ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД НАПРЯЖЕНИЙ МЕТАЛЛОВ

В ряд напряжений традиционно включается водород, поскольку практическое измерение электрохимических потенциалов металлов производится с использованием стандартного водородного электрода. Металлы, расположенные между магнием и водородом, вытесняют водород из растворов кислот.

В случае цинка и золота этот вывод не вызывал сомнений; что же касается других металлов, то надо отметить, что их чистота была не очень высока. Все металлы, стоящие в ряду левее водорода, могут вытеснять его из растворов кислот; медь, серебро, ртуть, платина, золото, расположенные правее, не вытесняют водород.

Только в ряду относительной активности отсутствует значение электродного потенциала

Непонятно было и то, как связан «вытеснительный ряд» с рядом напряжений Вольта. Теоретическую основу ряда активности (и ряда напряжений) заложил немецкий физикохимик Вальтер Нернст (1864-1941). Напряжение этого элемента равно разности электродных потенциалов двух составляющих его электродов. Обратите внимание на это «если»: мы, действительно, должны знать электродный потенциал одного из электродов.

Электродные потенциалы определены не только для металлов, но и для множества окислительно-восстановительных реакций с участием как катионов, так и анионов

Водородный электрод изготовлен из очень пористой губчатой платины (поверхность электрода шероховатая) и опущен в раствор кислоты (концентрация ионов Н+ также равна 1 моль/л). Платиновый электрод непрерывно омывается газообразным водородом, который частично растворяется в платине. На границе металл — раствор возникает разность потенциалов, которую электрохимики принимают равной нулю. Конечно, в действительности этот потенциал не равен нулю, но его значение нам неизвестно.

Обычно электродные потенциалы записывают как потенциалы восстановления ионов металлов. Для неводных электролитов можно использовать и щелочные металлы; так устроены литиевые элементы — они дают ЭДС до 3,5 В. Конечно, потенциалы для неводных растворов другие.

Это означает, что литий легче других отдает катионы в раствор и заряжается отрицательно. В ряду напряжения повышение электродного потенциала означает усиление окислительных и ослабление восстановительных свойств металлов. Выходит, что самый сильный из всех восстановителей, указанных в ряду, — это литий, а самый слабый — золото.

Каким из этих понятий следует пользоваться, зависит от того, в какой среде происходит окислительно-восстановительный процесс. Если в водных растворах — руководствуемся таблицей электродных потенциалов.

При этом чередование (щелочных и щёлочноземельных металлов отражает явление диагонального сходства

Итак, упорядочивание по электродному потенциалу — это тот же ряд относительной активности металлов. Только никогда нельзя забывать, что утверждение это справедливо, когда концентрация ионов металлов в растворе равна единице. С ее помощью можно оценить этот потенциал, если иметь в виду, что концентрация ионов водорода в чистой воде составляет 10-7 моль/л.

Ряд относительной активности, составлен только для электродов из металла. Это позволяет теоретически предсказывать возможность протекания разнообразных окислительно-восстановительных реакций в различных условиях. Достаточно просто погрузить инертный металл в раствор, содержащий ионы Fe2+ и Fe3+, чтобы получить Fe2+/Fe3+-электрод. И у него свой стандартный электродный потенциал.

Но из трех слагаемых общего баланса энергии только одно — энергия ионизации—непосредственно определяется положением металла в периодической системе

Теперь можно убрать прилагательное «электродный», будем говорить о восстановительно-окислительном потенциале, хотя, если потребуется, мы можем сконструировать и соответствующий электрод. Она не только среда, но и активный участник протекающих в ней окислительно-восстановительных процессов. Металлы, стоящие в ряду после водорода (в нашем опыте – медь), не восстанавливают его из кислот.

В результате реакции образуется горючий газ — водород: рядом не должно быть открытого пламени. Последовательность расположения металлов в порядке изменения их химической активности в общих чертах была известна уже алхимикам.

Впоследствии Роберт Бойль предложил гипотезу о причинах, по которым один металл вытесняет другой из раствора на основе корпускулярных представлений. Однако Вольта не связал этот ряд с химическими свойствами металлов. В 1798 году Иоганн Вильгельм Риттер указал, что ряд Вольта эквивалентен ряду окисления металлов (т. е. последовательности уменьшения их сродства с кислородом). Последовательность металлов по их способности вытеснять друг друга, давно известная химикам, была в 1860-е и последующие годы особенно основательно и всесторонне изучена и дополнена Н. Н. Бекетовым.

Каждый, кто изучал ряд относительной активности, знает, что металлы, стоящие в этом ряду до водорода, должны вытеснять его из водородсодержащих соединений. В самом общем виде ясно, что металлы, находящиеся в начале периодов характеризуются низкими значениями электрохимических потенциалов и занимают места в левой части ряда напряжений.

Смотри еще:

  • Комплекс упражнений табата.Комплекс упражнений табата. Табата для похудения основывается на нашем метаболизме. Интервальная тренировка Табата или японский фитнес Табата – это уникальная система упражнений из Японии. Вторая группа делала […]
  • Голодание для похуденияГолодание для похудения 25 декабря 2009 (10 день голодания)Самочувствие: паршивое. Комментарий после голодания (29 декабря, 4 день выхода): Это же надо быть таким дебилом.... Использовать голодание, чтобы […]
  • Кунг-фу Панда 3Кунг-фу Панда 3 После того, как мастер Шифу принимает решение отойти от дел, панда По должен примерить новую для себя роль - учителя Кунг-Фу. Сюжет мультфильма "Кунг-фу Панда 3": Воссоединившись со своим […]
  • Форматирование жесткого диска через BIOSФорматирование жесткого диска через BIOS Второй способ осуществить форматирование жесткого диска через BIOS — с помощью установщика Windows. Нажмите правой кнопкой мыши на диск (С:) и в контекстном меню выберите Форматировать. В […]