โรคเบาหวาน
โลหะประกอบด้วยองค์ประกอบ s ของกลุ่ม 1 และ 2 องค์ประกอบ d- และ f ทั้งหมด รวมถึงองค์ประกอบ p จำนวนหนึ่งของกลุ่มย่อยหลัก: 3 (ยกเว้นโบรอน), 4 (Ge, Sn, Pb), 5 ( Sb, Bi) และ Ro ธาตุโลหะทั่วไปส่วนใหญ่จะอยู่ที่ต้นงวด ก่อนหน้านี้เราได้พูดถึงความจริงที่ว่าพันธะที่มีการกระจายตัวสูงนั้นเกิดขึ้นในโลหะ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเนื่องจากผลการคัดกรอง วาเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอมของโลหะจึงถูกดึงดูดเข้าสู่นิวเคลียสน้อยลง และพลังงานไอออไนเซชันแรกสำหรับพวกมันก็ค่อนข้างต่ำ ที่อุณหภูมิปกติของเรา (ประมาณ 300 เคลวิน) ซึ่งค่อนข้างไกลจากศูนย์สัมบูรณ์ พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนจะเพียงพอสำหรับการเคลื่อนที่อย่างอิสระของอิเล็กตรอนทั่วโลหะ
เนื่องจากพันธะในโลหะมีการกระจายตัวสูงและขยายออกไปทั่วทั้งคริสตัล โลหะจึงมีความเป็นพลาสติก การนำไฟฟ้า และความร้อนสูง เงินและทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูงสุด และปรอทมีค่าน้อยที่สุด อย่างหลังยังเป็นโลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุด (-38.9 C) โลหะทนไฟที่สุดคือทังสเตน (3390 C) ความแตกต่างอย่างมากของจุดหลอมเหลวและจุดเดือดอธิบายได้จากการมีอยู่ของพันธะโควาเลนต์ในสัดส่วนที่นอกเหนือไปจากพันธะโลหะในโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับองค์ประกอบทรานซิชันที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวนมาก
ลองพิจารณาการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของปรอทและทังสเตน
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของออสเมียม (5d 6 6s 2) ทำให้ขาดอิเล็กตรอน 4 ตัวก่อนที่จะถึงระดับย่อย 5d ดังนั้นจึงมีความสามารถที่แข็งแกร่งที่สุดในการดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมข้างเคียง ซึ่งทำให้พันธะโลหะ-โลหะสั้นลง ดังนั้นออสเมียมจึงมีความหนาแน่นสูงสุด (22.4 g/cm3)
ใน รูปแบบบริสุทธิ์โลหะค่อนข้างหายาก โดยพื้นฐานแล้วสิ่งเหล่านี้คือโลหะเฉื่อยทางเคมี (ทองคำและโลหะกลุ่มแพลตตินัม - แพลตตินัม, โรเดียม, อิริเดียม, ออสเมียม ฯลฯ ) เงิน ทองแดง ปรอท และดีบุกสามารถพบได้ทั้งในสภาพดั้งเดิมและในรูปของสารประกอบ โลหะที่เหลือจะอยู่ในรูปของสารประกอบที่เรียกว่าแร่
โลหะได้มาจากสารประกอบโดยรีดิวซ์จากออกไซด์ C, CO, โลหะแอคทีฟ, ไฮโดรเจนและมีเทนถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์ หากแร่เป็นโลหะซัลไฟด์ (ZnS, FeS 2) ก็จะถูกแปลงเป็นออกไซด์ก่อน การลดลงของโลหะจากสารประกอบด้วยโลหะอื่นเรียกว่าโลหะโลเทอร์มี โลหะบางชนิดถูกสกัดจากสารละลายเกลือด้วยวิธีอิเล็กโทรไลซิส เช่น อะลูมิเนียมหรือโซเดียม วิธีการทั้งหมดในการรับโลหะจากสารประกอบจะขึ้นอยู่กับกระบวนการรีดอกซ์
กระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์สามารถแสดงได้ด้วยสมการทั่วไปต่อไปนี้:
กระบวนการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์เท่ากับ ∆G = –nFE โดยที่ F (ค่าคงที่ของฟาราเดย์ สอดคล้องกับปริมาณไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการรีดิวซ์หรือออกซิไดซ์ของสารหนึ่งโมล) = 96500 C/mol n คือจำนวนอิเล็กตรอน E คือศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด B คือความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ ในทางกลับกัน ∆G = –RTlnK = –nFE; RTlnK = nFE ดังนั้น E = RTlnK/nF เนื่องจาก K = / และ 2.3lnK = logK การขึ้นต่อกันของศักย์อิเล็กโทรดกับความเข้มข้นของสาร - ผู้เข้าร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรด - และอุณหภูมิจะแสดงด้วยสมการต่อไปนี้:
E = E 0 + log/ – สมการ Nernst
ที่อุณหภูมิมาตรฐาน (298 K) สมการจะอยู่ในรูปแบบ:
อี = อี 0 + 0.059lg/
ความเข้มข้นของตัวออกซิไดซ์จะแสดงในตัวเศษเสมอ และความต่างศักย์จะได้รับสำหรับการลดครึ่งปฏิกิริยาเสมอ: Ox + ne = สีแดง
ที่ความเข้มข้นสมดุลของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์เท่ากับความสามัคคี E = E 0 คือศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน: นี่คือศักยภาพของกระบวนการอิเล็กโทรดที่กำหนดที่ความเข้มข้นในหน่วยของสารทั้งหมด เนื่องจากค่าสัมบูรณ์ของมาตรฐาน ศักย์ไฟฟ้าไม่สามารถระบุได้จากนั้นจึงใช้ศักยภาพของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งเป็นจุดเริ่มต้น: 2Н + + 2е = Н 2 . ศักยภาพของกระบวนการอิเล็กโทรดนี้จะถือว่าเป็น 0 ที่ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนบวกในหน่วย อิเล็กโทรดไฮโดรเจนประกอบด้วยแผ่นแพลตตินัม ซึ่งจุ่มอยู่ในสารละลายกรดซัลฟิวริกที่มี [H + ] = 1 โมล/ลิตร และล้างด้วยกระแส H 2 ภายใต้ความดัน 101325 Pa ที่ 298 K
ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดคือ EMF ของเซลล์กัลวานิก ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กโทรดที่อยู่ระหว่างการศึกษาและอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน โดยการจัดเรียงโลหะตามลำดับความสำคัญของศักย์ไฟฟ้าของโลหะที่เพิ่มขึ้น เราจะได้ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของโลหะจำนวนหนึ่ง มันเป็นลักษณะ คุณสมบัติทางเคมีโลหะ โลหะแต่ละชนิดในซีรีย์จะแทนที่โลหะที่ตามมาทั้งหมดจากสารละลายเกลือของพวกมัน โลหะในแถวด้านซ้ายของไฮโดรเจนจะเข้ามาแทนที่สารละลายกรด
