Pirmoji elektrocheminėje įtampų serijoje yra. Šiuolaikinių medžiagų pasaulis yra elektrocheminė metalo įtampų serija. I. Scenos iššūkis
Kokią informaciją galima gauti iš tam tikrų įtampų?
Nemažai metalų įtempių plačiai naudojami neorganinėje chemijoje. Visų pirma, daugelio reakcijų rezultatai ir net jų įgyvendinimo galimybė priklauso nuo tam tikro metalo padėties NER. Pakalbėkime apie šią problemą išsamiau.
Metalų sąveika su rūgštimis
Metalai, esantys įtampų serijoje į kairę nuo vandenilio, reaguoja su rūgštimis – neoksiduojančiomis medžiagomis. Metalai, esantys NER dešinėje nuo H, sąveikauja tik su rūgštimis - oksiduojančiomis medžiagomis (ypač su HNO 3 ir koncentruotu H 2 SO 4).
1 pavyzdys... Cinkas yra NER į kairę nuo vandenilio, todėl gali reaguoti su beveik visomis rūgštimis:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
2 pavyzdys... Varis yra ERN į dešinę nuo N; šis metalas nereaguoja su „įprastomis“ rūgštimis (HCl, H 3 PO 4, HBr, organinėmis rūgštimis), bet sąveikauja su oksiduojančiomis rūgštimis (azoto, koncentruota siera):
Cu + 4HNO 3 (konc.) = Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Cu + 2H 2 SO 4 (konc.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Atkreipiu jūsų dėmesį į svarbų dalyką: kai metalai sąveikauja su oksiduojančiomis rūgštimis, išsiskiria ne vandenilis, o kai kurie kiti junginiai. Daugiau apie tai galite paskaityti!
Metalų sąveika su vandeniu
Metalai, esantys įtampų eilėje į kairę nuo Mg, lengvai reaguoja su vandeniu jau kambario temperatūroje, išsiskiriant vandeniliui ir susidaro šarmo tirpalas.
3 pavyzdys... Natris, kalis, kalcis lengvai ištirpsta vandenyje ir susidaro šarminis tirpalas:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
2K + 2H2O = 2KOH + H2
Ca + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2
Metalai, esantys įtampų diapazone nuo vandenilio iki magnio (imtinai), kai kuriais atvejais sąveikauja su vandeniu, tačiau reakcijoms reikia specifinių sąlygų. Pavyzdžiui, aliuminis ir magnis pradeda sąveikauti su H 2 O tik nuo metalo paviršiaus pašalinus oksido plėvelę. Geležis nereaguoja su vandeniu kambario temperatūroje, bet reaguoja su vandens garais. Kobaltas, nikelis, alavas, švinas praktiškai nesąveikauja su H 2 O ne tik kambario temperatūroje, bet ir kaitinant.
Dešinėje NER pusėje esantys metalai (sidabras, auksas, platina) su vandeniu nereaguoja jokiomis sąlygomis.
Metalų sąveika su vandeniniais druskų tirpalais
Kalbėsime apie tokio tipo reakcijas:
metalas (*) + metalo druska (**) = metalas (**) + metalo druska (*)
Noriu pabrėžti, kad žvaigždutės šiuo atveju žymi ne oksidacijos būseną, ne metalo valentingumą, o tiesiog leidžia atskirti metalą Nr.1 ir metalą Nr.2.
Norint atlikti tokią reakciją, vienu metu turi būti įvykdytos trys sąlygos:
- procese dalyvaujančios druskos turi ištirpti vandenyje (tai nesunku patikrinti naudojant tirpumo lentelę);
- metalas (*) turi būti įtampų serijoje į kairę nuo metalo (**);
- metalas (*) neturėtų reaguoti su vandeniu (tai taip pat lengvai patikrina EER).
4 pavyzdys... Panagrinėkime keletą reakcijų:
Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu
K + Ni (NO 3) 2 ≠
Pirmąją reakciją lengva atlikti, tenkinamos visos aukščiau nurodytos sąlygos: vario sulfatas tirpsta vandenyje, cinkas yra NER į kairę nuo vario, Zn nereaguoja su vandeniu.
