Bir qator standart elektrod potentsiallari metal atomlarining qaytarilish qobiliyatini va ularning ionlarining oksidlanish qobiliyatini miqdoriy jihatdan tavsiflaydi.  

Bir qator standart elektrod potentsiallari oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining o'z-o'zidan paydo bo'lish yo'nalishi masalasini hal qilishga imkon beradi. Umumiy holatda bo'lgani kabi, har qanday kimyoviy reaksiya, bu erda aniqlovchi omil reaktsiyaning izobar potensialining o'zgarishi belgisidir. Ammo bu shuni anglatadiki, bu tizimlarning birinchisi qaytaruvchi, ikkinchisi esa oksidlovchi sifatida ishlaydi. Moddalarning to'g'ridan-to'g'ri o'zaro ta'siri bilan reaktsiyaning mumkin bo'lgan yo'nalishi, albatta, galvanik hujayrada amalga oshirilganda bo'lgani kabi bo'ladi.  

Bir qator standart elektrod potentsiallari oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining o'z-o'zidan paydo bo'lish yo'nalishi masalasini hal qilishga imkon beradi. Har qanday kimyoviy reaktsiyaning umumiy holatida bo'lgani kabi, bu erda ham aniqlovchi omil reaktsiyaning Gibbs energiyasining o'zgarishi belgisidir. Ammo bu shuni anglatadiki, bu tizimlarning birinchisi qaytaruvchi, ikkinchisi esa oksidlovchi vosita sifatida ishlaydi. Moddalarning to'g'ridan-to'g'ri o'zaro ta'siri bilan reaktsiyaning mumkin bo'lgan yo'nalishi, albatta, galvanik hujayrada amalga oshirilganda bo'lgani kabi bo'ladi.  

Bir qator standart elektrod potentsiallari metallarning kimyoviy xossalarini tavsiflaydi.  

Bir qator standart elektrod potentsiallari metallarning kimyoviy xossalarini tavsiflaydi. U elektroliz jarayonida ionlarni chiqarish ketma-ketligini ko'rib chiqishda, shuningdek, metallarning umumiy xususiyatlarini tavsiflashda qo'llaniladi.  

Bir qator standart elektrod potentsiallari oksidlovchi va qaytarilmaydigan reaktsiyalarning o'z-o'zidan paydo bo'lish yo'nalishi masalasini hal qilishga imkon beradi. Har qanday kimyoviy reaksiyaning umumiy holatida bo'lgani kabi, bu erda ham hal qiluvchi omil reaktsiyaning izobar potentsialidagi o'zgarishdir. Ammo bu shuni anglatadiki, ushbu tizimlarning birinchisi qaytaruvchi vosita sifatida, ikkinchisi esa oksidlovchi vosita sifatida ishlaydi. Moddalarning to'g'ridan-to'g'ri o'zaro ta'sirida, reaktsiyaning mumkin bo'lgan yo'nalishi, albatta, galvanik hujayradagi kabi bo'ladi.  

Bir qator standart elektrod potentsiallari metallarning kimyoviy xossalarini tavsiflaydi. U elektroliz jarayonida ionlarning ajralish ketma-ketligini aniqlash, shuningdek, metallarning umumiy xossalarini tavsiflash uchun ishlatiladi. Bunday holda, standart elektrod potentsiallarining qiymatlari miqdoriy jihatdan metallarning qaytarilish qobiliyatini va ularning ionlarining oksidlanish qobiliyatini tavsiflaydi.  

II qism. NOORGANIK KIMYO

12-bo'lim. METALLARNING UMUMIY XUSUSIYATLARI

§ 12.5. Bir qator standart elektrod potentsiallari

IN o'rta maktab siz metallarning elektrokimyoviy kuchlanish seriyasini o'rganasiz. Uning aniqroq nomi metallarning standart elektrod potentsiallari seriyasidir. Ba'zi metallar uchun u jadvalda keltirilgan. 12.1. Bunday seriya qanday o'z ichiga oladi? Nima uchun, masalan, kaltsiydan keyin natriy tarkibida? Buni yaqin atrofda qanday ishlatish mumkin?

Birinchi savolga javob allaqachon o'rganilgan material asosida berilishi mumkin. Har qanday metall elektrolit eritmasiga botirilganda, metall/eritma interfeysida potentsial farq paydo bo'ladi, bu elektrod potensiali yoki elektrod potensiali deb ataladi. Har bir elektrodning potentsiali metallning tabiatiga, eritmadagi ionlarining konsentratsiyasiga va haroratga bog'liq.

Shaxsiy elektrodning potentsialini bevosita o'lchash mumkin emas. Shuning uchun elektrod potentsiallari standart vodorod elektrodiga nisbatan o'lchanadi, uning potentsiali shartli ravishda barcha haroratlarda nolga teng. Vodorod elektrodi platinadan iborat

Guruch. 12.3. Standart vodorod elektrodi

1 mol/l vodorod ioni konsentratsiyasi bilan sulfat kislota eritmasiga botirilgan va 25°C da 101,325 kPa bosim ostida gazsimon vodorod oqimi bilan yuvilgan qora platina bilan qoplangan platina plitasi (elektrolitik yotqizilgan platina). (12.3-rasm).

Molekulyar vodorod eritmadan o'tib, eriydi va platina yuzasiga yaqinlashadi. Platinaning yuzasida vodorod molekulalari atomlarga bo'linadi va adsorbsiyalanadi (sirtga mahkamlanadi). Adsorbsiyalangan vodorod atomlari H reklamalari ionlanadi:

H e'lonlar - e - -> H + ,

va vodorod ionlari elektron qo'shib, adsorbsiyalangan holatga o'tadi:

N + + e - -> N adc.

Vodorod elektrodidagi yanada to'liq muvozanat diagramma bilan ifodalanadi:

2N + + 2e - ⇆ 2 H a ds (Pt) = N 2.

