Кернеу қатарынан қандай ақпаратты алуға болады?

Металл кернеулерінің диапазоны кеңінен қолданылады бейорганикалық химия. Атап айтқанда, көптеген реакциялардың нәтижелері және тіпті оларды жүзеге асыру мүмкіндігі белгілі бір металдың NER-дегі орнына байланысты. Бұл мәселені толығырақ талқылайық.

Металдардың қышқылдармен әрекеттесуі

Сутегінің сол жағындағы кернеу қатарында орналасқан металдар қышқылдармен - тотықтырмайтын агенттермен әрекеттеседі. NER оң жағында орналасқан металдар тек тотықтырғыш қышқылдармен (атап айтқанда, HNO 3 және концентрлі H 2 SO 4) әрекеттеседі.

1-мысал. Мырыш NER-де сутегінің сол жағында орналасқан, сондықтан ол барлық дерлік қышқылдармен әрекеттесе алады:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

2-мысал. Мыс ERN-де Н оң жағында орналасқан; бұл металл «қарапайым» қышқылдармен (HCl, H 3 PO 4, HBr, органикалық қышқылдар) әрекеттеспейді, бірақ ол тотықтырғыш қышқылдармен (азот, концентрлі күкірт) әрекеттеседі:

Cu + 4HNO 3 (конс.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Cu + 2H 2 SO 4 (конс.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Маңызды жайтқа назар аударғым келеді: металдар тотықтырғыш қышқылдармен әрекеттескенде сутегі емес, кейбір басқа қосылыстар бөлінеді. Бұл туралы толығырақ оқи аласыз!

Металдардың сумен әрекеттесуі

Mg сол жағындағы кернеу қатарында орналасқан металдар бөлме температурасында сумен оңай әрекеттесіп, сутегін бөліп, сілті ерітіндісін түзеді.

3-мысал. Натрий, калий, кальций суда оңай ериді және сілті ерітіндісін түзеді:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

Сутегіден магнийге (қоса алғанда) дейінгі кернеу диапазонында орналасқан металдар кейбір жағдайларда сумен әрекеттеседі, бірақ реакциялар нақты шарттарды қажет етеді. Мысалы, алюминий мен магний металл бетінен оксидті қабықшаны алып тастағаннан кейін ғана H 2 O-мен әрекеттесе бастайды. Темір бөлме температурасында сумен әрекеттеспейді, бірақ су буымен әрекеттеседі. Кобальт, никель, қалайы және қорғасын бөлме температурасында ғана емес, сонымен қатар қыздыру кезінде де H 2 O-мен іс жүзінде әрекеттеспейді.

ERN оң жағында орналасқан металдар (күміс, алтын, платина) ешбір жағдайда сумен әрекеттеспейді.

Металдардың тұздардың сулы ерітінділерімен әрекеттесуі

Біз келесі түрдегі реакциялар туралы айтатын боламыз:

металл (*) + металл тұзы (**) = металл (**) + металл тұзы (*)

Мен жұлдызшалар көрсететінін атап өткім келеді бұл жағдайдатотығу дәрежесі емес, металдың валенттілігі емес, жай ғана металл No1 мен No2 металды ажыратуға мүмкіндік береді.

Мұндай реакцияны жүзеге асыру үшін үш шартты бір уақытта орындау қажет:

1. процеске қатысатын тұздар суда ерітілген болуы керек (оны ерігіштік кестесі арқылы оңай тексеруге болады);
2. металл (*) металдың сол жағындағы кернеу қатарында болуы керек (**);
3. металл (*) сумен әрекеттеспеуі керек (бұл да ESI арқылы оңай тексеріледі).

4-мысал. Бірнеше реакцияларды қарастырайық:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Бірінші реакция оңай орындалады, жоғарыда аталған барлық шарттар орындалады: мыс сульфаты суда ериді, мырыш мыстың сол жағындағы NER-де, Zn сумен әрекеттеспейді.

Екінші реакция мүмкін емес, себебі бірінші шарт орындалмаған (мыс (II) сульфиді суда іс жүзінде ерімейді). Үшінші реакция мүмкін емес, өйткені қорғасын темірге қарағанда белсенді емес метал (ESR оң жақта орналасқан). Ақырында, төртінші процесс калий сумен әрекеттесетіндіктен никельдің жауын-шашынына әкелмейді; алынған калий гидроксиді тұз ерітіндісімен әрекеттесе алады, бірақ бұл мүлдем басқа процесс.

Нитраттардың термиялық ыдырау процесі

Естеріңізге сала кетейін, нитраттар азот қышқылының тұздары болып табылады. Барлық нитраттар қыздырғанда ыдырайды, бірақ ыдырау өнімдерінің құрамы әртүрлі болуы мүмкін. Құрам металдың кернеу қатарындағы орнымен анықталады.

Магнийдің сол жағындағы NER-де орналасқан металдардың нитраттары қыздырғанда сәйкес нитрит пен оттегін түзеді:

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

Кернеу диапазонында орналасқан металл нитраттарының термиялық ыдырауы кезінде металл оксиді, NO 2 және оттегі түзіледі:

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

Ақырында, активтілігі аз металдардың нитраттарының ыдырауы кезінде (МЖҚ-да мыстың оң жағында орналасқан) металл, азот диоксиді және оттегі түзіледі.

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

Стандартты электродтық потенциалдар қатарында металл неғұрлым солға қарай орналасса, соғұрлым ол тотықсыздандырғыш неғұрлым күшті болса, ол ең күшті тотықсыздандырғыш - литий металл, алтын - ең әлсіз, ал керісінше, алтын (III) ионы - ең күшті тотықтырғыш; агент, литий (I) ең әлсіз .

Әрбір металл ерітіндідегі тұздардан өзінен кейінгі кернеулер қатарында болатын металдарды қалпына келтіруге қабілетті, мысалы, темір мысты оның тұздарының ерітінділерінен ығыстырып шығара алады; Дегенмен, сілтілі және сілтілі жер металдары сумен тікелей әрекеттесетінін есте сақтаңыз.

Сутегінің сол жағындағы кернеу қатарында орналасқан металдар оны сұйылтылған қышқылдар ерітінділерінен ығыстыруға қабілетті, сонымен бірге оларда еріген кезде.

Металдың тотықсыздандырғыш белсенділігі оның периодтық жүйедегі орнына әрқашан сәйкес келе бермейді, өйткені металдың қатардағы орнын анықтау кезінде оның электрондарды беру қабілеті ғана емес, сонымен қатар металды жоюға жұмсалған энергия да ескеріледі. металдың кристалдық торы, сондай-ақ иондардың гидратациясына жұмсалатын энергия.

Қарапайым заттармен әрекеттесу

МЕН оттегі Көптеген металдар амфотерлі және негіздік оксидтер түзеді:

4Li + O 2 = 2Li 2 O,

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

Сілтілік металдар, литийден басқа, пероксидтер түзеді:

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

МЕН галогендер металдар галогенсутек қышқылдарының тұздарын түзеді, мысалы,

Cu + Cl 2 = CuCl 2.

МЕН сутегі ең белсенді металдар иондық гидридтерді құрайды - сутегінің тотығу дәрежесі -1 болатын тұз тәрізді заттар.

2Na + H2 = 2NaH.