Antroji reakcija neįmanoma, nes neįvykdyta pirmoji sąlyga (vario (II) sulfidas praktiškai netirpsta vandenyje). Trečioji reakcija neįmanoma, nes švinas yra mažiau aktyvus metalas nei geležis (įsikūręs NER dešinėje). Galiausiai, ketvirtasis procesas NESUves nikelio nusodinimo, nes kalis reaguoja su vandeniu; susidaręs kalio hidroksidas gali reaguoti su druskos tirpalu, bet tai visiškai kitoks procesas.
Terminis nitratų skilimas
Leiskite jums priminti, kad nitratai yra azoto rūgšties druskos. Kaitinant visi nitratai suyra, tačiau skilimo produktų sudėtis gali skirtis. Sudėtį lemia metalo padėtis įtempių serijoje.
Metalų nitratai, esantys NER kairėje nuo magnio, kaitinant sudaro atitinkamą nitritą ir deguonį:
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2
Metalo nitratų, esančių įtampų diapazone nuo Mg iki Cu, terminio skaidymo metu susidaro metalo oksidas, NO 2 ir deguonis:
2Cu (NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
Galiausiai, skaidant mažiausiai aktyvių metalų (esančių NER į dešinę nuo vario) nitratus, susidaro metalas, azoto dioksidas ir deguonis.
Metalai cheminėse reakcijose visada yra reduktorius. Metalo redukcinis aktyvumas atspindi jo padėtį elektrocheminėje įtampų serijoje.
Remiantis serija, galima padaryti tokias išvadas:
1. Kuo daugiau kairėje yra metalas šioje eilėje, tuo stipresnis jis yra reduktorius.
2. Kiekvienas metalas gali išstumti iš tirpale esančių druskų tuos metalus, kurie yra dešinėje
2Fe + 3CuSO 4 → 3Cu + Fe 2 (SO 4) 3
3. Metalai, esantys įtampų serijoje į kairę nuo vandenilio, gali jį išstumti iš rūgščių.
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H2
4. Metalai, kurie yra stipriausios reduktorius (šarminės ir šarminės žemės) bet kuriame vandeniniame tirpale, pirmiausia reaguoja su vandeniu.
Metalo atkuriamoji geba, nustatyta elektrocheminėmis serijomis, ne visada atitinka jo vietą periodinėje lentelėje, nes įtampai eilėje atsižvelgiama ne tik į atomo spindulį, bet ir į elektrono energiją. atsiskyrimas.
Aldehidai, jų struktūra ir savybės. Skruzdžių ir acto aldehidų gavimas, naudojimas.
Aldehidai yra organiniai junginiai, kurių molekulėje yra karbonilo grupė, sujungta su vandeniliu ir angliavandenilio radikalu.
Metanalis (skruzdžių aldehidas)
Fizinės savybės
Metanalis – dujinė medžiaga, vandeninis tirpalas – formalinas
Cheminės savybės
Aldehidų reagentas yra Cu (OH) 2
Taikymas
Plačiausiai naudojami metanalis ir etanalis. Fenolio-formaldehido dervos gamybai naudojamas didelis metanalio kiekis, kuris gaunamas metanaliui reaguojant su fenoliu. Ši derva yra būtina įvairių plastikų gamybai. Plastikai gaminami iš fenolio-formaldehido dervos kartu su įvairiais užpildais, vadinamais fenoliniais plastikais. Fenol-formaldehido dervą ištirpinus acetone arba alkoholyje, gaunami įvairūs lakai. Kai metanalis sąveikauja su karbamidu CO (NH 2) 2, gaunama karbido derva ir iš jos aminoplastai. Iš šių plastikų elektrotechnikos reikmėms gaminamos mikroporingos medžiagos, metanalis taip pat naudojamas tam tikrų vaistinių medžiagų ir dažų gamybai. Plačiai naudojamas vandeninis tirpalas, kuriame yra 40% metanalio masės. Jis vadinamas formalinu. Jo naudojimas pagrįstas baltymų lankstymo savybe.
Priėmimas
Aldehidai gaunami oksiduojant alkanus ir alkoholius. Etanolis gaunamas hidratuojant etaną ir oksiduojant eteną.
Bilieto numeris 12
Trečiojo laikotarpio cheminių elementų aukštesni oksidai. Jų savybių matavimo dėsningumai, susiję su cheminių elementų padėtimi periodinėje lentelėje. Tipinės cheminės oksidų savybės: bazinės, amfoterinės, rūgštinės.
Oksidai Tai sudėtingos medžiagos, susidedančios iš dviejų cheminių elementų, iš kurių vienas yra deguonis, kurio oksidacijos būsena "-2"
Trečiojo laikotarpio oksidai apima:
Na 2 O, MgO, Al 2 O 3, SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7.