Bunday muvozanat holatini o'rnatishda platina qanday katta rol o'ynashini yodda tutish kerak bo'lsa-da, bu muvozanatning o'rta qismi, albatta, o'tkazib yuborilgan.

Agar hozir metall ioni konsentratsiyasi 1 mol/l bo'lgan uning tuzi eritmasiga botirilgan har qanday metall plastinkasi rasmda ko'rsatilganidek, standart vodorod elektrodiga ulangan bo'lsa. 12.4, keyin galvanik element (elektrokimyoviy sxema) hosil bo'ladi, uning elektromotor kuchi (qisqartirilgan EMF) o'lchash oson. Ushbu EMF ma'lum elektrodning standart elektrod potensiali deb ataladi (odatda E ° bilan belgilanadi). Shunday qilib, elektrod potentsiali galvanik elementning (elektrokimyoviy kontur) EMFsidir, u quyidagilardan iborat.

Guruch. 12.4. Metallning standart elektrod potentsialini o'lchash uchun galvanik sxema:

1 - o'lchangan elektrod;

2 - potensiometr;

3 - standart vodorod elektrodi;

4 - kaliy xlorid eritmasi

o'rganilayotgan elektrod va standart vodorod elektrodi.

Bunday sxema rasmda ko'rsatilgan. 12.4. Elektrod potensiali redoks potentsial deb ham ataladi.

Elektrod potentsiallari E va standart elektrod potentsiallari E ° ni belgilashda belgilarga ushbu potentsial tegishli bo'lgan tizimga mos keladigan indeks qo'yish odatiy holdir. Shunday qilib, tizimning standart elektrod potentsiali 2H + + 2e -⇆ H 2 E°2H+/H 2, tizimlarni bildiradi Li + + e - ⇆ Li - E ° Li +/ Li va sistemalar M nO - 4 + 8H + + 5e - ⇆ Mn 2+ + 4H 2 O yozish E°M n O - 4 + 8 H+/M n 2 ++ 4H 2 O.

Metalllarni standart elektrod potentsiallarining algebraik qiymatining ortib borayotgan tartibida joylashtirish orqali biz jadvalda keltirilgan qatorni olamiz. 12.1. U, shuningdek, mos ravishda, masalan, E ° qiymatlarigacha bo'lgan boshqa redoks tizimlarini (shu jumladan metall bo'lmaganlarni) o'z ichiga olishi mumkin. E ° C l 2 / C l - = 1,36 V, E ° F 2/2 F - = 2,87 V, E ° S / S 2- = -0,51 V, va hokazo. Jadvalda keltirilgan seriyalar. 12.1 ni faqat eng muhim metallardan tashkil topgan 25 ° C da suvli eritmalarda redoks tizimlarining standart elektrod potentsiallarining bir qismi sifatida ko'rib chiqish mumkin. Tarixiy jihatdan bu seriyadan oldin G. M. Beketovning "Vitiskiy seriyasi" bo'lgan.

Belgisi H g ioni odatda dimer sifatida tasvirlangan gidrargiy (I) tuzi eritmasiga botirilgan simob elektrodga qo'llaniladi:

N g 2+ 2 + 2e - = 2N g.

Ko'pgina standart elektrod potentsiallarini eksperimental tarzda aniqlash mumkin. Biroq, gidroksidi va gidroksidi tuproq metallari uchun E° qiymati faqat nazariy jihatdan hisoblanadi, chunki bu metallar suv bilan o'zaro ta'sir qiladi.

Bir qator standart elektrod potentsiallari metallarning kimyoviy xossalarini tavsiflaydi. U elektroliz jarayonida ionlar qanday ketma-ketlikda qaytarilishini aniqlash uchun (7.7-§), shuningdek, metallarning boshqa xossalarini tavsiflash uchun ishlatiladi (§ 10.9 va 12.5).

1 AQShda elektrod potentsialining qarama-qarshi belgilari qabul qilinadi: eng ijobiy (+3,04 V) elektrod Li+/Li va eng salbiy (-2,87 V) tizim F 2/2 F -. Ushbu murojaat tartibini rus tiliga tarjima qilingan Amerika o'quv adabiyotlarida ham ko'rish mumkin.

Potensialning algebraik qiymati qanchalik past bo'lsa, bu metallning qaytarilish qobiliyati shunchalik yuqori bo'ladi va uning ionlarining oksidlanish qobiliyati past bo'ladi.

Ushbu seriyadan kelib chiqqan holda, lityum metall eng kuchli qaytaruvchi, oltin esa eng zaif hisoblanadi. Aksincha, oltin ioni au eng kuchli oksidlovchi va litiy ionidir Li+ - eng zaif (12.1-jadvalda ushbu xususiyatlarning o'sishi o'qlar bilan ko'rsatilgan).

Bir qator standart elektrod potentsialidagi har bir metall keyingi barcha metallarni tuzlari eritmalaridan siqib chiqarish xususiyatiga ega. Biroq, bu barcha holatlarda qatag'on sodir bo'ladi degani emas. Shunday qilib, alyuminiy misni kup (II) xlorid CuC eritmasidan siqib chiqaradi l 2 , lekin amalda uni kup (II) sulfat eritmasidan siqib chiqarmaydi CuSO4 . Bu xlorid ionlari C ekanligi bilan izohlanadi l - alyuminiy ustidagi himoya sirt plyonkasini sulfat ionlariga qaraganda tezroq yo'q qiladi SO2-.

Ko'pincha, bir qator standart elektrod potentsiallariga asoslanib, metallarning tuzlari eritmalaridan faolroq gidroksidi va o'tloq-yer metallari bilan siljishi reaktsiyalari uchun tenglamalar yoziladi va ular, tabiiyki, xato qilishadi. Bunday holda, metallarning siljishi sodir bo'lmaydi, chunki gidroksidi va gidroksidi tuproq metallarining o'zi suv bilan reaksiyaga kirishadi.

