilang ng mga metal ay nabawasan mula sa kanilang mga oksido ng iba, mas aktibong mga metal. Halimbawa, maaaring bawasan ng magnesium ang tanso mula sa tanso(II) oksido. Paghambingin natin ang dalawang kalahating reaksyon:

Cu 2+ + 2e = Cu E 0 = +0.34 V

Mg 2+ + 2e = Mg E 0 = –2.36 V

Ang potensyal ng unang kalahating reaksyon ay mas mataas kaysa sa pangalawa at ito ang isa na magpapatuloy mula kaliwa hanggang kanan, at ang pangalawa - mula kanan hanggang kaliwa.

Kaya, upang matukoy ang direksyon ng mga reaksyon ng redox, kinakailangan na isulat ang dalawang kalahating reaksyon mula sa oxidized form hanggang sa pinababang anyo at ihambing ang kanilang mga potensyal. Ang isang reaksyon na may mas mataas na potensyal ay magpapatuloy mula kaliwa hanggang kanan, at ang isa na may mas mababang potensyal ay magpapatuloy mula kanan pakaliwa.

Halos lahat ng mga reaksyon ng mga metal ay mga proseso ng redox at upang matukoy ang kanilang direksyon, kinakailangan, una sa lahat, na isaalang-alang ang mga potensyal ng bawat kalahating reaksyon sa proseso ng redox. Ngunit, bukod sa, may mga pagbubukod. Halimbawa, ang tingga ay hindi matutunaw sa sulfuric acid, sa kabila ng katotohanan na ang potensyal ng pares ng Pb 2+ /Pb ay –0.15 V. Ang katotohanan ay ang lead sulfate ay hindi matutunaw at ang pagbuo nito ay pumipigil sa karagdagang oksihenasyon ng lead.

Lektura 15.

Electrolysis.

Sa mga solusyon at natutunaw ng mga electrolyte mayroong magkasalungat na sisingilin na mga ion (mga kasyon at anion), na nasa patuloy na paggalaw. Kung ang mga inert (graphite) na mga electrodes ay nahuhulog sa isang likido ng ganitong uri, halimbawa, sa isang natutunaw na sodium chloride (natutunaw sa 801 0 C) at isang direktang electric current ang dumaan, kung gayon ang mga ion sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas. electric field lilipat ang mga cation patungo sa mga electrodes - patungo sa katod, at mga anion - patungo sa anode. Ang mga sodium cation, na nakarating sa cathode, ay tumatanggap ng mga electron mula dito at nabawasan sa metallic sodium:

Ang mga chloride ions ay na-oxidized sa anode:

2Сl – ​​​​– 2e = Cl 2 0

Bilang resulta, ang metal na sodium ay inilabas sa katod, at ang molekular na kloro sa anode. Ang pangkalahatang equation para sa electrolysis ng molten sodium chloride ay ang mga sumusunod.

K: Na + + e = Na 0 2

A: 2Сl – ​​​​2e = Cl 2 0 1

2Na + + 2Сl – ​​​​electrolysis ® 2Na 0 + Cl 2 0

2NaСl = 2Na + Cl 2

Ang reaksyong ito ay redox: isang proseso ng oksihenasyon ay nangyayari sa anode, at isang proseso ng pagbabawas ay nangyayari sa katod.

Ang proseso ng redox na nagaganap sa mga electrodes sa panahon ng pagpasa agos ng kuryente sa pamamagitan ng isang melt o electrolyte solution ay tinatawag na electrolysis.

Ang kakanyahan ng electrolysis ay upang isakatuparan enerhiyang elektrikal mga reaksiyong kemikal. Sa kasong ito, ang katod ay nagbibigay ng mga electron sa mga cation, at ang anode ay tumatanggap ng mga electron mula sa mga anion. Ang pagkilos ng direktang electric current ay mas malakas kaysa sa pagkilos ng mga chemical reducing agent at oxidizing agent. Sa pamamagitan ng electrolysis unang nakuha ang fluorine gas.

Ang electrolysis ay isinasagawa sa isang solusyon ng potassium fluoride sa hydrofluoric acid. Sa kasong ito, ang fluorine ay inilabas sa anode, at ang hydrogen ay inilabas sa katod. Ang electrolysis ay isinasagawa sa isang electrolytic bath.