ศักยภาพของปฏิกิริยารีดอกซ์ใด ๆ สามารถคำนวณได้จากค่าของศักยภาพของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง
ลองพิจารณาตัวอย่างง่ายๆ: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 สำหรับกระบวนการนี้ ปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาสองจะเกิดขึ้น:
สังกะสี 2+ + 2e = สังกะสี 0 E 0 (สังกะสี 2+ /Zn) = –0.76 B
2H + + 2e = ชม 2 0 จ 0 (2H + /H 2) = 0.00 B
เนื่องจากศักยภาพของปฏิกิริยาครึ่งหลังนั้นสูงกว่าครั้งแรก ปฏิกิริยาครึ่งหลังจะดำเนินต่อไปจากซ้ายไปขวา นั่นคือ ไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลไฮโดรเจน ปฏิกิริยาครึ่งแรกจะดำเนินการจากขวาไปซ้าย กล่าวคือ ไปสู่การก่อตัวของสังกะสีไอออนบวก
เมื่อพิจารณาถึงการผลิตโลหะ เราได้พูดคุยเกี่ยวกับข้อเท็จจริงที่ว่าโลหะจำนวนหนึ่งถูกรีดิวซ์จากออกไซด์ของพวกมันด้วยโลหะอื่นที่มีฤทธิ์มากกว่า ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมสามารถลดทองแดงจากคอปเปอร์ (II) ออกไซด์ได้ ลองเปรียบเทียบสองปฏิกิริยาครึ่ง:
Cu 2+ + 2e = Cu E 0 = +0.34 V
มก. 2+ + 2e = มก. อี 0 = –2.36 V
ศักยภาพของปฏิกิริยาครึ่งแรกนั้นสูงกว่าครั้งที่สองและเป็นปฏิกิริยาที่จะดำเนินการจากซ้ายไปขวาและปฏิกิริยาที่สองจากขวาไปซ้าย
ดังนั้น เพื่อกำหนดทิศทางของปฏิกิริยารีดอกซ์ จำเป็นต้องเขียนปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาสองรายการจากรูปแบบออกซิไดซ์ไปยังรูปแบบรีดอกซ์ และเปรียบเทียบศักยภาพของพวกมัน ปฏิกิริยาที่มีศักยภาพสูงกว่าจะดำเนินการจากซ้ายไปขวา และปฏิกิริยาที่มีศักยภาพต่ำกว่าจะดำเนินการจากขวาไปซ้าย
ปฏิกิริยาของโลหะเกือบทั้งหมดเป็นกระบวนการรีดอกซ์ และก่อนอื่นเพื่อกำหนดทิศทางของโลหะนั้น จำเป็นต้องคำนึงถึงศักยภาพของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งแต่ละปฏิกิริยาในกระบวนการรีดอกซ์ด้วย แต่นอกจากนี้ยังมีข้อยกเว้นอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ตะกั่วจะไม่ละลายในกรดซัลฟิวริก แม้ว่าศักยภาพของคู่ Pb 2+ /Pb จะเป็น –0.15 V ความจริงก็คือว่าตะกั่วซัลเฟตนั้นไม่ละลายน้ำ และการก่อตัวของสารตะกั่วจะป้องกันการเกิดออกซิเดชันของตะกั่วเพิ่มเติม
บรรยายครั้งที่ 15.
กระแสไฟฟ้า
สารละลายและการละลายของอิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยไอออนที่มีประจุตรงข้าม (แคตไอออนและแอนไอออน) ซึ่งมีการเคลื่อนที่คงที่ หากอิเล็กโทรดเฉื่อย (กราไฟท์) ถูกจุ่มลงในของเหลวประเภทนี้ เช่น ในการละลายของโซเดียมคลอไรด์ (ละลายที่ 801 0 C) และกระแสไฟฟ้าคงที่ถูกส่งผ่าน ไอออนภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกจะ เคลื่อนที่ไปทางอิเล็กโทรด แคตไอออนไปทางแคโทด และแอนไอออนหันไปทางแอโนด โซเดียมไอออนบวกเมื่อไปถึงแคโทด จะรับอิเล็กตรอนจากไอออนนั้นและรีดิวซ์เป็นโซเดียมโลหะ:
คลอไรด์ไอออนถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก:
2Сl – – 2e = Cl 2 0
เป็นผลให้โซเดียมของโลหะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด และคลอรีนโมเลกุลจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก สมการโดยรวมสำหรับอิเล็กโทรไลซิสของโซเดียมคลอไรด์หลอมเหลวมีดังต่อไปนี้
K: นา + + อี = นา 0 2
ตอบ: 2Сl – – 2e = Cl 2 0 1
2Na + + 2Сl – อิเล็กโทรไลซิส ® 2Na 0 + Cl 2 0
2NaСl = 2Na + Cl 2
ปฏิกิริยานี้คือปฏิกิริยารีดอกซ์: กระบวนการออกซิเดชันเกิดขึ้นที่ขั้วบวก และกระบวนการรีดอกซ์เกิดขึ้นที่แคโทด
กระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดระหว่างทาง กระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายละลายหรืออิเล็กโทรไลต์เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส
สาระสำคัญของอิเล็กโทรไลซิสคือการนำปฏิกิริยาเคมีไปใช้โดยใช้พลังงานไฟฟ้า ในกรณีนี้ แคโทดจะให้อิเล็กตรอนแก่แคตไอออน และแอโนดจะรับอิเล็กตรอนจากแอนไอออน การกระทำของกระแสไฟฟ้าตรงนั้นแรงกว่าการกระทำของตัวรีดิวซ์สารเคมีและตัวออกซิไดซ์มาก โดยผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสทำให้ได้ก๊าซฟลูออรีนเป็นครั้งแรก
อิเล็กโทรไลซิสดำเนินการในสารละลายโพแทสเซียมฟลูออไรด์ในกรดไฮโดรฟลูออริก ใน ในกรณีนี้ฟลูออรีนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก และไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด อิเล็กโทรไลซิสดำเนินการในอ่างอิเล็กโทรไลต์
จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลวและสารละลาย ในกรณีหลังนี้ โมเลกุลของน้ำสามารถมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ได้ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่เป็นน้ำบนอิเล็กโทรดเฉื่อย (กราไฟต์) โมเลกุลของน้ำจะลดลงที่แคโทดแทนที่จะเป็นไอออนบวกของโซเดียม
2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH –
และคลอไรด์ไอออนจะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก:
2Сl – – 2e = Cl 2 0