Didėjant elementų oksidacijos būsenai, didėja oksidų rūgštinės savybės.
Na 2 O, MgO – baziniai oksidai
Al 2 O 3 – amfoterinis oksidas
SiO 2, P 2 O 5, SO 3, Cl 2 O 7 yra rūgštiniai oksidai.
Baziniai oksidai reaguoja su rūgštimis, sudarydami druską ir vandenį.
MgO + 2CH 3 COOH → (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O
Šarminiai ir šarminių žemių metalų oksidai reaguoja su vandeniu, sudarydami šarmą.
Na 2 O + HOH → 2NaOH
Baziniai oksidai reaguoja su rūgštiniais oksidais ir sudaro druską.
Na 2 O + SO 2 → Na 2 SO 3
Rūgštiniai oksidai reaguoja su šarmais, sudarydami druską ir vandenį
2NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O
Reaguoja su vandeniu sudarydama rūgštį
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4
Amfoteriniai oksidai reaguoja su rūgštimis ir šarmais
Al 2 O 3 + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 O
Su šarmu
Al 2 O 3 + 2 NaOH → 2 NaAlO 2 + H 2 O
Riebalai, jų savybės ir sudėtis. Riebalai gamtoje, riebalų konversija organizme. Riebalų techninio apdorojimo produktai, sintetinių ploviklių samprata. Gamtos apsauga nuo SMS taršos.
Riebalai Yra glicerolio ir karboksirūgšties esteriai.
Bendra riebalų formulė:
Kietuosius riebalus daugiausia sudaro aukštesnės sočiųjų karboksirūgštys – stearino C 17 H 35 COOH, palmitino C 15 H 31 COOH ir kai kurios kitos. Skystieji riebalai daugiausia susidaro iš didžiausių nesočiųjų karboksirūgščių – oleino C17H33COOH, vienišas C17H31COOH
Riebalai kartu su angliavandeniliais ir baltymais yra gyvūnų ir augalų organizmų dalis. Jie yra svarbi žmonių ir gyvūnų maisto dalis. Oksiduojant riebalus, organizme išsiskiria energija. Kai riebalai patenka į virškinimo organus, tada, veikiami fermentų, jie hidrolizuojasi į gliceriną ir atitinkamas rūgštis.
Hidrolizės produktus pasisavina žarnyno gaureliai, tada sintetinami riebalai, bet jau būdingi organizmui. Riebalai kraujo srove pernešami į kitus kūno organus ir audinius, kur kaupiasi arba vėl hidrolizuojasi ir palaipsniui oksiduojasi iki anglies monoksido (IV) ir vandens.
Fizinės savybės.
Gyvūniniai riebalai dažniausiai yra kieti, tačiau yra ir skystų (žuvų taukų). Augaliniai riebalai dažniausiai yra skystos medžiagos – aliejai; dar žinomi kietieji augaliniai riebalai – kokosų aliejus.
Cheminės savybės.
Riebalai gyvūnų organizmuose hidrolizuojami dalyvaujant fermentams. Be reakcijų su vandeniu, riebalai sąveikauja su šarmais.
Augaliniuose aliejuose yra nesočiųjų karboksirūgščių esterių, todėl juos galima hidrinti. Jie virsta galutiniais junginiais
Pavyzdys: Margarinas pramonėje gaminamas iš augalinio aliejaus.
Taikymas.
Riebalai dažniausiai naudojami kaip maisto produktas. Riebalai anksčiau buvo naudojami muilui gaminti
Sintetiniai plovikliai.
Sintetiniai plovikliai kenkia aplinkai. jie yra atsparūs ir sunkiai suardomi.
Grosse E., Weismantel H.
Chemija smalsiems. Chemijos pagrindai ir smagios patirtys.
3 skyrius (tęsinys)MAŽAS METALŲ ELEKTROCHEMIJOS KURSAS
Jau susipažinome su šarminių metalų chloridų tirpalų elektrolize ir metalų gamyba naudojant lydalus. Dabar pabandysime ištirti kai kuriuos vandeninių tirpalų, galvaninių elementų elektrochemiją reglamentuojančius dėsnius, taip pat susipažinti su apsauginių galvaninių dangų gamyba, atlikdami kelis paprastus eksperimentus.Šiuolaikinėje analitinėje chemijoje elektrocheminiai metodai naudojami svarbiausioms teorinės chemijos reikšmėms nustatyti.