МЕН сұр металдар сульфидтер түзеді – күкіртсутек қышқылының тұздары:

МЕН азот Кейбір металдар нитридтер түзеді, бұл реакция әрдайым қызған кезде болады:

3Mg + N2 = Mg3N2.

МЕН көміртек карбидтер түзіледі:

4Al + 3C = Al 3 C 4.

МЕН фосфор - фосфидтер:

3Ca + 2P = Ca 3 P 2.

Металдар бір-бірімен әрекеттесіп, түзе алады аралық металдық қосылыстар :

2Na + Sb = Na 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

Металдар бір-бірімен жоғары температурада әрекеттеспей, түзілмей ери алады қорытпалар.

Қорытпалар

Қорытпалар екі немесе одан да көп металдардан, сондай-ақ металдық күйге ғана тән сипатты қасиеттерге ие металдар мен бейметалдардан тұратын жүйелер деп аталады.

Қорытпалардың қасиеттері өте алуан түрлі және олардың құрамдас бөліктерінің қасиеттерінен ерекшеленеді, мысалы, алтынның қатаюы және зергерлік бұйымдарды жасауға жарамды болуы үшін оған күміс қосылады, ал 40% кадмий және 60% висмут бар қорытпа. балқу температурасы 144 °C, яғни оның компоненттерінің балқу температурасынан әлдеқайда төмен (Cd 321 °C, Bi 271 °C).

Қорытпалардың келесі түрлері мүмкін:

Балқытылған металдар бір-бірімен кез келген қатынаста араласады, бір-бірімен шексіз ериді, мысалы, Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni және т.б. Бұл қорытпалар құрамы бойынша біртекті, химиялық төзімділігі жоғары, электр тогын өткізеді;

Түзетілген металдар бір-бірімен кез келген қатынаста араласады, бірақ салқындаған кезде олар бөлініп, компоненттердің жеке кристалдарынан тұратын масса алынады, мысалы, Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb және т.б.

Барлық металдар тотықсыздану белсенділігіне байланысты деп аталатын қатарға біріктіріледі электрохимиялық қатарметалл кернеуі (ондағы металдар стандартты электрохимиялық потенциалдарды жоғарылату ретімен орналасатындықтан) немесе металл әрекеттерінің сериясы:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Ең химиялық белсенді металдар сутегіге дейінгі белсенділік қатарында, ал металл неғұрлым сол жақта орналасса, соғұрлым белсенді болады. Белсенділік қатарында сутектен кейінгі орынды алатын металдар белсенді емес болып саналады.

Алюминий

Алюминий - күміс-ақ түсті. Негізгі физикалық қасиеттеріалюминий – жеңілдігі, жоғары жылу және электр өткізгіштігі. Бос күйде, ауаға ұшыраған кезде алюминий Al 2 O 3 оксидінің берік қабығымен жабылады, бұл оны концентрлі қышқылдардың әсеріне төзімді етеді.

Алюминий p-отбасылық металдарға жатады. Электрондық конфигурациясыртқы энергия деңгейі – 3s 2 3p 1. Өзінің қосылыстарында алюминий «+3» тотығу дәрежесін көрсетеді.

Алюминий осы элементтің балқыған оксидінің электролизі арқылы алынады:

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

Бірақ өнімнің төмен шығымдылығына байланысты Na 3 және Al 2 O 3 қоспасын электролиздеу арқылы алюминий алу әдісі жиі қолданылады. Реакция 960С дейін қыздырғанда және катализаторлардың – фторидтердің (AlF 3, CaF 2 және т.б.) қатысуымен жүреді, ал алюминийдің бөлінуі катодта жүреді, ал оттегі анодта бөлінеді.

Алюминий оның бетінен оксидті қабықшаны алып тастағаннан кейін сумен әрекеттесе алады (1), қарапайым заттармен (оттегі, галогендер, азот, күкірт, көміртек) (2-6), қышқылдармен (7) және негіздермен (8) әрекеттеседі:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (1)

2Al +3/2O 2 = Al 2 O 3 (2)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al +3S = Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C = Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al +2NaOH +3H 2 O = 2Na + 3H 2 (8)

Кальций

Еркін түрінде Са күмістей ақ металл. Ауа әсер еткенде, ол бірден сарғыш қабықпен жабылады, бұл оның өзара әрекеттесуінің өнімі болып табылады. құрамдас бөліктерауа. Кальций өте қатты металл және бетке бағытталған текше кристалды торға ие.

Сыртқы энергия деңгейінің электрондық конфигурациясы 4s 2. Оның қосылыстарында кальций «+2» тотығу дәрежесін көрсетеді.

Кальций балқытылған тұздардың, көбінесе хлоридтердің электролизі арқылы алынады:

CaCl 2 = Ca + Cl 2

Кальций суда еріп, гидроксидтер түзеді, күшті негіздік қасиет көрсетеді (1), оттегімен әрекеттеседі (2), оксидтер түзеді, бейметалдармен әрекеттеседі (3-8), қышқылдарда ериді (9):

Ca + H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 = 2CaO (2)

Ca + Br 2 = CaBr 2 (3)

3Ca + N2 = Ca3N2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2 C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca 3 P 2 (7)

Ca + H 2 = CaH 2 (8)

Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 (9)

Темір және оның қосылыстары

Темір сұр түсті металл. Таза түрінде ол өте жұмсақ, иілгіш және тұтқыр. Сыртқы энергия деңгейінің электрондық конфигурациясы 3d 6 4s 2. Өзінің қосылыстарында темір «+2» және «+3» тотығу күйлерін көрсетеді.

Металл темір су буымен әрекеттесіп, аралас оксид (II, III) Fe 3 O 4 түзеді:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

Ауада темір оңай тотығады, әсіресе ылғал (тот) болған кезде:

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

Басқа металдар сияқты, темір қарапайым заттармен, мысалы, галогендермен (1) әрекеттеседі және қышқылдарда (2) ериді:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (2)

Темір қосылыстардың тұтас спектрін құрайды, өйткені ол бірнеше тотығу күйлерін көрсетеді: темір (II) гидроксиді, темір (III) гидроксиді, тұздар, оксидтер және т.б. Сонымен, темір (II) гидроксидін сілтілі ерітінділердің темір (II) тұздарына ауасыз әсер етуінен алуға болады:

FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Темір (II) гидроксиді қышқылдарда ериді және оттегінің қатысуымен темір (III) гидроксидіне дейін тотығады.

Темір (II) тұздары тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді және темір (III) қосылыстарына айналады.

Темір (III) оксиді темірді оттегімен жағу арқылы алынбайды, оны алу үшін темір сульфидтерін күйдіру немесе басқа темір тұздарын күйдіру қажет:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 +8SO 2

2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

Темір (III) қосылыстары әлсіз тотықтырғыш қасиет көрсетеді және күшті тотықсыздандырғыштармен тотығу-тотықсыздану реакцияларына түсуге қабілетті:

2FeCl 3 + H 2 S = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl

Шойын және болат өндірісі

Болаттар мен шойындар темір мен көміртектің қорытпалары болып табылады, болаттағы көміртегі мөлшері 2% дейін, шойында 2-4%. Болаттар мен шойындарда легирленген қоспалар бар: болаттар – Cr, V, Ni, шойын – Si.