เป็นผลให้ไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาที่แคโทด คลอรีนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก และโมเลกุลของโซเดียมไฮดรอกไซด์จะสะสมอยู่ในสารละลาย สมการทั่วไปอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ในน้ำมีรูปแบบ:
เค: 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH –
ตอบ: 2Сl – – 2e = Cl 2 0
2H 2 O + 2Сl – = H 2 + Cl 2 + 2OH –
อย่างไรก็ตาม นี่เป็นวิธีที่อุตสาหกรรมผลิตไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ททั้งหมดรวมทั้งอลูมิเนียม
อะไรคือความแตกต่างระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของของเหลวที่หลอมเหลวและสารละลายที่เป็นน้ำของอิเล็กโทรไลต์? กระบวนการกู้คืนที่แคโทดของสารละลายน้ำของอิเล็กโทรไลต์ขึ้นอยู่กับค่าของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของโลหะกล่าวคือส่วนใหญ่มักทำหน้าที่เป็นแคตไอออนที่ลดลงที่แคโทด มีสามตัวเลือกที่นี่:
1. แคตไอออนของโลหะที่มีศักยภาพของอิเล็กโทรดมาตรฐานจะสูงกว่าไฮโดรเจน กล่าวคือ มากกว่าศูนย์ในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสจะลดลงโดยสิ้นเชิงที่แคโทด (ทองแดง เงิน ทอง และอื่นๆ)
2.โลหะมีแคตไอออนมาก ค่าเล็กน้อยศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน (ตั้งแต่ลิเธียมไปจนถึงอะลูมิเนียม) จะไม่ลดลงที่แคโทด แต่โมเลกุลของน้ำจะลดลง
3. แคตไอออนของโลหะซึ่งมีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานน้อยกว่าไฮโดรเจน แต่มากกว่าอะลูมิเนียม จะลดลงในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสที่แคโทดพร้อมกับโมเลกุลของน้ำ
หากมีไอออนบวกของโลหะหลายตัวพร้อมกันในสารละลายที่เป็นน้ำ ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส พวกมันจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทดตามลำดับการลดค่าพีชคณิตของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของโลหะที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น เมื่อวิเคราะห์ประเภททองแดง BrAZh หรือ BrAZhMts (ทองแดง อลูมิเนียม เหล็ก และแมงกานีส) คุณสามารถเลือกค่ากระแสที่แน่นอน แยกทองแดงลงบนอิเล็กโทรดเฉื่อย (เช่น แพลทินัม) ดึงอิเล็กโทรดออกมา ชั่งน้ำหนัก และ กำหนดปริมาณทองแดง จากนั้นแยกอะลูมิเนียมออกและกำหนดเนื้อหา นี่เป็นวิธีที่ดีในการแยกโลหะออกจากกัน ค่าบวกศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน
อิเล็กโทรดทั้งหมดแบ่งออกเป็นที่ไม่ละลายน้ำ (เฉื่อย) - คาร์บอน, กราไฟท์, แพลตตินัม, อิริเดียม ละลายน้ำได้ - ทองแดง เงิน สังกะสี แคดเมียม นิกเกิล และอื่นๆ แนวคิดของอิเล็กโทรดที่ละลายน้ำได้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับแอโนด เนื่องจากเป็นอิเล็กโทรดที่สามารถละลายได้ในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิส ที่ขั้วบวกที่ไม่ละลายน้ำ ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส จะเกิดออกซิเดชันของประจุลบหรือโมเลกุลของน้ำ ในกรณีนี้ แอนไอออนของกรดปราศจากออกซิเจนจะถูกออกซิไดซ์ค่อนข้างง่าย หากมีไอออนของกรดที่ประกอบด้วยออกซิเจนอยู่ในสารละลาย โมเลกุลของน้ำจะถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก และปล่อยออกซิเจนตามปฏิกิริยา:
2H 2 O – 4e = O 2 + 4H +
ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส แอโนดที่ละลายน้ำได้จะเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์โดยปล่อยอิเล็กตรอนออกไปภายนอก วงจรไฟฟ้าและเข้าสู่แนวทางแก้ไข:
ตอบ: ฉัน Û ฉัน n+ + ne –
มาดูตัวอย่างอิเล็กโทรไลซิสของของเหลวที่หลอมละลายและสารละลายอิเล็กโทรไลต์
หากจากทั้งชุดของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน เราเลือกเฉพาะกระบวนการอิเล็กโทรดที่สอดคล้องกับสมการทั่วไป
จากนั้นเราจะได้ความเค้นโลหะชุดหนึ่ง นอกจากโลหะแล้ว ซีรี่ส์นี้ยังรวมไฮโดรเจนไว้ด้วยเสมอ ซึ่งช่วยให้คุณเห็นว่าโลหะชนิดใดที่สามารถแทนที่ไฮโดรเจนจากสารละลายกรดที่เป็นน้ำได้
ตารางที่ 19. ชุดของความเค้นของโลหะ
ตารางแสดงความเค้นจำนวนหนึ่งสำหรับโลหะที่สำคัญที่สุด 19. ตำแหน่งของโลหะชนิดใดชนิดหนึ่งในชุดความเค้นแสดงถึงความสามารถในการรับปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำภายใต้สภาวะมาตรฐาน ไอออนของโลหะเป็นตัวออกซิไดซ์และโลหะในรูปของสารธรรมดาเป็นตัวรีดิวซ์ ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งโลหะอยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้ามากเท่าไร ตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำก็จะยิ่งมีไอออนมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งโลหะอยู่ใกล้จุดเริ่มต้นของอนุกรมมากเท่าไร คุณสมบัติรีดิวซ์ของโลหะธรรมดาก็จะยิ่งแข็งแกร่งเท่านั้น สาร - โลหะ
ศักยภาพกระบวนการอิเล็กโทรด
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางจะเท่ากับ B (ดูหน้า 273) โลหะที่มีฤทธิ์ในตอนต้นของอนุกรม ซึ่งมีศักยภาพเป็นลบมากกว่า -0.41 V อย่างมีนัยสำคัญ จะเข้ามาแทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ แมกนีเซียมจะแทนที่ไฮโดรเจนเท่านั้น น้ำร้อน- โลหะที่อยู่ระหว่างแมกนีเซียมและแคดเมียมโดยทั่วไปจะไม่แทนที่ไฮโดรเจนจากน้ำ บนพื้นผิวของโลหะเหล่านี้จะเกิดฟิล์มออกไซด์ที่มี ผลการป้องกัน.