Galiausiai, metalinių objektų korozija, daranti didelę žalą šalies ekonomikai, dažniausiai yra elektrocheminis procesas.
METALO ĮTAMPOS DIAPAZONAS
Pagrindinė grandis, padedanti suprasti elektrocheminius procesus, yra įtampų serija metaluose. Metalai gali būti išdėstyti iš eilės, kuri prasideda chemiškai aktyviais ir baigiasi mažiausiai aktyviais tauriaisiais metalais: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.
Taip, remiantis naujausiomis koncepcijomis, atrodo eilė svarbiausių metalų ir vandenilio įtempimų. Jei galvaninio elemento elektrodai yra pagaminti iš bet kurių dviejų metalų iš eilės, tada prieš eilę esančioje medžiagoje atsiras neigiama įtampa.
Įtampos vertė ( elektrocheminis potencialas) priklauso nuo elemento padėties įtampos serijoje ir nuo elektrolito savybių.
Įtampos serijos esmę nustatykime iš kelių paprastų eksperimentų, kuriems reikia srovės šaltinio ir elektrinių matavimo priemonių. 100 ml vandens ištirpinkite apie 10 g kristalinio vario sulfato ir į tirpalą įmerkite plieninę adatą arba geležies skardos gabalėlį. (Rekomenduojame lygintuvą pirmiausia nuvalyti smulkia švitrinio audinio šluoste, kol ji blizgės.) Po trumpo laiko lygintuvas pasidengs rausvu nusodinto vario sluoksniu. Aktyvesnė geležis išstumia varį iš tirpalo, o geležis ištirpsta jonų pavidalu, o varis išsiskiria metalo pavidalu. Procesas tęsiasi tol, kol tirpalas liečiasi su geležimi. Kai varis padengs visą lygintuvo paviršių, jis praktiškai sustos. Tokiu atveju susidaro gana porėtas vario sluoksnis, todėl apsauginių dangų negalima gauti nenaudojant srovės.
Tolesniuose eksperimentuose panardinkime mažas cinko ir švino alavo juosteles į vario sulfato tirpalą. Po 15 minučių juos išimkite, nuplaukite ir apžiūrėkite mikroskopu. Išskirsime gražius ledą primenančius raštus, kurie atspindėtoje šviesoje yra raudoni ir sudaryti iš išsiskyrusio vario. Čia taip pat aktyvesni metalai pavertė varį iš joninės į metalinę būseną.
Savo ruožtu varis gali išstumti metalus, kurie yra žemesnės įtampos serijoje, tai yra, mažiau aktyvūs. Kelis lašus sidabro nitrato tirpalo užlašinkite ploną vario lakšto juostelę arba išlygintą varinę vielą (prieš tai nušveisdami paviršių iki blizgesio). Plika akimi bus galima pastebėti susidariusias juodas apnašas, kurios po mikroskopu atspindėtoje šviesoje atrodo kaip plonytės spygliukai ir augalų raštai (vadinamieji dendritai).
Norint izoliuoti cinką be srovės, būtina naudoti aktyvesnį metalą. Išskyrus metalus, kurie stipriai sąveikauja su vandeniu, magnio randame įtampų, viršijančių cinką, serijoje. Užlašinkite kelis lašus cinko sulfato tirpalo ant magnio juostos gabalo arba ant plonos elektrono drožlės. Cinko sulfato tirpalą gauname ištirpindami gabalėlį cinko praskiestoje sieros rūgštyje. Kartu su cinko sulfatu įlašinkite kelis lašus denatūruoto alkoholio. Ant magnio po trumpo laiko pastebime, ypač mikroskopu, plonų kristalų pavidalo nusodintą cinką.
Apskritai, bet kuris įtampos serijos elementas gali būti išstumtas iš tirpalo, kur jis yra jono pavidalu, ir paverstas metaline būsena. Tačiau kai išbandome įvairiausius derinius, galime nusivilti. Atrodytų, kad aliuminio juostelę panardinus į vario, geležies, švino ir cinko druskų tirpalus, ant jos turėtų išsiskirti šie metalai. Tačiau taip neatsitinka. Gedimo priežastis slypi ne paklaidoje įtempių serijoje, o ypatingu reakcijos slopinimu, kuris šiuo atveju atsiranda dėl plonos oksido plėvelės ant aliuminio paviršiaus. Tokiuose sprendimuose aliuminis vadinamas pasyviu.