Бөлектеу әртүрлі түрлеріБолаттар, мысалы, тағайындалуына қарай құрылымдық, тот баспайтын, аспаптық, ыстыққа төзімді және криогенді болаттар болып бөлінеді. Авторы химиялық құрамыкөміртекті (төмен-, орташа- және жоғары көміртекті) және легирленген (төмен-, орташа- және жоғары қорытпалы) бөлінеді. Құрылымына қарай аустениттік, ферритті, мартенситті, перлиттік және бейнитті болаттар бөлінеді.

Болат құрылыс, химия, мұнай-химия, қауіпсіздік сияқты халық шаруашылығының көптеген салаларында қолданыс тапты қоршаған орта, көлік энергетикасы және басқа да салалар.

Шойын – цементит немесе графит құрамындағы көміртегінің формасына, сондай-ақ олардың мөлшеріне қарай шойынның бірнеше түрі бөлінеді: ақ (цементит түріндегі көміртегінің болуына байланысты сынудың ашық түсі), сұр. (графит түріндегі көміртегінің болуына байланысты сынықтың сұр түсі ), иілгіш және ыстыққа төзімді. Шойындар өте сынғыш қорытпалар болып табылады.

Шойынның қолданылу аясы кең - көркем әшекейлер (қоршаулар, қақпалар), шкаф бөліктері, сантехникалық жабдықтар, тұрмыстық заттар (қуырғыштар) шойыннан жасалады және ол автомобиль өнеркәсібінде қолданылады.

Есептерді шешу мысалдары

МЫСАЛ 1

Жаттығу	Массасы 26,31 г магний мен алюминий қорытпасы тұз қышқылында ерітілді. Бұл жағдайда 31,024 литр түссіз газ бөлінді. Қорытпадағы металдардың массалық үлестерін анықтаңыз.
Шешім	-мен әрекет ету тұз қышқылыЕкі метал да сутегін өндіруге қабілетті: Mg +2HCl = MgCl 2 + H 2 2Al +6HCl = 2AlCl3 + 3H2 Бөлінген сутектің жалпы моль санын табайық: v(H 2) =V(H 2)/V м v(H 2) = 31,024/22,4 = 1,385 моль Mg затының мөлшері х моль, ал Al у моль болсын. Содан кейін реакция теңдеулеріне сүйене отырып, сутегі мольдерінің жалпы санының өрнегін жаза аламыз: x + 1,5y = 1,385 Қоспадағы металдардың массасын өрнектеп көрейік: Содан кейін қоспаның массасы мына теңдеумен өрнектеледі: 24x + 27y = 26,31 Біз теңдеулер жүйесін алдық: x + 1,5y = 1,385 24x + 27y = 26,31 Оны шешейік: 33,24 -36ж+27ж = 26,31 v(Al) = 0,77 моль v(Mg) = 0,23 моль Сонда қоспадағы металдардың массасы: м(Mg) = 24×0,23 = 5,52 г m(Al) = 27×0,77 = 20,79 г Қоспадағы металдардың массалық үлестерін табайық: ώ =m(Me)/m қосынды ×100% ώ(Mg) = 5,52/26,31 ×100%= 20,98% ώ(Al) = 100 – 20,98 = 79,02%
Жауап	Қорытпадағы металдардың массалық үлестері: 20,98%, 79,02%

Қалпына келтіру қасиеттері- негізгілері осылар химиялық қасиеттері, барлық металдарға тән. Олар әртүрлі тотықтырғыштармен, соның ішінде қоршаған ортаның тотықтырғыштарымен әрекеттесу арқылы көрінеді. IN жалпы көрінісМеталдың тотықтырғыштармен әрекеттесуін келесі диаграмма арқылы көрсетуге болады:

Мен + Тотықтырғыш" Мен(+X),

Мұндағы (+X) – Me оң тотығу дәрежесі.

Металдардың тотығу мысалдары.

Fe + O 2 → Fe(+3) 4Fe + 3O 2 = 2 Fe 2 O 3

Ti + I 2 → Ti(+4) Ti + 2I 2 = TiI 4

Zn + H + → Zn(+2) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2

Металл белсенділік қатары

Металдардың тотықсыздандырғыш қасиеттері бір-бірінен ерекшеленеді. ретінде сандық сипаттамаларэлектродтық потенциалдар E металдардың тотықсыздану қасиеттерін анықтау үшін қолданылады.

Металл неғұрлым белсенді болса, соғұрлым оның стандарты теріс болады электродтық потенциалЕ о.

Тотығу белсенділігінің төмендеуіне қарай қатар орналасқан металдар белсенділік қатарын құрайды.

Металл белсенділік қатары

Мен

Ли

Қ

Ca

На

Mg

Әл

Mn

Zn

Cr

Фе

Ni

Сн

Pb

H 2

Cu

Ag

Ау

Мен z+

Li+

K+

Са2+

Na+

Mg 2+

Al 3+

Mn 2+

Zn 2+

Cr 3+

Fe 2+

Ni 2+

Sn 2+

Pb 2+

H+

Cu 2+

Ag+

Au 3+

E o , B

-3,0

-2,9

-2,87

-2,71

-2,36

-1,66

-1,18

-0,76

-0,74

-0,44

-0,25

-0,14

-0,13

0

+0,34

+0,80

+1,50

Металл, одан да көп теріс мән Eo, электродтық потенциалы анағұрлым оң болатын металл катионын қалпына келтіруге қабілетті.

Металды оның тұзының ерітіндісінен тотықсыздандырғыш белсенділігі жоғары басқа металмен тотықсыздандыру цементтеу деп аталады. Цементтеу металлургиялық технологияда қолданылады.

Атап айтқанда, Cd-ны оның тұзының мырышпен ерітіндісінен тотықсыздандыру арқылы алады.

Zn + Cd 2+ = Cd + Zn 2+

3.3. 1. Металдардың оттегімен әрекеттесуі

Оттегі бұл күшті тотықтырғыш. Басқа металдардың басым көпшілігін тотықтыра аладыАуЖәнеПт . Ауа әсеріне ұшыраған металдар оттегімен жанасады, сондықтан металдар химиясын оқығанда әрқашан металдың оттегімен әрекеттесу ерекшеліктеріне назар аударылады.

Ылғалды ауадағы темірдің тот - гидратталған темір оксидімен жабылатынын бәрі біледі. Бірақ тым жоғары емес температурада ықшам күйдегі көптеген металдар тотығуға төзімділік көрсетеді, өйткені олардың бетінде жұқа қорғаныс қабықшалары пайда болады. Тотығу өнімдерінің бұл қабықшалары тотықтырғыштың металмен жанасуына жол бермейді. Металдың тотығуын болдырмайтын металдың бетінде қорғаныш қабаттарының пайда болу құбылысын металдың пассивтенуі деп атайды.

Температураның жоғарылауы металдардың оттегімен тотығуына ықпал етеді. Металдардың белсенділігі майда ұсақталған күйде жоғарылайды. Ұнтақ түріндегі металдардың көпшілігі оттегіде жанады.

s-металдар

Ең үлкен азайту әрекетін көрсетіңізс-металдар. Na, K, Rb Cs металдары ауада тұтануы мүмкін және олар жабық ыдыстарда немесе керосин қабатының астында сақталады. Be және Mg ауада төмен температурада пассивтенеді. Бірақ тұтанған кезде Mg таспасы соқыр жалынмен жанады.

МеталдарIIА-топшалары мен Li оттегімен әрекеттескенде оксидтер түзеді.