โลหะที่อยู่ระหว่างแมกนีเซียมและไฮโดรเจนจะเข้ามาแทนที่ไฮโดรเจนจากสารละลายกรด ในขณะเดียวกัน ฟิล์มป้องกันก็จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของโลหะบางชนิดด้วย เพื่อยับยั้งปฏิกิริยา ดังนั้นฟิล์มออกไซด์บนอะลูมิเนียมทำให้โลหะนี้มีความเสถียรไม่เพียงแต่ในน้ำเท่านั้น แต่ยังอยู่ในสารละลายของกรดบางชนิดด้วย ตะกั่วไม่ละลายในกรดซัลฟิวริกที่ความเข้มข้นต่ำกว่า เนื่องจากเกลือที่เกิดขึ้นเมื่อตะกั่วทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกจะไม่ละลายน้ำ และสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวโลหะ ปรากฏการณ์ของการยับยั้งอย่างล้ำลึกของการเกิดออกซิเดชันของโลหะเนื่องจากการมีออกไซด์ป้องกันหรือฟิล์มเกลือบนพื้นผิวเรียกว่าความเฉื่อยและสถานะของโลหะในกรณีนี้เรียกว่าสถานะที่ไม่โต้ตอบ
โลหะสามารถแทนที่กันและกันจากสารละลายเกลือได้ ทิศทางของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยตำแหน่งสัมพัทธ์ในชุดของความเค้น เมื่อพิจารณากรณีเฉพาะของปฏิกิริยาดังกล่าว ควรจำไว้ว่าโลหะที่ออกฤทธิ์จะแทนที่ไฮโดรเจนไม่เพียงแต่จากน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารละลายที่เป็นน้ำด้วย ดังนั้นการแทนที่โลหะร่วมกันจากสารละลายเกลือจึงเกิดขึ้นได้จริงเฉพาะในกรณีของโลหะที่อยู่ในซีรีส์หลังแมกนีเซียม
Beketov เป็นคนแรกที่ศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับการแทนที่โลหะจากสารประกอบด้วยโลหะอื่น จากผลงานของเขา เขาได้จัดเรียงโลหะตามกิจกรรมทางเคมีของพวกมันให้เป็นอนุกรมการกระจัด ซึ่งเป็นต้นแบบของอนุกรมความเค้นของโลหะ
ตำแหน่งสัมพัทธ์ของโลหะบางชนิดในอนุกรมความเค้นและในตารางธาตุเมื่อมองแวบแรกไม่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น ตามตำแหน่งในตารางธาตุ กิจกรรมทางเคมีของโพแทสเซียมควรมากกว่าโซเดียม และโซเดียม - มากกว่าลิเธียม ในชุดแรงดันไฟฟ้า ลิเธียมมีความกระตือรือร้นมากที่สุด และโพแทสเซียมจะอยู่ในตำแหน่งตรงกลางระหว่างลิเธียมกับโซเดียม สังกะสีและทองแดงตามตำแหน่งในตารางธาตุควรมีฤทธิ์ทางเคมีเท่ากันโดยประมาณ แต่ในชุดแรงดันไฟฟ้า สังกะสีจะอยู่เร็วกว่าทองแดงมาก สาเหตุของความไม่สอดคล้องกันประเภทนี้มีดังนี้
เมื่อเปรียบเทียบโลหะที่อยู่ในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งในตารางธาตุ พลังงานไอออไนเซชันของอะตอมอิสระจะถูกใช้เป็นการวัดกิจกรรมทางเคมี - ความสามารถลดลง ตัวอย่างเช่นเมื่อเคลื่อนที่จากบนลงล่างตามกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I ของระบบธาตุพลังงานไอออไนเซชันของอะตอมจะลดลงซึ่งสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของรัศมี (เช่นด้วยระยะห่างของอิเล็กตรอนด้านนอกที่มากขึ้น จากนิวเคลียส) และด้วยการคัดกรองประจุบวกของนิวเคลียสที่เพิ่มขึ้นโดยชั้นอิเล็กทรอนิกส์ระดับกลาง (ดูมาตรา 31) ดังนั้นอะตอมโพแทสเซียมจึงมีฤทธิ์ทางเคมีมากกว่า - พวกมันมีคุณสมบัติรีดิวซ์ได้ดีกว่าอะตอมโซเดียม และอะตอมโซเดียมมีฤทธิ์มากกว่าอะตอมลิเธียม
เมื่อเปรียบเทียบโลหะในชุดแรงดันไฟฟ้า การวัดกิจกรรมทางเคมีจะถือเป็นการวัดกิจกรรมทางเคมีในการแปลงโลหะในสถานะของแข็งให้เป็นไอออนไฮเดรตในสารละลายที่เป็นน้ำ งานนี้สามารถแสดงเป็นผลรวมของสามเทอม ได้แก่ พลังงานการทำให้เป็นอะตอม - การเปลี่ยนผลึกโลหะเป็นอะตอมที่แยกได้ พลังงานไอออไนเซชันของอะตอมโลหะอิสระ และพลังงานไฮเดรชันของไอออนที่เกิดขึ้น พลังงานการทำให้เป็นละอองแสดงถึงความแข็งแกร่งของโครงตาข่ายคริสตัลของโลหะที่กำหนด พลังงานของการไอออไนเซชันของอะตอม - การกำจัดเวเลนซ์อิเล็กตรอนออกจากพวกมัน - ถูกกำหนดโดยตรงจากตำแหน่งของโลหะในตารางธาตุ พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการให้ความชุ่มชื้นนั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของไอออน ประจุ และรัศมี