PAŽIŪRĖKIME UŽ KLASĖS
Norėdami suformuluoti vykstančių procesų dėsningumus, galime apsiriboti tik katijonų svarstymu, o anijonus neįtraukti, nes jie patys nedalyvauja reakcijoje. (Tiesa, anijonų tipas turi įtakos nusėdimo greičiui.) Jei dėl paprastumo darysime prielaidą, kad ir nusodinti, ir ištirpę metalai suteikia dvigubo krūvio katijonus, galime rašyti:Aš 1 + Aš 2 2+ = Aš 1 2+ + Aš 2
Be to, pirmajam eksperimentui Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
Taigi, procesas susideda iš abiejų metalų atomų ir jonų keitimosi krūviais (elektronais). Jei atskirai (kaip tarpines reakcijas) nagrinėsime geležies tirpimą arba vario nusodinimą, gausime:
Fe = Fe 2+ + 2 e --
Cu 2+ + 2 e- = Сu
Dabar panagrinėkime atvejį, kai metalas panardinamas į vandenį arba druskos tirpalą, kurio katijonu neįmanoma keistis dėl jo padėties įtampų serijoje. Nepaisant to, metalas linkęs tirpti jonų pavidalu. Šiuo atveju metalo atomas atiduoda du elektronus (jei metalas dvivalentis), į tirpalą panardinto metalo paviršius įkraunamas neigiamai tirpalo atžvilgiu, o sąsajoje susidaro dvigubas elektrinis sluoksnis. Šis potencialų skirtumas neleidžia tolesniam metalo tirpimui, todėl procesas greitai sustabdomas.
Jei į tirpalą panardinami du skirtingi metalai, jie abu yra įkrauti, tačiau mažiau aktyvus yra šiek tiek silpnesnis dėl to, kad jo atomai yra mažiau linkę atsiskirti elektronams.
Sujungkime abu metalus laidininku. Dėl potencialų skirtumo elektronų srautas tekės iš aktyvesnio metalo į mažiau aktyvųjį, kuris sudaro teigiamą elemento polių. Yra procesas, kurio metu aktyvesnis metalas patenka į tirpalą, o katijonai išsiskiria iš tirpalo ant tauresnio metalo. Dabar keliais eksperimentais iliustruosime anksčiau pateiktą šiek tiek abstrakčią samprotavimą (kuris, be to, yra didelis supaprastinimas).
Pirmiausia į 250 ml stiklinę iki vidurio pripilkite 10% sieros rūgšties tirpalo ir įmerkite ne per mažus cinko ir vario gabalėlius. Prie abiejų elektrodų lituojame arba kniedžiame varinę vielą, kurios galai neturėtų liesti tirpalo.
Kol vielos galai nėra sujungti vienas su kitu, mes stebėsime cinko tirpimą, kurį lydi vandenilio išsiskyrimas. Cinkas, kaip matyti iš įtampos serijos, yra aktyvesnis už vandenilį, todėl metalas gali išstumti vandenilį iš jo joninės būsenos. Ant abiejų metalų susidaro dvigubas elektrinis sluoksnis. Potencialų skirtumą tarp elektrodų lengviausia nustatyti voltmetru. Iš karto po prietaiso prijungimo prie grandinės rodyklė parodys apie 1 V, bet tada įtampa greitai nukris. Jei prie elemento prijungsite nedidelę lemputę, kuri sunaudoja 1 V įtampą, tada ji užsidegs - iš pradžių gana stipriai, o tada švytėjimas taps silpnas.
Pagal prietaiso gnybtų poliškumą galima daryti išvadą, kad varinis elektrodas yra teigiamas polius. Tai galima įrodyti be prietaiso, įvertinus proceso elektrochemiją. Nedidelėje stiklinėje arba mėgintuvėlyje paruoškite prisotintą natrio chlorido tirpalą, įpilkite apie 0,5 ml fenolftaleino indikatoriaus alkoholinio tirpalo ir panardinkite į tirpalą abu viela uždarytus elektrodus. Netoli neigiamo poliaus bus pastebėta šiek tiek rausva spalva, kurią sukelia natrio hidroksido susidarymas prie katodo.