2Са + О2 = 2СаО

4 Li + O 2 = 2 Li 2 O

Сілтілік металдар, қоспағандаЛи, оттегімен әрекеттескенде олар оксидтер емес, пероксидтер түзедіМен 2 О 2 және супероксидтерМеО 2 .

2Na + O 2 = Na 2 O 2

K + O 2 = KO 2

p-металдар

тиесілі металдарб- блок ауада пассивтенеді.

Оттегіде жану кезінде

• IIIA топшасының металдары түрдегі оксидтер түзеді Мен 2 O 3,
• Sn дейін тотығады SnO 2 , және Pb - дейін PbO
• Би барады Bi2O3.

d-металдар

Барлығыг-4 период металдар оттегімен тотығады. Sc, Mn, Fe ең оңай тотығады. Әсіресе коррозияға төзімді Ti, V, Cr.

Оттегіде жанғанда барлығынанг

Оттегіде жанғанда барлығынанг-периодтың 4 элементі тек скандий, титан және ванадий оксидтер түзеді, оларда Me кездеседі. ең жоғары дәреже№ тобына тең тотығу.Қалған период 4 d-металдар оттегіде жанғанда оксидтер түзеді, оларда Me аралық, бірақ тұрақты тотығу күйінде болады.

Оттегіде жанғанда 4 d-металдардың периодында түзілетін оксидтердің түрлері:

• МеО Zn, Cu, Ni, Co. (T>1000°C Cu Cu 2 O түзеді),
• Мен 2 O 3, Cr, Fe және Sc түрінде,
• MeO 2 - Mn және Ti,
• V жоғары оксид түзеді - В 2 О 5 .

г-5 және 6 периодтағы металдар, қоспағандаЫ, Ла, барлық басқа металдарға қарағанда тотығуға төзімді. Оттегімен әрекеттеспейді Au, Pt .

Оттегіде жанғандаг-5 және 6 периодтағы металдар, әдетте, жоғары оксидтер түзеді, ерекшеліктер - Ag, Pd, Rh, Ru металдары.

Оттегіде жану кезінде 5 және 6 периодтағы d-металдар түзетін оксидтердің түрлері:

• Мен 2 O 3- Y, La пішіні; Rh;
• MeO 2- Zr, Hf; Ir:
• Мен 2 О 5- Nb, Ta;
• MeO 3- Мо, В
• Мен 2 О 7- Tc, Re
• МеО 4 - О
• МеО- Cd, Hg, Pd;
• Мен 2 О- Ag;

Металдардың қышқылдармен әрекеттесуі

Қышқыл ерітінділерінде сутегі катионы тотықтырғыш болып табылады. Н+ катионы белсенділік қатарындағы металдарды сутегіге дейін тотықтыра алады, яғни. теріс электродтық потенциалдарға ие.

Көптеген металдар тотыққанда қышқыл сулы ерітінділерде катиондарға айналадыМен з + .

Бірқатар қышқылдардың аниондары Н+ қарағанда күшті тотықтырғыш қасиет көрсетуге қабілетті. Мұндай тотықтырғыштарға аниондар мен кең таралған қышқылдар жатады Х 2 SO 4 ЖәнеHNO 3 .

NO 3 – аниондар ерітіндідегі кез келген концентрацияда тотықтырғыш қасиет көрсетеді, бірақ тотықсыздану өнімдері қышқылдың концентрациясына және тотығатын металдың табиғатына байланысты.

SO 4 2- аниондары тек концентрленген H 2 SO 4-те ғана тотықтырғыш қасиет көрсетеді.

Тотықтырғыштардың тотықсыздану өнімдері: H + , NO 3 - , SO 4 2 -

2Н + + 2е - =H 2

SO 4 2- концентрленген H 2 SO 4-тен SO 4 2- + 2e - + 4 Х + = SO 2 + 2 Х 2 О

(S, H 2 S түзілуі де мүмкін)

NO 3 - концентрленген HNO 3-тен NO 3 - + e - + 2H + = NO 2 + H 2 O
NO 3 - сұйылтылған HNO 3-тен NO 3 - + 3e - +4H+=NO+2H2O

(N 2 O, N 2, NH 4 + түзілуі де мүмкін)

Металдар мен қышқылдар арасындағы реакциялардың мысалдары

Zn + H 2 SO 4 (сұйылтылған) " ZnSO 4 + H 2

8Al + 15H 2 SO 4 (k.) " 4Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O

3Ni + 8HNO 3 (д.) " 3Ni(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Cu + 4HNO 3 (k.) " Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Қышқыл ерітінділердегі металдардың тотығу өнімдері

Сілтілік металдар Me+ типті катион, екінші топтың s-металдары катион түзедіМен 2+.

Қышқылдарда еріген кезде p-блок металдары кестеде көрсетілген катиондарды құрайды.

Pb және Bi металдары тек онда ериді азот қышқылы.

Мен	Әл	Га	жылы	тг	Сн	Pb	Би
Mez+	Al 3+	Ga 3+	3+ ішінде	Tl+	Sn 2+	Pb 2+	Bi 3+
Эо, Б	-1,68	-0,55	-0,34	-0,34	-0,14	-0,13	+0,317

4 периодтағы барлық d-металдар, қоспағанда Cu , иондармен тотығуға боладыH+ қышқыл ерітінділерде.

4 d-металдар периодында түзілетін катиондардың түрлері:

• Мен 2+(Mn-ден Cu аралығындағы d-металдар түзеді)
• Мен 3+ (азот қышқылында Sc, Ti, V, Cr және Fe түзеді).
• Ti және V да катиондар түзеді MeO 2+

г-5 және 6 период элементтері 4 периодқа қарағанда тотығуға төзімдірекг- металдар.

Қышқыл ерітінділерде H + тотыға алады: Y, La, Cd.

HNO 3-те мыналар еруі мүмкін: Cd, Hg, Ag. Pd, Tc, Re ыстық HNO 3 ерітеді.

Ыстық H 2 SO 4-те мыналар ериді: Ti, Zr, V, Nb, Tc, Re, Rh, Ag, Hg.

Металдар: Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W әдетте HNO 3 + HF қоспасында ерітіледі.

Aqua regia (HNO 3 + HCl қоспасы) Zr, Hf, Mo, Tc, Rh, Ir, Pt, Au және Os қиындықпен ерітіледі). Металдардың акварегияда немесе HNO 3 + HF қоспасында еру себебі күрделі қосылыстардың түзілуі болып табылады.

Мысал. Алтынның акварегияда еруі кешеннің түзілуіне байланысты мүмкін болады -

Au + HNO 3 + 4HCl = H + NO + 2H 2 O

Металдардың сумен әрекеттесуі

Судың тотықтырғыш қасиеті мынаған байланысты H(+1).

2H 2 O + 2e -" Н 2 + 2OH -

Судағы Н+ концентрациясы төмен болғандықтан оның тотықтырғыш қасиеті де төмен. Металдар суда ери аладыЕ< - 0,413 B. Число металлов, удовлетворяющих этому условию, значительно больше, чем число металлов, реально растворяющихся в воде. Причиной этого является образование на поверхности большинства металлов плотного слоя оксида, нерастворимого в воде. Если оксиды и гидроксиды металла растворимы в воде, то этого препятствия нет, поэтому щелочные и сілтілі жер металдарысуда қатты ериді. Барлығыс-металдар, қоспағанда Be және Mg суда оңай ериді.