ลิเธียมและโพแทสเซียมไอออนซึ่งมีประจุเท่ากันแต่รัศมีต่างกันจะทำให้เกิดความไม่เท่ากัน สนามไฟฟ้า- สนามที่สร้างขึ้นใกล้กับลิเธียมไอออนขนาดเล็กจะแข็งแกร่งกว่าสนามที่อยู่ใกล้โพแทสเซียมไอออนขนาดใหญ่ จากนี้เห็นได้ชัดว่าลิเธียมไอออนจะให้ความชุ่มชื้นโดยปล่อยพลังงานออกมามากกว่าโพแทสเซียมไอออน
ดังนั้น ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงที่กำลังพิจารณา พลังงานจะถูกใช้ไปกับการทำให้เป็นอะตอมและการเกิดไอออไนเซชัน และพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการให้ความชุ่มชื้น ยิ่งการใช้พลังงานทั้งหมดต่ำลง กระบวนการทั้งหมดก็จะง่ายขึ้น และโลหะที่กำหนดก็จะยิ่งเข้าใกล้จุดเริ่มต้นของซีรีส์ความเค้นมากขึ้นเท่านั้น แต่จากสามเงื่อนไขของสมดุลพลังงานทั่วไป มีเพียงตำแหน่งเดียวเท่านั้น - พลังงานไอออไนเซชัน - ที่กำหนดโดยตรงจากตำแหน่งของโลหะในตารางธาตุ ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะคาดหวังว่าตำแหน่งสัมพัทธ์ของโลหะบางชนิดในชุดความเค้นจะสอดคล้องกับตำแหน่งในตารางธาตุเสมอ ดังนั้นสำหรับลิเธียมการใช้พลังงานทั้งหมดจะน้อยกว่าโพแทสเซียมตามที่ลิเธียมมาก่อนโพแทสเซียมในซีรีย์แรงดันไฟฟ้า
สำหรับทองแดงและสังกะสี ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานสำหรับการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมอิสระและพลังงานที่ได้รับระหว่างการให้น้ำด้วยไอออนจะใกล้เคียงกัน แต่ทองแดงที่เป็นโลหะจะแข็งแกร่งกว่า ตาข่ายคริสตัลมากกว่าสังกะสี ดังที่เห็นได้จากการเปรียบเทียบอุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะเหล่านี้ สังกะสีละลายที่ และทองแดงเท่านั้นที่ ดังนั้น พลังงานที่ใช้ไปกับการทำให้เป็นอะตอมของโลหะเหล่านี้จึงมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนพลังงานทั้งหมดสำหรับกระบวนการทั้งหมดในกรณีของทองแดงมีค่ามากกว่าในกรณีของสังกะสีมาก ซึ่งอธิบายตำแหน่งสัมพัทธ์ของสิ่งเหล่านี้ โลหะในชุดความเค้น
เมื่อผ่านจากน้ำไปยังตัวทำละลายที่ไม่มีน้ำ ตำแหน่งสัมพัทธ์ของโลหะในชุดแรงดันไฟฟ้าอาจเปลี่ยนแปลง เหตุผลก็คือพลังงานการละลายของไอออน โลหะต่างๆเปลี่ยนแปลงไปเมื่อย้ายจากตัวทำละลายหนึ่งไปยังอีกตัวทำละลายหนึ่ง
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไอออนของทองแดงจะถูกละลายได้ค่อนข้างแรงในตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าในตัวทำละลายดังกล่าวทองแดงจะอยู่ในซีรีย์แรงดันไฟฟ้าก่อนไฮโดรเจนและแทนที่จากสารละลายกรด
ดังนั้นตรงกันข้ามกับระบบธาตุเป็นระยะ ชุดของความเค้นของโลหะไม่ได้สะท้อนถึงรูปแบบทั่วไปบนพื้นฐานที่สามารถให้คุณสมบัติทางเคมีของโลหะที่ครอบคลุมได้ ชุดแรงดันไฟฟ้าแสดงเฉพาะความสามารถในการรีดอกซ์เท่านั้น ระบบไฟฟ้าเคมี“ โลหะ - ไอออนของโลหะ” ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดอย่างเคร่งครัด: ค่าที่กำหนดในนั้นหมายถึงสารละลายในน้ำอุณหภูมิและความเข้มข้นของหน่วย (กิจกรรม) ของไอออนของโลหะ
ในเซลล์ไฟฟ้าเคมี (เซลล์กัลวานิก) อิเล็กตรอนที่เหลืออยู่หลังจากการก่อตัวของไอออนจะถูกกำจัดออกผ่านลวดโลหะและรวมตัวใหม่กับไอออนประเภทอื่น นั่นคือประจุในวงจรภายนอกจะถูกถ่ายโอนโดยอิเล็กตรอน และภายในเซลล์โดยไอออนผ่านอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอิเล็กโทรดโลหะถูกจุ่มอยู่ ทำให้เกิดวงจรไฟฟ้าแบบปิด
ความต่างศักย์ที่วัดได้ในเซลล์ไฟฟ้าเคมีคือโอ อธิบายได้จากความแตกต่างของความสามารถของโลหะแต่ละชนิดในการบริจาคอิเล็กตรอน อิเล็กโทรดแต่ละตัวมีศักยภาพของตัวเอง แต่ละระบบอิเล็กโทรด-อิเล็กโทรไลต์เป็นแบบครึ่งเซลล์ และครึ่งเซลล์ใดๆ สองเซลล์จะรวมกันเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมี ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดหนึ่งเรียกว่าศักย์ครึ่งเซลล์ และเป็นตัวกำหนดความสามารถของอิเล็กโทรดในการบริจาคอิเล็กตรอน เห็นได้ชัดว่าศักยภาพของแต่ละองค์ประกอบครึ่งนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของอีกครึ่งองค์ประกอบและศักยภาพของมัน ศักย์ไฟฟ้าแบบครึ่งเซลล์ถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของไอออนในอิเล็กโทรไลต์และอุณหภูมิ