Standart elektrod potentsiallarining manfiy qiymatlariga ega bo'lgan barcha metallar, ya'ni vodoroddan oldin ketma-ket turadi, vodorodni suyultirilgan kislotalardan (masalan, HC) siqib chiqaradi. l yoki H 2 SO 4 ) va shu bilan birga ularda eriydi. Biroq, qo'rg'oshin sulfat kislotaning suyultirilgan eritmalarida amalda erimaydi. Buning sababi shundaki, qo'rg'oshin yuzasida darhol past darajadagi qo'rg'oshin sulfat tuzining himoya qatlami paydo bo'ladi. PbSO4 , bu eritmaning metall bilan aloqasini buzadi. Vodoroddan keyingi qatordagi metallar uni kislotalardan siqib chiqarmaydi.

Keltirilgan misollardan xulosa qilishimiz mumkinki, ko'rib chiqilayotgan jarayonlarning xususiyatlarini hisobga olgan holda bir qator standart elektrod potentsiallaridan foydalanish kerak. Eng muhimi, bir qator standart elektrod potentsiallari faqat suvli eritmalar uchun ishlatilishi mumkinligini va u metallarning kimyoviy faolligini faqat suvli muhitda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida tavsiflashini yodda tutishdir.

Standart elektrod potentsiallari qatorida natriy kaltsiy Ca dan keyin joylashgan: u standart elektrod potensialining yuqori algebraik qiymatiga ega.

Har qanday galvanik hujayraning EMF ni standart elektrod potentsiallari E ° farqidan hisoblash mumkin. EMF har doim ijobiy miqdor ekanligini yodda tutish kerak. Shuning uchun, kattaroq algebraik qiymatga ega bo'lgan elektrodning potentsialidan algebraik qiymati kichikroq bo'lgan elektrodning potentsialini ayirish kerak. Misol uchun, standart sharoitlarda mis-sink xujayrasining emfsi 0,34 - (-0,76) = 1,1 V bo'ladi.

Agar standart elektrod potentsiallarining barcha seriyasidan biz faqat umumiy tenglamaga mos keladigan elektrod jarayonlarini tanlaymiz

keyin biz bir qator metall kuchlanishlarni olamiz. Metalllarga qo'shimcha ravishda, ushbu seriya har doim vodorodni o'z ichiga oladi, bu sizga qaysi metallar vodorodni kislotalarning suvli eritmalaridan siqib chiqarishga qodirligini ko'rish imkonini beradi.

Jadval 19. Metall kuchlanishlar seriyasi

Eng muhim metallar uchun bir qator stresslar jadvalda keltirilgan. 19. Muayyan metalning kuchlanish qatoridagi joylashuvi uning standart sharoitlarda suvli eritmalarda oksidlanish-qaytarilish o’zaro ta’sirini o’tkazish qobiliyatini tavsiflaydi. Metall ionlari oksidlovchi moddalar, oddiy moddalar holidagi metallar esa qaytaruvchi moddalardir. Bundan tashqari, metall kuchlanish qatorida qanchalik uzoq joylashgan bo'lsa, suvli eritmadagi oksidlovchi vosita uning ionlari qanchalik kuchli bo'lsa va aksincha, metall seriyaning boshiga qanchalik yaqin bo'lsa, oddiy elementning qaytaruvchi xususiyatlari shunchalik kuchli bo'ladi. modda - metall.

Elektrod jarayonining potentsiali

neytral muhitda u B ga teng (273-betga qarang). Seriyaning boshida -0,41 V dan sezilarli darajada salbiy potentsialga ega bo'lgan faol metallar vodorodni suvdan siqib chiqaradi. Magniy vodorodni faqat undan siqib chiqaradi issiq suv. Magniy va kadmiy o'rtasida joylashgan metallar odatda vodorodni suvdan siqib chiqarmaydi. Ushbu metallar yuzasida oksidli plyonkalar hosil bo'ladi himoya ta'siri.

Magniy va vodorod orasida joylashgan metallar vodorodni kislota eritmalaridan siqib chiqaradi. Shu bilan birga, ba'zi metallar yuzasida himoya plyonkalari ham hosil bo'lib, reaktsiyani inhibe qiladi. Shunday qilib, alyuminiydagi oksid plyonkasi bu metallni nafaqat suvda, balki ma'lum kislotalarning eritmalarida ham barqaror qiladi. Qo'rg'oshin sulfat kislotada quyida joylashgan konsentratsiyasida erimaydi, chunki qo'rg'oshin sulfat kislota bilan reaksiyaga kirishganda hosil bo'lgan tuz erimaydi va metall yuzasida himoya plyonka hosil qiladi. Metallning oksidlanishini chuqur inhibe qilish hodisasi, uning yuzasida himoya oksidi yoki tuz plyonkalari mavjudligi passivlik deb ataladi va bu holda metallning holati passiv holat deb ataladi.

Metallar tuz eritmalaridan bir-birini siqib chiqarishga qodir. Reaksiya yo‘nalishi ularning kuchlanishlar qatoridagi nisbiy o‘rni bilan belgilanadi. Bunday reaktsiyalarning o'ziga xos holatlarini ko'rib chiqayotganda, faol metallar vodorodni nafaqat suvdan, balki har qanday suvli eritmadan ham siqib chiqarishini esga olish kerak. Shuning uchun metallarning tuzlari eritmalaridan o'zaro siljishi amalda faqat magniydan keyin qatorda joylashgan metallarda sodir bo'ladi.

Beketov birinchi bo‘lib metallarning o‘z birikmalaridan boshqa metallar bilan siljishini batafsil o‘rgangan. O'z ishining natijasi sifatida u metallarni kimyoviy faolligiga ko'ra siljish qatoriga joylashtirdi, bu metall kuchlanishlar seriyasining prototipi hisoblanadi.