2 На + 2 HOH = Х 2 + 2 OH -

Na сумен қарқынды әрекеттеседі, жылу бөледі. Бөлінген H2 тұтануы мүмкін.

2H 2 +O 2 =2H 2 O

Mg тек қайнаған суда ериді, Be инертті ерімейтін оксидпен тотығудан қорғалған.

Р-блок металдарымен салыстырғанда аз қуатты тотықсыздандырғыштарс.

p-металдардың ішінде IIIA топшасының металдарында тотықсыздандырғыш белсенділік жоғары, Sn және Pb әлсіз тотықсыздандырғыштар, Bi - Eo > 0.

p-металдар кезінде қалыпты жағдайларсуда ерітпеңіз. Қорғаныс оксиді сумен сілтілі ерітінділерде бетінен ерітілгенде, Al, Ga және Sn тотығады.

d-металдардың ішінде олар сумен тотығады Sc және Mn, La, Y қыздырғанда, темір су буымен әрекеттеседі.

Металдардың сілті ерітінділерімен әрекеттесуі

Сілтілік ерітінділерде су тотықтырғыш ретінде әрекет етеді..

2H 2 O + 2e - =H 2 + 2OH - Eo = - 0,826 B (рН = 14)

Н+ концентрациясының төмендеуіне байланысты судың тотықтырғыш қасиеті рН жоғарылаған сайын төмендейді. Соған қарамастан, суда ерімейтін кейбір металдар сілті ерітінділерінде ериді,мысалы, Al, Zn және басқалары. Мұндай металдардың сілтілі ерітінділерде еруінің негізгі себебі, бұл металдардың оксидтері мен гидроксидтері амфотерлік қасиетін көрсетіп, тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш арасындағы кедергіні жоя отырып, сілтіде ериді.

Мысал. Al-ның NaOH ерітіндісінде еруі.

2Al + 3H 2 O + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na + 3H 2

Гросс Э., Вайсмантель Х.

Қызыққандар үшін химия. Химия негіздері және қызықты эксперименттер.

3-тарау (жалғасы)

МЕТАЛДАР ЭЛЕКТРОХИМИЯСЫ ШАҒЫН КУРС

Біз қазірдің өзінде сілтілі металдардың хлоридтерінің ерітінділерін электролиздеу және балқымалар көмегімен металдарды алумен таныстық. Енді бірнеше қарапайым тәжірибелер арқылы электрохимияның кейбір заңдарын зерттеуге тырысайық. сулы ерітінділер, гальваникалық элементтер, сонымен қатар қорғаныш гальваникалық жабындар өндірісімен танысады.
Электрохимиялық әдістерқазіргі заманда қолданылады аналитикалық химия, теориялық химияның маңызды шамаларын анықтауға қызмет етеді.
Соңында, үлкен зиян келтіретін металл заттардың коррозиясы ұлттық экономика, көп жағдайда электрохимиялық процесс болып табылады.

METALS STRESS СЕРИЯСЫ

Электрохимиялық процестерді түсінудің негізгі буыны металдардың кернеу қатары болып табылады. Металдар химиялық активтіден басталып, активтілігі аз асыл металдармен аяқталатын қатарда орналасуы мүмкін:
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.
Бұл, соңғы идеяларға сәйкес, ең маңызды металдар мен сутегі үшін кернеулер сериясы. Егер гальваникалық элементтің электродтары қатарынан кез келген екі металдан жасалған болса, онда қатардың алдындағы материалда теріс кернеу пайда болады.
Кернеу мәні ( электрохимиялық потенциал) кернеу қатарындағы элементтің орнына және электролит қасиеттеріне байланысты.
Біз бірнеше қарапайым тәжірибелерден кернеу қатарының мәнін анықтаймыз, ол үшін бізге ток көзі және электрлік өлшеу құралдары қажет болады. 10 г кристалды мыс сульфатын 100 мл суда ерітіп, ерітіндіге болат инені немесе темір қаңылтырдың бір бөлігін батырыңыз. (Алдымен үтікті жұқа тегістеуішпен жылтыратылғанша тазалауды ұсынамыз.) Кейін қысқа уақытүтікті босаған мыстың қызғылт қабаты жауып тастайды. Белсендірек темір ерітіндідегі мысты ығыстырады, темір ион ретінде ериді, ал мыс металл ретінде бөлінеді. Процесс ерітінді үтікпен байланыста болғанша жалғасады. Мыс үтіктің бүкіл бетін жауып тастағаннан кейін, ол іс жүзінде тоқтайды. Бұл жағдайда мыстың жеткілікті кеуекті қабаты пайда болады, сондықтан токты қолданбай қорғаныс жабындарын алу мүмкін емес.
Келесі тәжірибелерде мырыш пен қорғасынның кішкене жолақтарын мыс сульфатының ерітіндісіне түсіреміз. 15 минуттан кейін оларды алып, жуып, микроскоппен қараймыз. Біз шағылысқан жарықта қызыл түсті және бөлінген мыстан тұратын мұз тәрізді әдемі өрнектерді ажырата аламыз. Мұнда да белсендірек металдар мысты иондық күйден металдық күйге ауыстырды.
Өз кезегінде мыс кернеу қатарында төменірек, яғни белсенділігі аз металдарды ығыстыра алады. Күміс нитраты ерітіндісінің бірнеше тамшысын мыс қаңылтырының жіңішке жолағына немесе тегістелген мыс сымға жағыңыз (бетті жылтыр етіп тазартып алған). Жалаңаш көзбен микроскоппен шағылысқан жарықта жұқа инелер мен өсімдік үлгілеріне (дендриттер деп аталатын) ұқсайтын, нәтижесінде пайда болған қара жабынды көруге болады.
Мырышты токсыз оқшаулау үшін белсендірек металды қолдану қажет. Сумен қатты әрекеттесетін металдарды қоспағанда, біз магнийді мырыштың үстіндегі кернеу қатарында табамыз. Магний таспасының бөлігіне немесе жұқа электронды жоңқаларға бірнеше тамшы мырыш сульфаты ерітіндісін салыңыз. Мырыштың бір бөлігін сұйылтылған күкірт қышқылында еріту арқылы мырыш сульфатының ерітіндісін аламыз. Мырыш сульфатымен бірге денатуратталған спирттің бірнеше тамшысын қосыңыз. Магнийде, аз уақыт өткеннен кейін, әсіресе микроскоппен қарағанда, жұқа кристалдар түрінде бөлінген мырышты байқаймыз.
Жалпы кернеу қатарының кез келген мүшесі ион ретінде бар ерітіндіден ығыстырылып, металдық күйге ауысуы мүмкін. Дегенмен, комбинациялардың барлық түрлерін қолданып көргенде, көңіліміз қалуы мүмкін. Алюминий жолағын мыс, темір, қорғасын және мырыш тұздарының ерітінділеріне батырса, онда бұл металдарды босату керек сияқты. Алайда, бұл болмайды. Ақаулықтың себебі кернеу қатарындағы қателікте емес, реакцияның ерекше тежелуіне негізделген, бұл жағдайда алюминий бетіндегі жұқа оксидті қабықшаға байланысты. Мұндай ерітінділерде алюминий пассивті деп аталады.