Ito ay kinakailangan upang makilala sa pagitan ng electrolysis ng molten electrolytes at ang kanilang mga solusyon. Sa huling kaso, ang mga molekula ng tubig ay maaaring lumahok sa mga proseso. Halimbawa, sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sodium chloride sa inert (graphite) electrodes, ang mga molekula ng tubig ay nababawasan sa katod sa halip na mga sodium cation.

2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH –

at ang mga chloride ions ay na-oxidized sa anode:

2Сl – ​​​​– 2e = Cl 2 0

Bilang resulta, ang hydrogen ay inilabas sa katod, ang klorin ay inilabas sa anode, at ang mga molekula ng sodium hydroxide ay naipon sa solusyon. Pangkalahatang equation Ang electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sodium chloride ay may anyo:

K: 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH –

A: 2Сl – ​​​​2e = Cl 2 0 ­

2H 2 O + 2Сl – ​​​​= H 2 + Cl 2 + 2OH –

Sa pamamagitan ng paraan, ito ay kung paano ang industriya ay gumagawa ng mga hydroxides ng lahat ng alkali at ilang alkaline earth metal, pati na rin ang aluminyo.

Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng electrolysis ng mga natutunaw at may tubig na solusyon ng mga electrolytes? Ang mga proseso ng pagbawas sa cathode ng mga may tubig na solusyon ng mga electrolyte ay nakasalalay sa halaga ng karaniwang mga potensyal ng elektrod ng mga metal, lalo na, madalas silang kumikilos bilang mga kasyon na nabawasan sa katod. Mayroong tatlong posibleng opsyon dito:

1. Ang mga metal cation na may karaniwang potensyal na elektrod ay mas mataas kaysa sa hydrogen, iyon ay, higit sa zero sa panahon ng electrolysis ay ganap na nabawasan sa katod (tanso, pilak, ginto at iba pa).

2. Metal cations pagkakaroon ng napaka maliit na halaga Ang karaniwang potensyal ng elektrod (mula sa lithium hanggang aluminyo kasama), ay hindi nabawasan sa katod, ngunit ang mga molekula ng tubig ay nabawasan.

3. Ang mga metal na kasyon, na ang karaniwang potensyal ng elektrod ay mas mababa kaysa sa hydrogen, ngunit mas malaki kaysa sa aluminyo, ay nababawasan sa panahon ng electrolysis sa katod kasama ng mga molekula ng tubig.

Kung ang ilang mga metal cations ay sabay-sabay na naroroon sa isang may tubig na solusyon, pagkatapos ay sa panahon ng electrolysis ang kanilang paglabas sa cathode ay nagpapatuloy sa pagkakasunud-sunod ng pagbaba ng algebraic na halaga ng karaniwang potensyal ng elektrod ng kaukulang metal. Halimbawa, kapag sinusuri ang bronze type na BrAZh o BrAZhMts (tanso, aluminyo, bakal at mangganeso), maaari kang pumili ng isang tiyak na kasalukuyang halaga, paghiwalayin ang tanso sa isang inert electrode (halimbawa, platinum), bunutin ang elektrod, timbangin ito at matukoy ang nilalaman ng tanso. Pagkatapos ay paghiwalayin ang aluminyo at tukuyin ang nilalaman nito. Ang pamamaraang ito ay mabuti para sa paghihiwalay ng mga metal na may positibong karaniwang potensyal na elektrod.

Ang lahat ng mga electrodes ay nahahati sa hindi matutunaw (inert) - carbon, grapayt, platinum, iridium. Natutunaw - tanso, pilak, sink, cadmium, nikel at iba pa. Ang konsepto ng isang natutunaw na elektrod ay mahalaga para sa anode, dahil ito ang may kakayahang matunaw sa panahon ng electrolysis. Sa hindi matutunaw na anode, sa panahon ng electrolysis, nangyayari ang oksihenasyon ng mga anion o mga molekula ng tubig. Sa kasong ito, ang mga anion ng mga acid na walang oxygen ay medyo madaling na-oxidized. Kung ang mga anion ng mga acid na naglalaman ng oxygen ay naroroon sa solusyon, ang mga molekula ng tubig ay na-oxidized sa anode, na naglalabas ng oxygen ayon sa reaksyon:

2H 2 O – 4e = O 2 + 4H +

Sa panahon ng electrolysis, ang natutunaw na anode mismo ay nag-oxidize, nag-donate ng mga electron sa panlabas na de-koryenteng circuit at pumasa sa solusyon:

A: Ako Û Ako n+ + ne –

Tingnan natin ang mga halimbawa ng electrolysis ng mga natutunaw at electrolyte na solusyon.