ไฮโดรเจนถูกเลือกให้เป็นธาตุครึ่ง "ศูนย์" เช่น เชื่อกันว่าไม่มีสิ่งใดเกิดขึ้นได้เมื่อมีการเพิ่มหรือเอาอิเล็กตรอนออกเพื่อสร้างไอออน ค่าศักย์ไฟฟ้า "ศูนย์" จำเป็นต่อการทำความเข้าใจความสามารถสัมพัทธ์ของครึ่งเซลล์แต่ละเซลล์ในการให้และรับอิเล็กตรอน
ศักย์ไฟฟ้าแบบครึ่งเซลล์ที่วัดสัมพันธ์กับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนเรียกว่าสเกลไฮโดรเจน หากแนวโน้มทางอุณหพลศาสตร์ในการบริจาคอิเล็กตรอนในครึ่งหนึ่งของเซลล์ไฟฟ้าเคมีสูงกว่าอีกเซลล์หนึ่ง ศักยภาพของครึ่งเซลล์แรกจะสูงกว่าศักยภาพของเซลล์ที่สอง ภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์ การไหลของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น เมื่อโลหะสองชนิดมารวมกัน จะสามารถระบุความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะทั้งสองกับทิศทางการไหลของอิเล็กตรอนได้
โลหะอิเล็กโทรบวกมีมากกว่านั้น ความสามารถสูงยอมรับอิเล็กตรอน ดังนั้นมันจะเป็นแคโทดหรือสูงส่ง ในทางกลับกัน มีโลหะอิเล็กโทรเนกาติวิตี ซึ่งสามารถบริจาคอิเล็กตรอนได้เองตามธรรมชาติ โลหะเหล่านี้เกิดปฏิกิริยาและเป็นขั้วบวก:
- → 0 → +
อัล Mn สังกะสี เฟ Sn Pb H 2 Cu Ag Au
ตัวอย่างเช่น Cu ยอมให้อิเล็กตรอนได้ง่ายขึ้น Ag แต่แย่กว่าเฟ - เมื่อมีอิเล็กโทรดทองแดง ไอออนเงินจะเริ่มรวมตัวกับอิเล็กตรอน ส่งผลให้เกิดไอออนทองแดงและการตกตะกอนของเงินโลหะ:
2 Ag + + Cu → Cu 2+ + 2 Ag
อย่างไรก็ตามทองแดงชนิดเดียวกันนั้นมีปฏิกิริยาน้อยกว่าเหล็ก เมื่อเหล็กโลหะสัมผัสกับทองแดงโนเนต มันจะตกตะกอนและเหล็กจะเข้าสู่สารละลาย:
เฟ + Cu 2+ → เฟ 2+ + Cu
เราสามารถพูดได้ว่าทองแดงเป็นโลหะแคโทดสัมพันธ์กับเหล็กและเป็นโลหะขั้วบวกสัมพันธ์กับเงิน
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานถือเป็นศักย์ไฟฟ้าของโลหะบริสุทธิ์ที่ผ่านการอบอ่อนเต็มที่ครึ่งเซลล์เป็นไฟฟ้าที่สัมผัสกับไอออนที่อุณหภูมิ 25 0 C ในการวัดเหล่านี้ อิเล็กโทรดไฮโดรเจนจะทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง ในกรณีของโลหะไดวาเลนต์ เราสามารถเขียนปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เกี่ยวข้องได้:
เอ็ม + 2H +→ ม 2+ + ชม 2
หากเราจัดเรียงโลหะตามลำดับศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของโลหะจากมากไปน้อย เราจะได้สิ่งที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าของโลหะแบบเคมีไฟฟ้า (ตารางที่ 1)
ตารางที่ 1. ชุดเคมีไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าของโลหะ
|
สมดุลของโลหะ-ไอออน (กิจกรรมของหน่วย) |
ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดสัมพันธ์กับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนที่ 25°C, V (ศักย์ไฟฟ้ารีดิวซ์) |
|
|
โนเบิล หรือแคโทด |
ออ-ออ 3+ |
1,498 |
|
ปต-ปต 2+ |
||
|
Pd-Pd 2+ |
0,987 |
|
|
Ag-Ag+ |
0,799 |
|
|
ปรอท-ปรอท 2+ |
0,788 |
|
|
คิว-คู 2+ |
0,337 |
|
|
เอช 2 -เอช + |
||
|
Pb-Pb 2+ |
0,126 |
|
|
Sn-Sn 2+ |
0,140 |
|
|
นิ-นิ 2+ |
0,236 |
|
|
โค-โค 2+ |
0,250 |
|
|
ซีดี-ซีดี 2+ |
0,403 |
|
|
เฟ-เฟ 2+ |
0,444 |
|
|
Cr-Cr 2+ |
0,744 |
|
|
สังกะสี-สังกะสี 2+ |
0,763 |
|
|
คล่องแคล่ว |
อัล-อัล 2+ |
1,662 |
|
Mg-Mg2+ |
2,363 |
|
|
นา-นา+ |
2,714 |
|
|
เค-เค+ |
2,925 |
ตัวอย่างเช่น ในเซลล์กัลวานิกทองแดง-สังกะสี มีการไหลของอิเล็กตรอนจากสังกะสีไปยังทองแดง อิเล็กโทรดทองแดงเป็นขั้วบวกในวงจรนี้ และอิเล็กโทรดสังกะสีเป็นขั้วลบ สังกะสีที่เกิดปฏิกิริยามากขึ้นจะสูญเสียอิเล็กตรอน:
สังกะสี → สังกะสี 2+ + 2е - - E °=+0.763 โวลต์.
ทองแดงมีปฏิกิริยาน้อยกว่าและรับอิเล็กตรอนจากสังกะสี:
ลูกบาศ์ก 2+ + 2e - → ลูกบาศ์ก; E °=+0.337 V.