САХА АРТЫНА ҚАРАҢЫЗ

Ағымдағы процестердің заңдылықтарын тұжырымдау үшін катиондарды қарастырумен шектеліп, аниондарды алып тастауға болады, өйткені олардың өздері реакцияға қатыспайды. (Алайда тұндыру жылдамдығына аниондардың түрі әсер етеді.) Егер қарапайымдылық үшін тұнбаға түскен де, еріген металдар да қос зарядты катиондар түзеді деп есептесек, онда былай жазуға болады:

Мен 1 + Мен 2 2+ = Мен 1 2+ + Мен 2

Оның үстіне бірінші тәжірибе үшін Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
Сонымен, процесс екі металдың атомдары мен иондары арасындағы зарядтардың (электрондардың) алмасуынан тұрады. Темірдің еруін немесе мыстың тұнбасын (аралық реакциялар ретінде) бөлек қарастырсақ, мынаны аламыз:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

Cu 2+ + 2 e-- = Cu

Енді металды суға немесе тұз ерітіндісіне батырған жағдайды қарастырайық, оның катионымен кернеу қатарындағы орнына байланысты алмасу мүмкін емес. Осыған қарамастан, металл ион түрінде ерітіндіге түсуге бейім. Бұл жағдайда металл атомы екі электроннан бас тартады (егер металл екі валентті болса), ерітіндіге батырылған металдың беті ерітіндіге қатысты теріс зарядталады және интерфейсте қос электр қабаты пайда болады. Бұл потенциалдар айырмашылығы металдың одан әрі еруіне жол бермейді, осылайша процесс көп ұзамай тоқтайды.
Егер екі түрлі металды ерітіндіге батырса, олардың екеуі де зарядталады, бірақ оның атомдары электрондарды жоғалтуға бейім емес болғандықтан, азырақ белсендісі біршама әлсіз болады.
Екі металды да өткізгішпен қосамыз. Потенциалдық айырмашылыққа байланысты электрондар ағыны элементтің оң полюсін құрайтын белсендірек металдан активті азыраққа қарай ағады. Белсендірек метал ерітіндіге түсетін процесс жүреді, ал ерітіндідегі катиондар неғұрлым асыл металға бөлінеді. Енді бірнеше тәжірибелер арқылы жоғарыда келтірілген біршама абстрактілі пайымдауды көрсетейік (оның үстіне бұл өрескел жеңілдетуді білдіреді).
Алдымен 250 мл стаканның ортасына күкірт қышқылының 10% ерітіндісін құйып, оған тым кішкентай емес мырыш пен мыстың кесектерін батырыңыз. Біз екі электродқа мыс сымды дәнекерлейміз немесе тойтарамыз, оның ұштары ерітіндіге тиіп кетпеуі керек.
Сымның ұштары бір-бірімен байланыспағанша, біз сутегінің бөлінуімен бірге жүретін мырыштың еруін байқаймыз. Кернеу қатарындағы мырыш сутегіге қарағанда белсендірек, сондықтан металл сутекті иондық күйден ығыстырып шығара алады. Екі металда да электрлік қос қабат түзіледі. Электродтар арасындағы потенциалдар айырмасын анықтаудың ең оңай жолы - вольтметр. Құрылғыны тізбекке қосқаннан кейін бірден көрсеткі шамамен 1 В көрсетеді, бірақ содан кейін кернеу тез төмендейді. Егер сіз элементке 1 В тұтынатын шағын шамды қоссаңыз, ол жанады - алдымен өте қатты, содан кейін жарқырау әлсіз болады.
Құрылғы терминалдарының полярлығына сүйене отырып, мыс электроды оң полюс болып табылады деп қорытынды жасауға болады. Бұл процестің электрохимиясын қарастыру арқылы құрылғысыз дәлелдеуге болады. Кішкене стаканға немесе пробиркаға ас тұзының қаныққан ерітіндісін дайындап, оған 0,5 мл шамасында фенолфталеин индикаторының спирттік ерітіндісін құйып, ерітіндіге сыммен жабылған екі электродты батырамыз. Теріс полюстің жанында әлсіз қызғылт түс байқалады, ол катодта натрий гидроксидінің түзілуінен туындайды.
Басқа тәжірибелерде ұяшыққа әртүрлі жұп металдарды орналастырып, нәтижесінде пайда болатын кернеуді анықтауға болады. Мысалы, магний мен күміс олардың арасындағы айтарлықтай қашықтыққа және бірқатар кернеулерге байланысты ерекше үлкен потенциалдар айырмасын береді, ал мырыш пен темір, керісінше, өте аз, вольттың оннан бір бөлігін береді. Алюминийді пайдалану арқылы біз пассивацияға байланысты іс жүзінде ешқандай ток алмаймыз.
Барлық осы элементтердің немесе электрохимиктер айтқандай, тізбектердің кемшілігі бар, токты өлшеген кезде олардағы кернеу өте тез төмендейді. Сондықтан электрохимиктер әрқашан кернеудің толық мәнін кернеуді өтеу әдісімен, яғни оны басқа ток көзінің кернеуімен салыстыра отырып, токсыз күйде өлшейді.
Мыс-мырыш элементіндегі процестерді толығырақ қарастырайық. Катодта мырыш ерітіндіге келесі теңдеу бойынша түседі:

Zn = Zn 2+ + 2 e --

Мыс анодында күкірт қышқылының сутегі иондары шығарылады. Олар мырыш катодынан сым арқылы келетін электрондарды бекітеді және нәтижесінде сутегі көпіршіктері пайда болады:

2H + + 2 e-- = N 2

Қысқа уақыт өткеннен кейін мыс сутегі көпіршіктерінің жұқа қабатымен жабылады. Бұл жағдайда мыс электроды сутегіге айналады және потенциалдар айырмасы азаяды. Бұл процесс электродтардың поляризациясы деп аталады. Мыс электродының поляризациясын кернеудің төмендеуінен кейін ұяшыққа аздап калий бихромат ерітіндісін қосу арқылы жоюға болады. Осыдан кейін кернеу қайтадан жоғарылайды, өйткені калий бихроматы сутекті суға дейін тотықтырады. Бұл жағдайда калий бихроматы деполяризатор ретінде әрекет етеді.
Практикада электродтары поляризацияланбаған гальваникалық тізбектер немесе поляризациясын деполяризаторларды қосу арқылы жоюға болатын тізбектер қолданылады.
Поляризацияланбайтын элементтің мысалы ретінде бұрын ағымдағы көз ретінде жиі қолданылған Даниел элементін қарастырыңыз. Бұл да мыс-мырыш элементі, бірақ екі метал да әртүрлі ерітінділерге батырылады. Мырыш электроды сұйылтылған (шамамен 20%) күкірт қышқылымен толтырылған кеуекті саз ұяшыққа орналастырылады. Балшық ұяшық мыс сульфатының концентрлі ерітіндісі бар үлкен стақанға суспензияланған, ал төменгі жағында мыс сульфатының кристалдарының қабаты бар. Бұл ыдыстағы екінші электрод мыс парақтан жасалған цилиндр болып табылады.
Бұл элементті шыны құмырадан, сатылымдағы саз ұяшықтан (төтенше жағдайларда біз гүл құмырасын қолданамыз, түбіндегі тесікті жабамыз) және қолайлы өлшемдегі екі электродтан жасалуы мүмкін.
Элементтің жұмысы кезінде мырыш ерітіліп, мырыш сульфатын түзеді, ал мыс электродында мыс иондары бөлінеді. Бірақ сонымен бірге мыс электроды поляризацияланбайды және элемент шамамен 1 В кернеуді шығарады. Іс жүзінде, теориялық тұрғыдан, терминалдардағы кернеу 1,10 В құрайды, бірақ ток жинаған кезде біз электрлік әсерге байланысты сәл төмен мәнді өлшейміз. жасушаның кедергісі.
Элементтен токты алып тастамасақ, күкірт қышқылы ерітіндісінен мырыш электродты алып тастау керек, өйткені олай болмаған жағдайда ол сутегін түзу үшін еріп кетеді.
Кеуекті бөлімді қажет етпейтін қарапайым ұяшықтың диаграммасы суретте көрсетілген. Мырыш электроды шыны ыдыстың жоғарғы жағында, ал мыс электроды төменгі жағында орналасқан. Бүкіл ұяшық ас тұзының қаныққан ерітіндісімен толтырылады. Құмыраның түбіне бір уыс мыс сульфатының кристалдарын салыңыз. Алынған концентрлі мыс сульфатының ерітіндісі ас тұзының ерітіндісімен өте баяу араласады. Сондықтан ұяшық жұмыс істеген кезде мыс электродта мыс бөлінеді, ал мырыш жасушаның жоғарғы бөлігінде сульфат немесе хлорид түрінде ериді.
Қазіргі уақытта аккумуляторлар тек дерлік құрғақ ұяшықтарды пайдаланады, оларды пайдалану ыңғайлы. Олардың арғы тегі - Лекланш элементі. Электродтар мырыш цилиндрі және көміртекті таяқша болып табылады. Электролит - бұл негізінен аммоний хлоридінен тұратын паста. Мырыш пастада ериді, ал көмірде сутегі бөлінеді. Поляризацияны болдырмау үшін көміртекті таяқша көмір ұнтағы мен пиролизит қоспасы бар зығыр қапшыққа батырылады. Көміртекті ұнтақ электрод бетін ұлғайтады, ал пиролюзит сутегін баяу тотықтыратын деполяризатор қызметін атқарады.
Рас, пиролизиттің деполяризациялау қабілеті бұрын айтылған калий бихроматына қарағанда әлсіз. Сондықтан, құрғақ ұяшықтарда ток қабылданған кезде, кернеу тез төмендейді, олар « шаршау"поляризацияға байланысты. Тек біраз уақыттан кейін сутегінің тотығуы пиролюзитпен жүреді. Осылайша, элементтер " демалу", егер сіз біраз уақыт ток өткізбесеңіз. Мұны батареяда тексеріп көрейік фонарь, оған біз шамды қосамыз. Біз вольтметрді шамға параллель, яғни терминалдарға тікелей қосамыз.
Бастапқыда кернеу шамамен 4,5 В болады. (Көбінесе мұндай аккумуляторларда тізбектей қосылған үш ұяшық болады, олардың әрқайсысында теориялық кернеу 1,48 В.) Біраз уақыттан кейін кернеу төмендеп, шамның жарқырауы әлсірейді. Вольтметрдің көрсеткіштеріне сүйене отырып, біз аккумулятордың қанша уақыт демалу керектігін анықтай аламыз.
деп аталатын қалпына келтіретін элементтер ерекше орын алады батареялар. Олар ағып кетеді қайтымды реакциялар, және оларды сыртқы тұрақты ток көзіне қосу арқылы ұяшық зарядсызданғаннан кейін қайта зарядтауға болады.
Қазіргі уақытта қорғасын-қышқылды аккумуляторлар ең көп таралған; Олардағы электролит сұйылтылған күкірт қышқылы болып табылады, оған екі қорғасын пластинасы батырылады. Оң электрод PbO 2 қорғасын диоксидімен қапталған, теріс металл қорғасын. Терминалдардағы кернеу шамамен 2,1 В. Зарядтау кезінде екі пластинада қорғасын сульфаты пайда болады, ол зарядтау кезінде қайтадан металл қорғасынға және қорғасын пероксидіне айналады.

ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ ҚАБЫЛДАУЛАРДЫ ҚОЛДАНУ

Металдарды сулы ерітінділерден тұндыру электр тогыгальваникалық элементтерді қарастыру кезінде бізге таныс болған электролиттік ерітудің кері процесі. Ең алдымен, біз электр қуатын өлшеу үшін мыс кулометрінде қолданылатын мыс шөгіндісін зерттейміз.

Металл токпен тұндырылады

Екі жұқа парақ мыс пластинаның ұштарын бүгіп, біз оларды стаканның немесе, жақсырақ, кішкене шыны аквариумның қарама-қарсы қабырғаларына ілеміз. Біз сымдарды терминалдармен пластиналарға бекітеміз.
ЭлектролитКелесі рецепт бойынша дайындаймыз: 125 г кристалды мыс сульфаты, 50 г концентрлі күкірт қышқылы және 50 г спирт (денатуратталған спирт), қалғаны 1 литрге дейін су. Мұны істеу үшін алдымен мыс сульфатын 500 мл суда ерітіңіз, содан кейін кішкене бөліктерде абайлап қосыңыз. күкірт қышқылы (Жылыту! Сұйықтық шашырауы мүмкін!), содан кейін алкогольді қосып, 1 литр көлемге су қосыңыз.
Кулометрді дайындалған ерітіндімен толтырып, тізбекке айнымалы кедергіні, амперметрді және қорғасын батареясын қосыңыз. Қарсылықты пайдалана отырып, біз токты оның тығыздығы электрод бетінің 0,02-0,01 А/см 2 болатындай етіп реттейміз. Егер мыс пластинасының ауданы 50 см2 болса, онда ток күші 0,5-1 А диапазонында болуы керек.
Біраз уақыттан кейін ашық қызыл металл мыс катодта (теріс электрод) тұндыра бастайды, ал мыс анодта (оң электрод) ерітіндіге түседі. Мыс пластиналарын тазалау үшін шамамен жарты сағат бойы кулометр арқылы ток өткіземіз. Содан кейін катодты алып, сүзгі қағазымен мұқият құрғатамыз және оны дәл өлшейміз. Ұяшыққа электрод орнатып, реостат көмегімен тізбекті жауып, тұрақты токты ұстап тұрайық, мысалы 1 А. Бір сағаттан кейін контурды ашып, кептірілген катодты қайтадан өлшейміз. 1 А ток кезінде оның массасы жұмыс сағатына 1,18 г артады.
Сондықтан ерітіндіден өткен 1 ампер сағатқа тең электр мөлшері 1,18 г мыс шығаруы мүмкін. Немесе жалпы: бөлінетін зат мөлшері ерітінді арқылы өтетін электр энергиясының мөлшеріне тура пропорционал.
Ионның 1 эквивалентін бөліп алу үшін ерітінді арқылы белгілі бір электр мөлшерін өткізу керек, өнімге теңАвогадро саны бойынша электрод заряды e Н A:
e*N A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * моль -1 Бұл мән таңбамен көрсетіледі Фжәне электролиздің сандық заңдарын ашушының атымен аталған Фарадей саны(нақты мән Ф- 96 498 А*с*моль -1). Сондықтан ерітіндіден оқшаулау үшін берілген нөмірэквиваленттер n e тең электр мөлшері ерітінді арқылы өтуі керек F*n e A*s*моль -1 . Басқаша айтқанда,
Мен*т =F*nміне I- ағымдағы, т- ерітінді арқылы токтың өту уақыты. бөлімінде» Титрлеу негіздері«Заттың эквиваленттерінің саны қазірдің өзінде көрсетілді n e моль саны мен баламалы санның көбейтіндісіне тең:
n e = n*ЗДемек:

I*т = F*n*Z

Бұл жағдайда З- ион заряды (Ag + үшін З= 1, Cu 2+ үшін З= 2, Al 3+ үшін З= 3 және т.б.). Моль санын массаның молярлық массаға қатынасы ретінде өрнектесек ( n = м/М), онда электролиз кезінде болатын барлық процестерді есептеуге мүмкіндік беретін формуланы аламыз:

Мен*т =F*m*Z/M

Осы формуланы пайдаланып токты есептеуге болады:

I = F*m*Z/(t*M)= 9,65*10 4 *1,18*2 / (3600*63,54) А*с*г*моль/(с*моль*г) = 0,996 А

Электр жұмысына қатынасты енгізсек Вэл

В el = U*I*tЖәне Вэлектрондық пошта/ У = Мен*т

Содан кейін, шиеленісті білу У, есептей аласыз:

В el = F*m*Z*U/M

Сондай-ақ белгілі бір заттың электролиттік жолмен бөлінуіне қанша уақыт кететінін немесе белгілі бір уақытта қанша зат бөлінетінін есептеуге болады. Тәжірибе кезінде токтың тығыздығы белгіленген шектерде сақталуы керек. Егер ол 0,01 А/см2-ден аз болса, онда мыс (I) иондары ішінара түзілетіндіктен тым аз металл бөлінеді. Токтың тығыздығы тым жоғары болса, жабынның электродқа адгезиясы әлсіз болады және электрод ерітіндіден шығарылғанда, оның ыдырауы мүмкін.
Тәжірибеде металдарға гальваникалық жабындар ең алдымен коррозиядан қорғау және айна тәрізді жылтыр алу үшін қолданылады.
Сонымен қатар, металдар, әсіресе мыс пен қорғасын, анодты еріту және одан кейін катодта бөлу (электролиттік тазарту) арқылы тазартылады.
Үтікті мыс немесе никельмен қаптау үшін алдымен заттың бетін мұқият тазалау керек. Мұны істеу үшін оны жуылған бормен жылтыратып, каустикалық сода, су және спирттің сұйылтылған ерітіндісімен дәйекті түрде майсыздандыру керек. Егер зат тотпен жабылған болса, оны күкірт қышқылының 10-15% ерітіндісінде алдын ала маринадтау керек.
Біз тазартылған өнімді электролиттік ваннаға (шағын аквариум немесе стакан) іліп қоямыз, онда ол катод ретінде қызмет етеді.
Мыс жабынын жағуға арналған ерітіндіде 1 литр суда 250 г мыс сульфаты және 80-100 г концентрлі күкірт қышқылы бар (Абайлаңыз!). Бұл жағдайда мыс пластина анод ретінде қызмет етеді. Анодтың беті шамамен қапталған объектінің бетіне тең болуы керек. Сондықтан сіз әрқашан мыс анодының ваннада катодпен бірдей тереңдікте ілініп тұруын қамтамасыз етуіңіз керек.
Процесс кернеуі 3-4 В (екі батарея) және ток тығыздығы 0,02-0,4 А/см 2 кезінде жүзеге асырылады. Ваннадағы ерітіндінің температурасы 18-25 ° C болуы керек.
Анод жазықтығы мен қапталатын беттің бір-біріне параллель екендігіне назар аударайық. Күрделі пішіні бар заттарды қолданбаған дұрыс. Электролиздің ұзақтығын өзгерту арқылы әртүрлі қалыңдықтағы мыс жабындарын алуға болады.
Көбінесе олар осы қабатқа басқа металдың берік жабынын жағу үшін алдын ала мыс қаптауға жүгінеді. Бұл әсіресе темірді хромдау, мырыш құюды никельмен қаптау және басқа жағдайларда жиі қолданылады. Рас, бұл үшін өте улы цианидті электролиттер қолданылады.
Никельмен қаптау үшін электролит дайындау үшін 25 г кристалды никель сульфатын, 10 г бор қышқылын немесе 10 г натрий цитратын 450 мл суда ерітеді. 10 г лимон қышқылының ерітіндісін натрий гидроксидінің немесе сода ерітіндісінің сұйылтылған ерітіндісімен бейтараптандыру арқылы натрий цитратын өзіңіз дайындауға болады. Анод никель пластина болсын, мүмкін үлкенірек аумақ, және батареяны кернеу көзі ретінде алыңыз.
Қолданылатын ағымдағы тығыздық мәні айнымалы қарсылықбіз оны 0,005 А/см 2 тең ұстаймыз. Мысалы, нысанның беті 20 см2 болса, сіз 0,1 А ток күшімен жұмыс істеуіңіз керек. Жарты сағаттық жұмыстан кейін нысан никельмен қапталған болады. Ваннадан шығарып, шүберекпен сүртейік. Дегенмен, никельмен қаптау процесін үзбеу керек, өйткені никель қабаты пассивтеніп, кейінгі никель жабыны жақсы жабыспайды.
Механикалық жылтыратусыз айна жылтырына қол жеткізу үшін гальваникалық ваннаға жылтыр түзетін қоспаны енгіземіз. Мұндай қоспаларға, мысалы, желім, желатин, қант жатады. Сіз, мысалы, никель ваннасына бірнеше грамм қант қосып, оның әсерін зерттей аласыз.
Темірді хромдау үшін электролит дайындау үшін (алдын-ала мыс қаптағаннан кейін) 40 г хром қышқылы ангидриді CrO 3 (Абайлаңыз! У!) және дәл 0,5 г күкірт қышқылын (артық емес!) 100 мл суда ерітіңіз. . Процесс шамамен 0,1 А/см 2 ток тығыздығында жүреді және анод ретінде қорғасын пластина қолданылады, оның ауданы хромдалған бетінің ауданынан сәл аз болуы керек.
Никель және хром ванналары жақсы қыздырылады (шамамен 35 ° C дейін). Хромдауға арналған электролиттер, әсіресе ұзақ процесс және жоғары ток кезінде, денсаулыққа өте зиянды хром қышқылы бар буларды шығаратынын ескеріңіз. Сондықтан хроммен қаптау тартқышпен немесе ашық ауада, мысалы, балконда жүзеге асырылуы керек.
Хромдау кезінде (және аз дәрежеде никельмен қаптау) металды тұндыру үшін барлық ток пайдаланылмайды. Сонымен бірге сутегі бөлінеді. Бірқатар кернеулерге сүйене отырып, сутегінің алдындағы металдар сулы ерітінділерден мүлдем бөлінбеуі керек, керісінше, азырақ белсенді сутегі бөлінуі керек деп күтуге болады. Бірақ мұнда металдардың анодты еруі сияқты сутегінің катодтық бөлінуі жиі тежеледі және тек жоғары кернеуде ғана байқалады. Бұл құбылыс сутегі асқын кернеуі деп аталады және ол әсіресе үлкен, мысалы, қорғасында. Осы жағдайдың арқасында қорғасын-қышқылды аккумулятор жұмыс істей алады. Аккумуляторды зарядтау кезінде PbO 2 орнына сутегі катодта пайда болуы керек, бірақ шамадан тыс кернеуге байланысты сутегінің эволюциясы батарея толығымен дерлік зарядталған кезде басталады.