Atliekant kitus eksperimentus, į kamerą galima įdėti įvairių metalų garų ir nustatyti susidariusią įtampą. Pavyzdžiui, magnis ir sidabras suteiks ypač didelį potencialų skirtumą dėl didelio atstumo tarp jų tam tikroje įtampoje, o cinkas ir geležis, atvirkščiai, yra labai maži, mažesni nei dešimtoji volto. Naudojant aliuminį, srovės dėl pasyvavimo praktiškai negausime.
Visi šie elementai arba, kaip sako elektrochemikai, grandinės, turi tą trūkumą, kad paėmus srovę labai greitai ant jų nukrenta įtampa. Todėl elektrochemikai visada išmatuoja tikrąją įtampos vertę išjungtoje būsenoje naudodami įtampos kompensavimo metodą, tai yra, lygindami ją su kito srovės šaltinio įtampa.
Išsamiau apsvarstykime procesus vario-cinko elemente. Katode cinkas patenka į tirpalą pagal šią lygtį:
Zn = Zn 2+ + 2 e --
Vario anode išleidžiami sieros rūgšties vandenilio jonai. Jie pritvirtina elektronus, ateinančius išilgai vielos iš cinko katodo, ir dėl to susidaro vandenilio burbuliukai:
2H + + 2 e- = H2
Po trumpo laiko varis pasidengs ploniausiu vandenilio burbuliukų sluoksniu. Tokiu atveju varinis elektrodas pavirs vandeniliu, o potencialų skirtumas sumažės. Šis procesas vadinamas elektrodo poliarizacija. Vario elektrodo poliarizaciją galima pašalinti po įtampos kritimo į elementą įpylus šiek tiek kalio dichromato tirpalo. Po to įtampa vėl padidės, nes kalio dichromatas oksiduos vandenilį į vandenį. Kalio dichromatas šiuo atveju veikia kaip depoliarizatorius.
Praktikoje naudojamos galvaninės grandinės, kurių elektrodai nėra poliarizuoti, arba grandinės, kurių poliarizaciją galima pašalinti pridedant depoliarizatorių.
Kaip nepoliarizuojamo elemento pavyzdį apsvarstykite Danielio elementą, kuris praeityje dažnai buvo naudojamas kaip srovės šaltinis. Tai taip pat vario-cinko elementas, tačiau abu metalai panardinami į skirtingus tirpalus. Cinko elektrodas dedamas į akytas molio kiaurymes, pripildytas praskiestos (apie 20%) sieros rūgšties. Molio ląstelė yra pakabinta didelėje stiklinėje, kurioje yra koncentruotas vario sulfato tirpalas, o apačioje yra vario sulfato kristalų sluoksnis. Antrasis elektrodas šiame inde yra vario lakšto cilindras.
Šis elementas gali būti pagamintas iš stiklinio indelio, parduodamo molio elemento (kraštutiniu atveju naudojame gėlių vazoną, uždengiantį dugne esančią skylę) ir dviejų tinkamo dydžio elektrodų.
Ląstelės veikimo metu cinkas ištirpsta ir susidaro cinko sulfatas, o ant vario elektrodo išsiskiria vario jonai. Bet tuo pačiu metu varinis elektrodas nėra poliarizuotas ir elementas duoda apie 1 V įtampą. Tiesą sakant, teoriškai įtampa gnybtuose yra 1,10 V, bet kai nuimame srovę, matuojame šiek tiek mažesnę reikšmę. , dėl ląstelės elektrinės varžos.
Jei nepašaliname srovės iš elemento, reikia išimti cinko elektrodą iš sieros rūgšties tirpalo, nes kitaip jis ištirps ir susidarys vandenilis.
Paprastos ląstelės, kuriai nereikia akytos pertvaros, schema parodyta paveikslėlyje. Cinko elektrodas yra stiklinio indelio viršuje, o varinis elektrodas yra šalia apačios. Visa ląstelė užpildyta prisotintu natrio chlorido tirpalu. Į stiklainio dugną subersime saują vario sulfato kristalų. Gautas koncentruotas vario sulfato tirpalas labai lėtai maišysis su natrio chlorido tirpalu. Todėl ląstelei veikiant ant vario elektrodo išsiskirs varis, o cinkas sulfato arba chlorido pavidalu ištirps viršutinėje ląstelės dalyje.