แรงดันไฟฟ้าบนลวดโลหะที่เชื่อมต่ออิเล็กโทรดจะเป็น:
0.763 โวลต์ + 0.337 โวลต์ = 1.1 โวลต์
ตารางที่ 2 ศักยภาพคงที่ของโลหะและโลหะผสมบางชนิดในน้ำทะเลสัมพันธ์กับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนปกติ (GOST 9.005-72)
|
โลหะ |
ศักยภาพคงที่ ใน |
โลหะ |
ศักยภาพคงที่ ใน |
|
แมกนีเซียม |
1,45 |
นิกเกิล (แอคทีฟยืนร่วม) |
0,12 |
|
โลหะผสมแมกนีเซียม (6% Aลิตร 3 % สังกะสี, 0,5 % นาที) |
1,20 |
โลหะผสมทองแดง LMtsZh-55 3-1 |
0,12 |
|
สังกะสี |
0,80 |
ทองเหลือง (30 % สังกะสี) |
0,11 |
|
อลูมิเนียมอัลลอยด์ (10%นาที) |
0,74 |
สีบรอนซ์ (5-10 % อัล) |
0,10 |
|
อลูมิเนียมอัลลอยด์ (10%สังกะสี) |
0,70 |
ทองเหลืองแดง (5-10 % สังกะสี) |
0,08 |
|
อลูมิเนียมอัลลอยด์ K48-1 |
0,660 |
ทองแดง |
0,08 |
|
อลูมิเนียมอัลลอยด์ B48-4 |
0,650 |
คิวโปรนิกเกิล (30%พรรณี) |
0,02 |
|
อลูมิเนียมอัลลอย AMg5 |
0,550 |
สีบรอนซ์ "เนวา" |
0,01 |
|
อลูมิเนียมอัลลอย AMg61 |
0,540 |
สีบรอนซ์ อัจห์น 9-4-4 |
0,02 |
|
อลูมิเนียม |
0,53 |
สแตนเลส X13 (สถานะพาสซีฟ) |
0,03 |
|
แคดเมียม |
0,52 |
นิกเกิล (สถานะพาสซีฟ) |
0,05 |
|
ดูราลูมินและอะลูมิเนียมอัลลอยด์ AMg6 |
0,50 |
สแตนเลส X17 (สถานะพาสซีฟ) |
0,10 |
|
เหล็ก |
0,50 |
เทคนิคไททัน |
0,10 |
|
เหล็ก 45G17Yu3 |
0,47 |
เงิน |
0,12 |
|
เหล็ก St4S |
0,46 |
สแตนเลส 1X14ND |
0,12 |
|
เหล็ก SHL4 |
0,45 |
ไทเทเนียมไอโอไดด์ |
0,15 |
|
เหล็กกล้าชนิด AK และเหล็กกล้าคาร์บอน |
0,40 |
เหล็กกล้าไร้สนิม XX18Н9 (สถานะพาสซีฟ) และ Ох17Н7У |
0,17 |
|
เหล็กหล่อสีเทา |
0,36 |
โลหะโมเนล |
0,17 |
|
สแตนเลส X13 และ X17 (สถานะใช้งาน) |
0,32 |
เหล็กกล้าไร้สนิม XX18Н12М3 (สถานะพาสซีฟ) |
0,20 |
|
เหล็กหล่อนิกเกิล-ทองแดง (12-15%พรรณี 5-7% ศรี) |
0,30 |
สเตนเลส เอช18Н10Т |
0,25 |
|
ตะกั่ว |
0,30 |
แพลทินัม |
0,40 |
|
ดีบุก |
0,25 |
บันทึก - ค่าตัวเลขที่ระบุของศักย์และลำดับของโลหะในชุดอาจแตกต่างกันไปในองศาที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของโลหะองค์ประกอบ น้ำทะเลระดับการเติมอากาศและสภาพพื้นผิวของโลหะ
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งแสดงคุณลักษณะเชิงปริมาณต่อความสามารถในการรีดิวซ์ของอะตอมโลหะและความสามารถในการออกซิไดซ์ของไอออน
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งทำให้สามารถแก้ไขปัญหาทิศทางการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเองได้ เช่นเดียวกับในกรณีทั่วไปใดๆ ปฏิกิริยาเคมีปัจจัยกำหนดที่นี่คือสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงในศักย์ไอโซบาริกของปฏิกิริยา แต่นั่นหมายความว่าระบบแรกของระบบเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และตัวที่สองในฐานะตัวออกซิไดซ์ ด้วยปฏิกิริยาโต้ตอบโดยตรงของสาร ทิศทางที่เป็นไปได้ของปฏิกิริยาจะเหมือนกับที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกอย่างแน่นอน
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งทำให้สามารถแก้ไขปัญหาทิศทางการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเองได้ เช่นเดียวกับในกรณีทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีใดๆ ปัจจัยกำหนดที่นี่คือสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยา แต่นั่นหมายความว่าระบบแรกของระบบเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และตัวที่สองในฐานะตัวออกซิไดซ์ ด้วยปฏิกิริยาโต้ตอบโดยตรงของสาร ทิศทางที่เป็นไปได้ของปฏิกิริยาจะเหมือนกับที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกอย่างแน่นอน
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งกำหนดคุณลักษณะทางเคมีของโลหะ
| อิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน| วงจรกัลวานิกสำหรับวัดศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐานของโลหะ |
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งกำหนดคุณลักษณะทางเคมีของโลหะ ใช้ในการพิจารณาลำดับการปล่อยไอออนระหว่างอิเล็กโทรไลซิส รวมถึงการอธิบายคุณสมบัติทั่วไปของโลหะ
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งทำให้สามารถแก้ไขปัญหาทิศทางการเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์และไม่รีดิวซ์ได้เอง เช่นเดียวกับในกรณีทั่วไปของปฏิกิริยาเคมีใดๆ ปัจจัยกำหนดที่นี่คือการเปลี่ยนแปลงในศักย์ไอโซบาริกของปฏิกิริยา แต่นั่นหมายความว่าระบบแรกของระบบเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และระบบที่สอง - เป็นตัวออกซิไดซ์ ด้วยปฏิสัมพันธ์โดยตรงของสาร ทิศทางที่เป็นไปได้ของปฏิกิริยาจะเหมือนกับที่ทำในเซลล์กัลวานิกอย่างแน่นอน
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งกำหนดคุณลักษณะทางเคมีของโลหะ ใช้เพื่อกำหนดลำดับการปล่อยไอออนระหว่างอิเล็กโทรไลซิส ตลอดจนเพื่ออธิบายคุณสมบัติทั่วไปของโลหะ ในกรณีนี้ค่าของศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐานจะระบุลักษณะเชิงปริมาณของความสามารถในการรีดิวซ์ของโลหะและความสามารถในการออกซิไดซ์ของไอออน
ข้อมูลใดบ้างที่สามารถได้รับจากชุดแรงดันไฟฟ้า?