Ba'zi metallarning kuchlanish qatoridagi va davriy jadvaldagi nisbiy holati bir qarashda bir-biriga mos kelmaydi. Misol uchun, davriy jadvaldagi pozitsiyaga ko'ra, kaliyning kimyoviy faolligi natriydan, natriy esa litiydan kattaroq bo'lishi kerak. Ketma-ket kuchlanishda litiy eng faol hisoblanadi va kaliy litiy va natriy o'rtasida o'rta pozitsiyani egallaydi. Sink va mis davriy jadvaldagi o'z pozitsiyasiga ko'ra, taxminan teng kimyoviy faollikka ega bo'lishi kerak, ammo kuchlanish seriyasida sink misdan ancha oldinroq joylashgan. Bunday nomuvofiqlikning sababi quyidagicha.

Davriy jadvalda u yoki bu o'rinni egallagan metallarni solishtirganda, erkin atomlarning ionlanish energiyasi ularning kimyoviy faolligi - kamaytirish qobiliyati o'lchovi sifatida olinadi. Darhaqiqat, masalan, davriy tizimning I guruhining asosiy kichik guruhi bo'ylab yuqoridan pastgacha harakatlanayotganda, atomlarning ionlanish energiyasi pasayadi, bu ularning radiuslarining ko'payishi bilan bog'liq (ya'ni, tashqi elektronlarning kattaroq masofasi bilan). yadrodan) va yadroning musbat zaryadini oraliq elektron qatlamlar tomonidan ortib borayotgan skrining bilan (31-§ ga qarang). Shuning uchun kaliy atomlari natriy atomlariga qaraganda ko'proq kimyoviy faollikka ega - ular kuchliroq qaytaruvchi xususiyatlarga ega - natriy atomlari esa litiy atomlariga qaraganda ko'proq faollik ko'rsatadi.

Ketma-ket kuchlanishdagi metallarni solishtirganda, kimyoviy faollik o'lchovi sifatida qattiq holatdagi metallni suvli eritmadagi gidratlangan ionlarga aylantirish ishi olinadi. Ushbu ishni uchta shartning yig'indisi sifatida ifodalash mumkin: atomizatsiya energiyasi - metall kristalining izolyatsiyalangan atomlarga aylanishi, erkin metall atomlarining ionlanish energiyasi va hosil bo'lgan ionlarning hidratsiya energiyasi. Atomizatsiya energiyasi berilgan metallning kristall panjarasining mustahkamligini tavsiflaydi. Atomlarning ionlanish energiyasi - ulardan valentlik elektronlarini olib tashlash - metallning davriy jadvaldagi o'rni bilan bevosita belgilanadi. Gidratsiya paytida ajralib chiqadigan energiya ionning elektron tuzilishiga, uning zaryadiga va radiusiga bog'liq.

Zaryadlari bir xil, ammo radiuslari har xil bo'lgan litiy va kaliy ionlari o'z atrofida teng bo'lmagan elektr maydonlarini hosil qiladi. Kichik litiy ionlari yaqinida hosil bo'lgan maydon yirik kaliy ionlari yaqinidagi maydondan kuchliroq bo'ladi. Bundan ko'rinib turibdiki, litiy ionlari kaliy ionlariga qaraganda ko'proq energiya ajralib chiqishi bilan gidratlanadi.

Shunday qilib, ko'rib chiqilayotgan transformatsiya jarayonida energiya atomizatsiya va ionlanishga sarflanadi va hidratsiya paytida energiya chiqariladi. Umumiy energiya iste'moli qanchalik past bo'lsa, butun jarayon shunchalik oson bo'ladi va kuchlanish seriyasining boshiga qanchalik yaqinroq bo'lsa, berilgan metall joylashgan bo'ladi. Ammo umumiy energiya balansining uchta shartidan faqat bittasi - ionlanish energiyasi - metallning davriy jadvaldagi o'rni bilan bevosita aniqlanadi. Binobarin, stress qatoridagi ba'zi metallarning nisbiy holati har doim ularning davriy jadvaldagi pozitsiyasiga mos kelishini kutish uchun hech qanday sabab yo'q. Shunday qilib, lityum uchun umumiy energiya iste'moli kaliyga qaraganda kamroq bo'lib chiqadi, unga ko'ra lityum kuchlanish seriyasida kaliydan oldin keladi.

Mis va rux uchun erkin atomlarning ionlanishi uchun energiya sarfi va ion hidratsiyasi vaqtida energiyaning ortishi yaqin. Ammo metall mis kuchliroq hosil qiladi kristall panjara, ruxdan ko'ra, bu metallarning erish temperaturalarini taqqoslashdan ko'rinib turibdiki: rux da eriydi va mis faqat . Shu sababli, ushbu metallarni atomizatsiya qilish uchun sarflangan energiya sezilarli darajada farq qiladi, buning natijasida mis holatida butun jarayon uchun umumiy energiya xarajatlari sinkga qaraganda ancha katta, bu ularning nisbiy holatini tushuntiradi. stress qatoridagi metallar.

Suvdan suvsiz erituvchilarga o'tganda, kuchlanish seriyasidagi metallarning nisbiy pozitsiyalari o'zgarishi mumkin. Buning sababi ionlarning echilish energiyasidir turli metallar bir erituvchidan ikkinchisiga o'tganda turlicha o'zgaradi.

Xususan, mis ioni ba'zi organik erituvchilarda juda kuchli eriydi; Bu shunday erituvchilarda misning vodoroddan oldin kuchlanish qatorida joylashganligi va uni kislota eritmalaridan siqib chiqarishiga olib keladi.

Shunday qilib, elementlarning davriy tizimidan farqli o'laroq, bir qator metall kuchlanishlar umumiy naqshning aksi emas, buning asosida ko'p qirrali xususiyatlarni berish mumkin. kimyoviy xossalari metallar Bir qator kuchlanish faqat redoks qobiliyatini tavsiflaydi Elektrokimyoviy tizim"metall - metall ioni" qat'iy belgilangan sharoitlarda: unda berilgan qiymatlar suvli eritma, harorat va metall ionlarining birlik konsentratsiyasi (faolligi).