Šiais laikais sausieji elementai naudojami beveik vien baterijoms, kurias patogiau naudoti. Jų protėvis yra Leclanche elementas. Kaip elektrodai naudojami cinko cilindras ir anglies strypas. Elektrolitas yra pasta, kurią daugiausia sudaro amonio chloridas. Cinkas ištirpsta pastoje, o ant anglies išsiskiria vandenilis. Siekiant išvengti poliarizacijos, anglies strypas panardinamas į lininį maišelį, kuriame yra anglies miltelių ir pirolizito mišinys. Anglies milteliai padidina elektrodo paviršių, o pirolizitas veikia kaip depoliarizatorius, lėtai oksiduojantis vandenilį.
Tiesa, piroliusito depoliarizuojantis gebėjimas yra silpnesnis nei anksčiau minėto kalio dichromato. Todėl, kai srovė gaunama sausuose elementuose, įtampa greitai krenta, jie " nuvargti"dėl poliarizacijos. Tik po kurio laiko įvyksta vandenilio oksidacija piroliusitu. Taigi elementai" Pailsėk"Jei kurį laiką nepraleidžiame srovės. Patikrinkime tai ant žibintuvėlio baterijos, prie kurios prijungiame lemputę. Lygiagrečiai lempai, tai yra tiesiai į gnybtus, prijungiame voltmetrą.
Iš pradžių įtampa bus apie 4,5 V. (Dažniausiai tokiuose akumuliatoriuose nuosekliai jungiami trys elementai, kurių kiekvieno teorinė įtampa yra 1,48 V.) Po kurio laiko įtampa kris, lemputės švytėjimas susilpninti. Pagal voltmetro rodmenis galėsime spręsti, kiek laiko turi ilsėtis baterija.
Ypatingą vietą užima regeneruojantys elementai, žinomi kaip akumuliatoriai... Juose vyksta grįžtamosios reakcijos, kurias galima įkrauti po elemento išsikrovimo prijungus prie išorinio nuolatinės srovės šaltinio.
Šiuo metu labiausiai paplitę švino rūgšties akumuliatoriai; juose praskiesta sieros rūgštis tarnauja kaip elektrolitas, į kurį panardintos dvi švino plokštelės. Teigiamas elektrodas padengtas švino dioksidu PbO 2, neigiamas – metaliniu švinu. Įtampa gnybtuose yra apytiksliai 2,1 V. Išsikrovus ant abiejų plokščių susidaro švino sulfatas, kuris įkraunant vėl virsta metaliniu švinu ir švino peroksidu.
CINKUOTOJŲ DANGŲ DANGINIMAS
Metalų nusodinimas iš vandeninių tirpalų naudojant elektros srovę yra atvirkštinis elektrolitinio tirpimo procesas, su kuriuo susidūrėme svarstydami galvaninius elementus. Pirmiausia tiriame vario nusėdimą, kuris naudojamas variniame kulonometre elektros kiekiui matuoti.Metalas nusėda veikiant srovei
Atitraukite dviejų plonų lakštinių varinių plokštelių galus ir pakabinkite jas priešingose stiklinės arba, geriau, mažo stiklinio akvariumo pusėse. Gnybtais pritvirtiname laidus prie plokščių.
Elektrolitas paruoškite pagal tokį receptą: 125 g kristalinio vario sulfato, 50 g koncentruotos sieros rūgšties ir 50 g alkoholio (denatūruoto alkoholio), likusi dalis – vanduo iki 1 litro. Norėdami tai padaryti, pirmiausia ištirpinkite vario sulfatą 500 ml vandens, tada atsargiai mažomis porcijomis įpilkite sieros rūgšties ( Šildymas! Skystis gali išsitaškyti!), tada užpilkite alkoholiu ir užpilkite vandens iki 1 litro.
Užpildykite kulonometrą paruoštu tirpalu ir prie grandinės prijunkite kintamos varžos, ampermetrą ir švino bateriją. Naudodamiesi varža, sureguliuosime srovę taip, kad jos tankis būtų 0,02-0,01 A / cm 2 elektrodo paviršiaus. Jei vario plokštės plotas yra 50 cm 2, tada srovės stipris turėtų būti 0,5–1 A.
Po kurio laiko prie katodo (neigiamas elektrodas) pradės nusodinti šviesiai raudonas metalinis varis, o prie anodo (teigiamas elektrodas) varis ištirps. Norėdami išvalyti varines plokštes, srovę leisime per kulonometrą maždaug pusvalandį. Tada išimame katodą, atsargiai nusausiname filtravimo popieriumi ir tiksliai pasveriame. Į kamerą įmontuojame elektrodą, uždarome grandinę reostatu ir palaikome pastovų srovės stiprumą, pavyzdžiui, 1 A. Po valandos atidarome grandinę ir vėl pasveriame išdžiūvusį katodą. Esant 1 A srovei per darbo valandą, jo masė padidės 1,18 g.