แรงดันไฟฟ้าของโลหะหลายประเภทถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย เคมีอนินทรีย์- โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลลัพธ์ของปฏิกิริยาหลายอย่างและความเป็นไปได้ในการใช้งานนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโลหะบางชนิดใน NER เรามาหารือเกี่ยวกับปัญหานี้โดยละเอียด
ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรด
โลหะที่อยู่ในลำดับแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับกรดซึ่งเป็นสารที่ไม่ออกซิไดซ์ โลหะที่อยู่ใน NER ทางด้านขวาของ H จะทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์เท่านั้น (โดยเฉพาะกับ HNO 3 และ H 2 SO 4 ที่เข้มข้น)
ตัวอย่างที่ 1- สังกะสีอยู่ใน NER ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ดังนั้นจึงสามารถทำปฏิกิริยากับกรดได้เกือบทั้งหมด:
สังกะสี + 2HCl = สังกะสี 2 + H 2
สังกะสี + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
ตัวอย่างที่ 2- ทองแดงตั้งอยู่ใน ERN ทางด้านขวาของ H; โลหะนี้ไม่ทำปฏิกิริยากับกรด "ธรรมดา" (HCl, H 3 PO 4, HBr, กรดอินทรีย์) แต่ทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์ (ไนตริก, ซัลฟิวริกเข้มข้น):
Cu + 4HNO 3 (เข้มข้น) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Cu + 2H 2 SO 4 (เข้มข้น) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
ฉันดึงความสนใจของคุณไปที่ จุดสำคัญ: เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับกรดออกซิไดซ์ จะไม่ใช่ไฮโดรเจนที่ถูกปล่อยออกมา แต่เป็นสารประกอบอื่นๆ บางชนิด คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้!
ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับน้ำ
โลหะที่อยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของ Mg จะทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิห้องได้อย่างง่ายดาย จากนั้นจะปล่อยไฮโดรเจนออกมาและเกิดเป็นสารละลายอัลคาไล
ตัวอย่างที่ 3- โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม ละลายในน้ำได้ง่ายจนเกิดเป็นสารละลายด่าง:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2
โลหะที่อยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ไฮโดรเจนไปจนถึงแมกนีเซียม (รวมอยู่ด้วย) ในบางกรณีจะมีปฏิกิริยากับน้ำ แต่ปฏิกิริยาต้องมีเงื่อนไขเฉพาะ ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมและแมกนีเซียมเริ่มทำปฏิกิริยากับ H 2 O หลังจากที่ลอกฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิวโลหะแล้วเท่านั้น เหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิห้อง แต่ทำปฏิกิริยากับไอน้ำ โคบอลต์ นิกเกิล ดีบุก และตะกั่วแทบไม่มีปฏิกิริยากับ H 2 O ไม่เพียงแต่ที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเมื่อถูกความร้อนด้วย
โลหะที่อยู่ทางด้านขวาของ ERN (เงิน ทอง แพลทินัม) จะไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำในทุกสภาวะ
ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายเกลือที่เป็นน้ำ
เราจะพูดถึงปฏิกิริยาประเภทต่อไปนี้:
โลหะ (*) + เกลือของโลหะ (**) = โลหะ (**) + เกลือของโลหะ (*)
ฉันอยากจะย้ำว่าเครื่องหมายดอกจันในกรณีนี้ไม่ได้ระบุสถานะออกซิเดชันหรือความจุของโลหะ แต่เพียงให้แยกแยะระหว่างโลหะหมายเลข 1 และโลหะหมายเลข 2
ในการดำเนินการปฏิกิริยาดังกล่าว จะต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขสามประการพร้อมกัน:
- เกลือที่เกี่ยวข้องในกระบวนการจะต้องละลายในน้ำ (สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตารางความสามารถในการละลาย)
- โลหะ (*) ต้องอยู่ในชุดความเค้นทางด้านซ้ายของโลหะ (**)
- โลหะ (*) ไม่ควรทำปฏิกิริยากับน้ำ (ซึ่งได้รับการตรวจสอบอย่างง่ายดายโดย ESI)
ตัวอย่างที่ 4- มาดูปฏิกิริยากัน:
สังกะสี + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu
K + Ni(หมายเลข 3) 2 ≠
ปฏิกิริยาแรกเกิดขึ้นได้ง่าย โดยเป็นไปตามเงื่อนไขข้างต้นทั้งหมด: คอปเปอร์ซัลเฟตละลายได้ในน้ำ สังกะสีอยู่ใน NER ทางด้านซ้ายของทองแดง Zn ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ
ปฏิกิริยาที่สองเป็นไปไม่ได้เนื่องจากไม่ตรงตามเงื่อนไขแรก (คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์แทบไม่ละลายในน้ำ) ปฏิกิริยาที่สามไม่สามารถทำได้ เนื่องจากตะกั่วเป็นโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าเหล็ก (อยู่ทางด้านขวาใน ESR) ในที่สุด กระบวนการที่สี่จะไม่ส่งผลให้เกิดการตกตะกอนของนิกเกิล เนื่องจากโพแทสเซียมทำปฏิกิริยากับน้ำ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นสามารถทำปฏิกิริยากับสารละลายเกลือได้ แต่นี่เป็นกระบวนการที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
กระบวนการสลายตัวด้วยความร้อนของไนเตรต
ฉันขอเตือนคุณว่าไนเตรตเป็นเกลือของกรดไนตริก ไนเตรตทั้งหมดสลายตัวเมื่อถูกความร้อน แต่องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวอาจแตกต่างกันไป ส่วนประกอบจะถูกกำหนดโดยตำแหน่งของโลหะในชุดความเค้น
ไนเตรตของโลหะที่อยู่ใน NER ทางด้านซ้ายของแมกนีเซียม เมื่อถูกความร้อน จะเกิดไนไตรต์และออกซิเจนที่สอดคล้องกัน:
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2
ในระหว่างการสลายตัวด้วยความร้อนของโลหะไนเตรตซึ่งอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ Mg ถึง Cu รวมโลหะออกไซด์ NO 2 และออกซิเจนจะเกิดขึ้น:
2Cu(หมายเลข 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
ในที่สุดในระหว่างการสลายตัวของไนเตรตของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยที่สุด (อยู่ใน ERN ทางด้านขวาของทองแดง) โลหะ ไนโตรเจนไดออกไซด์ และออกซิเจนก็จะเกิดขึ้น