Metallning elektrokimyoviy korroziyasi. Katodik himoya. Anodik himoya. Passiv himoya. Elektrod potentsiallari - jadval.

Aksariyat hollarda metall korroziyasi materialning oksidlanishini anglatadi. Amalda, eng katta zarar, deb atalmish sabab bo'ladi. moddalarning faol o'tkazilishi bilan birga keladigan elektrokimyoviy korroziya. Metall yuzalar elektrolitlar (korroziya moddalari) bilan aloqa qilganda elektrokimyoviy yo'q qilishga (korroziyaga) sezgir. Bunday agentlar atmosfera gazlari, masalan, dengiz, shahar yoki sanoat havosi (ya'ni, oltingugurt dioksidi, vodorod xlorid va sulfit va boshqalar) yoki faol suyuqliklar - sho'r suvlar, ishqorlar, dengiz suvi va hokazo. (masalan, terlagan qo'l izlari).

Agar korroziya agentining metall yuzalarga tegishi natijasida galvanik juft hosil bo'lsa, u holda moddaning juft elektroddan ikkinchisiga o'tishi ko'p marta kuchayadi. Korroziya tezligi juftlikning elektrod potentsiallari farqi bilan aniqlanadi. Bu jarayon odatda gapirganda nazarda tutiladi elektrokimyoviy korroziya.

Elektrodlarning salbiy potentsiali tufayli elektronlardan voz kechish tendentsiyasiga ega bo'lgan metallarning ko'pchiligi korroziya jarayonida oksidlanadi. Agar himoyalangan ob'ektga ma'lum bir qo'shimcha ijobiy potentsial qo'llanilsa = unda voltning o'ndan bir qismidagi ma'lum bir salbiy potentsial saqlanib qolsa, oksidlanish reaktsiyasi ehtimoli deyarli nolga tushadi. Bu usul haqida gapirganda odatda himoya nazarda tutiladi katodik himoya.

Agar elektrod potentsiali pastroq bo'lgan moddaning ma'lum miqdori (masalan, temirni himoya qilish uchun sink yoki magniy) ehtimoliy korroziya nuqtasiga joylashtirilsa, unda oksidlanish reaktsiyasi sodir bo'ladi. Ushbu qo'shimcha o'rtasida yaxshi elektr aloqasi ta'minlanishi kerak himoya anod(qurbonlik anod) va himoyalangan metall. Quvurlar nima uchun galvanizlanganligini taxmin qildingizmi? Tom yopish uchun temir plitalar haqida nima deyish mumkin? Tabiiyki, himoya anod butunlay eriganida, hamma narsa odatdagidek ketadi.

ostida passiv himoya galvanik kontaktlarning zanglashiga olib kelishini oldini olish uchun himoyalangan namunani dielektrik bilan qoplashni tushunish. Misol uchun, siz metall konstruktsiyani bo'yashingiz mumkin yog'li bo'yoq va hokazo.

Jadval. Ayrim moddalarning standart elektrod potentsiallari:

Elektrokimyoviy tizimlar

umumiy xususiyatlar

Elektrokimyo - potentsial farqlarning paydo bo'lishi va kimyoviy energiyaning elektr energiyasiga aylanishi (galvanik elementlar), shuningdek, elektr energiyasining sarflanishi (elektroliz) tufayli kimyoviy reaktsiyalarni amalga oshirish jarayonlarini o'rganadigan kimyo bo'limi. Umumiy xususiyatga ega bo'lgan bu ikki jarayon zamonaviy texnologiyada keng qo'llaniladi.

Galvanik xujayralar mashinalar, radio qurilmalar va boshqaruv qurilmalari uchun avtonom va kichik o'lchamli energiya manbalari sifatida ishlatiladi. Elektroliz yordamida turli moddalar olinadi, yuzalar ishlov beriladi va kerakli shakldagi mahsulotlar yaratiladi.

Elektrokimyoviy jarayonlar har doim ham odamlarga foyda keltirmaydi va ba'zida katta zarar etkazadi, bu esa korroziyaning kuchayishiga va metall konstruksiyalarning buzilishiga olib keladi. Elektrokimyoviy jarayonlardan mohirona foydalanish va nomaqbul hodisalarga qarshi kurashish uchun ularni o'rganish va tartibga solish imkoniyatiga ega bo'lish kerak.

Elektrokimyoviy hodisalarning sababi elektronlarning uzatilishi yoki elektrokimyoviy jarayonlarda ishtirok etuvchi moddalar atomlarining oksidlanish darajasining o'zgarishi, ya'ni geterogen tizimlarda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari. Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida elektronlar to'g'ridan-to'g'ri qaytaruvchidan oksidlovchiga o'tadi. Agar oksidlanish va qaytarilish jarayonlari fazoviy ravishda ajratilsa va elektronlar metall o'tkazgich bo'ylab yo'naltirilsa, unda bunday tizim galvanik elementni ifodalaydi. Galvanik elementda elektr tokining paydo bo'lishi va oqimining sababi potentsial farqdir.

Elektrod potentsiali. Elektrod potentsiallarini o'lchash

Agar siz biron-bir metall plitasini olib, uni suvga tushirsangiz, u holda qutbli suv molekulalari ta'siri ostida sirt qatlamining ionlari chiqib, suyuqlikka gidratlanadi. Ushbu o'tish natijasida suyuqlik musbat, metall esa manfiy zaryadlanadi, chunki unda ortiqcha elektronlar paydo bo'ladi. Suyuqlikda metall ionlarining to'planishi metallning erishini inhibe qila boshlaydi. Mobil muvozanat o'rnatiladi

Me 0 + mH 2 O = Me n + × m H 2 O + ne -

Muvozanat holati metallning faolligiga ham, eritmadagi ionlarining konsentratsiyasiga ham bog'liq. Vodorodgacha bo'lgan kuchlanish seriyasida faol metallar bo'lsa, qutbli suv molekulalari bilan o'zaro ta'sir sirtdan musbat metall ionlarining ajralishi va gidratlangan ionlarning eritmaga o'tishi bilan tugaydi (b-rasm). Metall manfiy zaryadlanadi. Jarayon oksidlanishdir. Sirt yaqinidagi ionlarning kontsentratsiyasi ortishi bilan teskari jarayon - ionlarning kamayishi mumkin bo'ladi. Eritmadagi kationlar va sirtdagi ortiqcha elektronlar orasidagi elektrostatik tortishish elektr qo'sh qavatni hosil qiladi. Bu metall va suyuqlik orasidagi interfeysda ma'lum bir potentsial farqning yoki potentsial sakrashning paydo bo'lishiga olib keladi. Metall va uning atrofidagi suvli muhit o'rtasida yuzaga keladigan potentsial farq deyiladi elektrod potentsiali. Metall shu metallning tuzi eritmasiga botirilganda, muvozanat siljiydi. Eritmada berilgan metall ionlarining konsentratsiyasini oshirish ionlarning eritmadan metallga o'tish jarayonini osonlashtiradi. Ionlari eritmaga o'tish qobiliyatiga ega bo'lgan metallar bunday eritmada musbat zaryadlangan bo'ladi, lekin toza suvga qaraganda kamroq.

Faol bo'lmagan metallar uchun eritmadagi metall ionlarining muvozanat konsentratsiyasi juda kichik. Agar shunday metall shu metalning tuzi eritmasiga botirilsa, u holda musbat zaryadlangan ionlar metallda ionlarning metalldan eritmaga o`tishiga nisbatan tezroq tezlikda ajralib chiqadi. Metall sirt musbat zaryad oladi, eritma esa ortiqcha tuz anionlari tufayli manfiy zaryad oladi. Va bu holda, metall eritma interfeysida elektr qo'sh qavat paydo bo'ladi, shuning uchun ma'lum bir potentsial farq (v-rasm). Ko'rib chiqilayotgan holatda elektrod potentsiali ijobiydir.

Guruch. Ionning metalldan eritmaga o'tish jarayoni:

a - muvozanat; b - eritish; c - yotqizish

Har bir elektrodning potentsiali metallning tabiatiga, eritmadagi ionlarining konsentratsiyasiga va haroratga bog'liq. Agar metall o'z tuzining 1 dm 3 ga bir mol metall ioni bo'lgan eritmasiga botirilsa (uning faolligi 1 ga teng), u holda elektrod potensiali 25 o C haroratda va 1 bosimda doimiy qiymat bo'ladi. atm. Bu potentsial deyiladi standart elektrod potentsiali (E o).

Ijobiy zaryadga ega bo'lgan metall ionlari eritma ichiga kirib, metall eritma interfeysining potentsial maydonida harakatlanib, energiya sarflaydi. Bu energiya sirtdagi ionlarning yuqori konsentratsiyasidan eritmadagi pastroqqa izotermik kengayish ishi bilan qoplanadi. Ijobiy ionlar konsentratsiyaga qadar sirt qatlamida to'planadi Bilan O, va keyin eritmaga o'ting, bu erda erkin ionlar kontsentratsiyasi Bilan. Ish elektr maydoni EnF RTln(s o /s) kengayishning izotermik ishiga teng. Ishning ikkala ifodasini tenglashtirib, biz potentsialning kattaligini olishimiz mumkin

En F = RTln(s o /s), -E = RTln(s/s o)/nF,

bu erda E - metall potensiali, V; R – universal gaz doimiysi, J/mol K; T – harorat, K; n – ion zaryadi; F - Faraday raqami; s – erkin ionlarning konsentratsiyasi;

s o – sirt qatlamidagi ionlar konsentratsiyasi.

Potensial qiymatni to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin emas, chunki potentsialning qiymatini eksperimental ravishda aniqlash mumkin emas. Elektrod potentsiallarining qiymatlari boshqa elektrodning qiymatiga nisbatan empirik tarzda aniqlanadi, uning potentsiali shartli ravishda nolga teng deb hisoblanadi. Bunday standart yoki mos yozuvlar elektrod hisoblanadi oddiy vodorod elektrodi (n.v.e.) . Vodorod elektrodining tuzilishi rasmda ko'rsatilgan. U elektrolitik yotqizilgan platina bilan qoplangan platina plastinkasidan iborat. Elektrod sulfat kislotaning 1M eritmasiga botiriladi (vodorod ionlarining faolligi 1 mol/dm3) va 101 kPa va T = 298 K bosim ostida vodorod gazi oqimi bilan yuviladi. Platina vodorod bilan to'yingan bo'lsa. , metall yuzasida muvozanat o'rnatiladi, umumiy jarayon tenglama bilan ifodalanadi

2N + +2e ↔ N 2 .

Agar shu metall tuzining 1M eritmasiga botirilgan metall plastinka tashqi o tkazgich orqali standart vodorod elektrodiga, eritmalar esa elektrolitik kalit orqali ulangan bo lsa, u holda galvanik elementni olamiz (32-rasm). Ushbu galvanik elementning elektromotor kuchi miqdor bo'ladi Berilgan metallning standart elektrod potentsiali (E O ).

Standart elektrod potentsialini o'lchash sxemasi

vodorod elektrodiga nisbatan

Sinkni 1 M sink sulfat eritmasiga elektrod sifatida olib, uni vodorod elektrodi bilan bog'lab, biz galvanik elementni olamiz, uning sxemasi quyidagicha yoziladi:

(-) Zn/Zn 2+ // 2H + /H 2, Pt (+).

Diagrammada bitta chiziq elektrod va eritma orasidagi interfeysni, ikkita chiziq eritmalar orasidagi interfeysni ko'rsatadi. Anod chapda, katod o'ngda yozilgan. Bunday elementda Zn o + 2H + = Zn 2+ + H 2 reaktsiyasi sodir bo'ladi va elektronlar ruxdan vodorod elektrodiga tashqi kontur orqali o'tadi. Sink elektrod uchun standart elektrod potensiali (-0,76 V).

Standart vodorod elektrodi bilan birgalikda belgilangan sharoitlarda mis plastinkani elektrod sifatida olib, biz galvanik hujayrani olamiz.

(-) Pt, H 2 /2H + //Cu 2+ /Cu (+).

Bunday holda reaksiya sodir bo'ladi: Cu 2+ + H 2 = Cu o + 2H +. Elektronlar tashqi kontur orqali vodorod elektrodidan mis elektrodga o'tadi. Mis elektrodning standart elektrod salohiyati (+0,34 V).

Bir qator standart elektrod potentsiallari (kuchlanishlar). Nernst tenglamasi

Metalllarni standart elektrod potentsiallarining ortib borish tartibida joylashtirish orqali Nikolay Nikolaevich Beketovning (1827-1911) bir qator kuchlanishlari yoki bir qator standart elektrod potensiallari olinadi. Bir qator texnik jihatdan muhim metallar uchun standart elektrod potentsiallarining raqamli qiymatlari jadvalda keltirilgan.

Metall kuchlanish diapazoni

Bir qator stresslar metallarning ba'zi xususiyatlarini tavsiflaydi:

1. Metallning elektrod potentsiali qancha past bo'lsa, uning kimyoviy faolligi shunchalik yuqori bo'lsa, oksidlanishi shunchalik oson va ionlaridan tiklanishi qiyinroq bo'ladi. Tabiatda faol metallar faqat Na, K, ... birikmalar shaklida mavjud bo'lib, tabiatda ham birikmalar shaklida, ham Cu, Ag, Hg erkin holatda bo'ladi; Au, Pt - faqat erkin holatda;

2. Elektrod potentsiali magniyga qaraganda manfiyroq bo'lgan metallar vodorodni suvdan siqib chiqaradi;

3. Vodorodgacha kuchlanish qatoriga kiruvchi metallar suyultirilgan kislotalar eritmalaridan vodorodni siqib chiqaradi (ularning anionlari oksidlovchi xususiyatga ega emas);

4. Suvni parchalamaydigan qatordagi har bir metall elektrod potentsiallarining musbat qiymatlariga ega bo'lgan metallarni tuzlari eritmalaridan siqib chiqaradi;

5. Metalllarning elektrod potentsiallari qiymatlari qanchalik ko'p farq qilsa, emf qiymati shunchalik katta bo'ladi. ulardan tuzilgan galvanik elementga ega bo'ladi.

Elektrod potensialining (E) metall tabiatiga, uning ionlarining eritma va haroratdagi faolligiga bog'liqligi Nernst tenglamasi bilan ifodalanadi.

E Me = E o Me + RTln(a Me n +)/nF,

bu yerda E o Me metallning standart elektrod potensiali, Men + esa eritmadagi metall ionlarining faolligi. 25 o C standart haroratda, suyultirilgan eritmalar uchun faollikni (a) konsentratsiya (c), tabiiy logarifmni o'nlik kasr bilan almashtirib, R, T va F qiymatlarini almashtiramiz.

E Me = E o Me + (0,059/n)logs.

Masalan, uning tuzi eritmasiga joylashtirilgan rux elektrod uchun gidratlangan ionlarning konsentratsiyasi Zn 2+ × mH 2 O. Keling, uni Zn 2+ deb qisqartiramiz

E Zn = E o Zn + (0,059/n) log[ Zn 2+ ].

Agar = 1 mol/dm 3 bo'lsa, E Zn = E o Zn.

Galvanik elementlar, ularning elektr harakatlantiruvchi kuchi

Tuzlarining eritmalariga botirilgan ikkita metall o'tkazgich bilan bog'lanib, galvanik elementni hosil qiladi. Birinchi galvanik elementni 1800 yilda Aleksandr Volt ixtiro qilgan. Hujayra sulfat kislota eritmasiga namlangan mato bilan ajratilgan mis va rux plitalaridan iborat edi. Ko'p sonli plitalar ketma-ket ulanganda, Volta elementi sezilarli elektromotor kuchga ega (emf).

Galvanik elementda elektr tokining paydo bo'lishi olingan metallarning elektrod potentsiallaridagi farq tufayli yuzaga keladi va elektrodlarda sodir bo'ladigan kimyoviy o'zgarishlar bilan birga keladi. Galvanik elementning ishlashini mis-rux elementi (J. Daniel - B. S. Yakobi) misolida ko'rib chiqamiz.

Mis-sinkli Daniel-Yakobi galvanik elementining diagrammasi

Rux sulfat eritmasiga (c = 1 mol/dm 3) botirilgan rux elektrodida rux oksidlanishi (ruxning erishi) Zn o - 2e = Zn 2+ sodir bo'ladi. Elektronlar tashqi zanjirga kiradi. Zn elektronlar manbai hisoblanadi. Elektronlarning manbai manfiy elektrod - anod hisoblanadi. Mis sulfat eritmasiga (c = 1 mol/dm 3) botirilgan mis elektrodda metall ionlari kamayadi. Mis atomlari Cu 2+ + 2e = Cu o elektrodga yotqiziladi. Mis elektrod musbat. Bu katod. Shu bilan birga, ba'zi SO 4 2- ionlari tuz ko'prigi orqali ZnSO 4 eritmasi bo'lgan idishga o'tadi. . Anod va katodda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini qo'shib, biz umumiy tenglamani olamiz.

yoki molekulyar shaklda

Bu metall eritma interfeysida sodir bo'ladigan keng tarqalgan redoks reaktsiyasi. Galvanik elementning elektr energiyasi kimyoviy reaksiya orqali olinadi. Ko'rib chiqilayotgan galvanik element qisqacha elektrokimyoviy sxema ko'rinishida yozilishi mumkin

(-) Zn/Zn 2+ //Cu 2+ /Cu (+).

Galvanik hujayraning ishlashi uchun zaruriy shart - bu potentsial farq, u deyiladi galvanik elementning elektromotor kuchi (EMF) . E.m.f. har qanday ishlaydigan galvanik element ijobiy qiymatga ega. EMFni hisoblash uchun. galvanik xujayrada kamroq musbat potentsialning qiymatini ko'proq ijobiy potentsialning qiymatidan ayirish kerak. Shunday qilib, e.m.f. mis-sink galvanik elementi standart sharoitlarda (t = 25 o C, c = 1 mol/dm 3, P = 1 atm) mis (katod) va rux (anod) ning standart elektrod potensiallari o'rtasidagi farqga teng, bu hisoblanadi

e.m.f. = E o C u 2+ / Cu - E o Zn 2+ / Zn = +0,34 V - (-0,76 V) = +1,10 V.

Rux bilan birlashganda Cu 2+ ioni kamayadi.

Ishlash uchun zarur bo'lgan elektrod potentsialidagi farq turli konsentratsiyali bir xil eritma va bir xil elektrodlar yordamida yaratilishi mumkin. Bunday galvanik hujayra deyiladi diqqat , va u eritmaning konsentratsiyasini tenglashtirish orqali ishlaydi. Bunga ikkita vodorod elektrodlaridan tashkil topgan hujayra misol bo'la oladi

Pt, H 2 / H 2 SO 4 (s`) // H 2 SO 4 (s``) / H 2, Pt,

bu yerda c` = `; c`` = ``.

Agar p = 101 kPa bo'lsa, s`< с``, то его э.д.с. при 25 о С определяется уравнением

E = 0,059lg(s``/s`).

s` = 1 mol-ion/dm 3 emf da. element ikkinchi probirkadagi vodorod ionlarining konsentratsiyasi bilan aniqlanadi, ya'ni E = 0,059lgs`` = -0,059 pH.

Vodorod ionlarining kontsentratsiyasini va natijada, emfni o'lchash orqali muhitning pH qiymatini aniqlash. mos keladigan galvanik element potentsiometriya deb ataladi.

Batareyalar

Batareyalar qayta ishlatiladigan va qaytariladigan ta'sirga ega galvanik hujayralar deyiladi. Ular zaryadlash paytida to'plangan kimyoviy energiyani elektr energiyasiga va elektr energiyasini kimyoviy energiyaga aylantirishga qodir. E.m.f.dan beri. batareyalar kichik; ish paytida ular odatda batareyalarga ulanadi.

Qo'rg'oshin kislotali batareya . Qo'rg'oshin kislotali akkumulyator ikkita teshilgan qo'rg'oshin plitalaridan iborat bo'lib, ulardan biri (salbiy) zaryadlangandan keyin to'ldiruvchi - shimgichli faol qo'rg'oshin, ikkinchisida (ijobiy) - qo'rg'oshin dioksidi mavjud. Ikkala plastinka 25 - 30% li sulfat kislota eritmasiga botiriladi (35-rasm). Batareya zanjiri

(-) Pb/ p -p H 2 SO 4 / PbO 2 / Pb(+) .

Zaryad qilishdan oldin, qo'rg'oshin elektrodlarining teshiklariga organik bog'lovchiga qo'shimcha ravishda qo'rg'oshin oksidi PbO ni o'z ichiga olgan pasta surtiladi. Qo'rg'oshin oksidining sulfat kislota bilan o'zaro ta'siri natijasida elektrod plitalarining teshiklarida qo'rg'oshin sulfat hosil bo'ladi.

PbO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O .

Batareyalar elektr tokini o'tkazish orqali zaryadlanadi

Bo'shatish jarayoni

Umuman olganda, batareyani zaryadlash va zaryadsizlantirishda sodir bo'ladigan jarayonlarni quyidagicha ifodalash mumkin:

Batareyani zaryad qilishda elektrolitlar (sulfat kislota) zichligi oshadi va zaryadsizlanganda u kamayadi. Elektrolitning zichligi batareyaning zaryadsizlanish darajasini aniqlaydi. E.m.f. qo'rg'oshin batareyasi 2,1 V.

Afzalliklar qo'rg'oshin kislotali akkumulyator - yuqori elektr quvvati, barqaror ishlash, katta miqdorda davrlar (zaryad-zaryad). Kamchiliklar- katta massa va shuning uchun past o'ziga xos sig'im, zaryadlash paytida vodorodning chiqishi, sulfat kislotaning konsentrlangan eritmasi mavjudligida sızdırmazlık. Bu borada gidroksidi batareyalar yaxshiroqdir.

Ishqoriy batareyalar. Bularga T.Edison kadmiy-nikel va temir-nikel batareyalari kiradi.

Edison batareyasi va qo'rg'oshin batareyasi davrlari

Ular bir-biriga o'xshash. Farqi salbiy elektrod plitalarining materialida yotadi. Birinchi holda ular kadmiy, ikkinchisida ular temirdir. Elektrolit KOH eritmasi ō = 20% . Nikel-kadmiy batareyalari eng katta amaliy ahamiyatga ega. Kadmiy-nikel batareyasi diagrammasi

(-) Cd / KOH eritmasi / Ni 2 O 3 / Ni (+).

Kadmiy-nikel batareyasining ishlashi Ni 3+ ishtirokidagi oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasiga asoslangan

E.m.f. zaryadlangan nikel-kadmiy batareyasining quvvati 1,4 V.

Jadvalda Edison batareyasi va qo'rg'oshin batareyasining xususiyatlari ko'rsatilgan.