Todėl elektros kiekis, lygus 1 ampervalandei, praeinant per tirpalą, gali išleisti 1,18 g vario. Arba apskritai: išsiskyręs medžiagos kiekis yra tiesiogiai proporcingas per tirpalą praleidžiamam elektros kiekiui.
Norint išskirti 1 jono ekvivalentą, per tirpalą reikia praleisti elektros kiekį, lygų elektrodo krūvio e ir Avogadro skaičiaus sandaugai N A:
e * n A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Ši vertė nurodoma simboliu F ir pavadintas kiekybinių elektrolizės dėsnių atradėjo vardu Faradėjaus numeris(tiksli vertė F- 96 498 A * s * mol -1). Todėl iš tirpalo atskirti tam tikrą skaičių ekvivalentų n e per tirpalą elektros kiekis lygus F*n e A * s * mol -1. Kitaip tariant,
aš * t =F*n uh čia aš- dabartinė, t- srovės pratekėjimo per tirpalą laikas. Skyriuje " Titravimo pagrindai„Jau buvo įrodyta, kad medžiagų ekvivalentų skaičius n e yra lygi molių skaičiaus sandaugai su lygiaverčiu skaičiumi:
n e = n*Z Taigi:
aš*t = F*n*Z
Tokiu atveju Z- jonų įkrova (skirta Ag + Z= 1, Cu 2+ Z= 2, Al 3+ Z= 3 ir tt). Jei apgamų skaičių išreiškiame kaip masės ir molinės masės santykį ( n = m / M), tada gauname formulę, leidžiančią apskaičiuoti visus elektrolizės metu vykstančius procesus:
aš * t =F*m*Z/M
Naudodami šią formulę galite apskaičiuoti srovę:
aš = F * m * Z / (t * M)= 9,65 * 10 4 * 1,18 * 2 / (3600 * 63,54) A * s * g * mol / (s * mol * g) = 0,996 A
Jei įvesime santykį elektros darbams W paštu
W paštas = U * I * t ir W e / U = aš * t
Žinant įtampą U, galite apskaičiuoti:
W paštas = F*m*Z*U/M
Taip pat galite apskaičiuoti, per kiek laiko elektrolitiniu būdu išsiskiria tam tikras medžiagos kiekis arba kiek medžiagos išsiskiria per tam tikrą laiką. Eksperimento metu srovės tankis turi būti palaikomas nurodytose ribose. Jei jis yra mažesnis nei 0,01 A / cm 2, tada išskirs per mažai metalo, nes iš dalies susidarys vario (I) jonai. Jei srovės tankis yra per didelis, dangos sukibimas su elektrodu bus silpnas, o pašalinus elektrodą iš tirpalo, jis gali subyrėti.
Praktikoje galvanizuotos metalų dangos pirmiausia naudojamos apsaugai nuo korozijos ir veidrodinei apdailai gauti.
Be to, metalai, ypač varis ir švinas, yra išvalomi anodiniu tirpinimu ir vėlesniu atskyrimu prie katodo (elektrolitinis rafinavimas).
Norėdami padengti geležį variu arba nikeliu, pirmiausia turite kruopščiai nuvalyti daikto paviršių. Norėdami tai padaryti, nublizginkite jį nuvalyta kreida, o vėliau nuriebalinkite praskiestu natrio hidroksido tirpalu, vandeniu ir alkoholiu. Jei daiktas padengtas rūdimis, jis turi būti iš anksto išgraviruotas 10-15% sieros rūgšties tirpale.
Išvalytą gaminį pakabiname į elektrolitinę vonią (mažą akvariumą ar stiklinę), kur jis tarnaus kaip katodas.
Vario dengimo tirpale 1 litre vandens yra 250 g vario sulfato ir 80-100 g koncentruotos sieros rūgšties (Atsargiai!). Tokiu atveju kaip anodas bus vario plokštė. Anodo paviršius turi būti maždaug lygus dengiamo objekto paviršiui. Todėl visada turite užtikrinti, kad varinis anodas kabėtų vonioje tame pačiame gylyje kaip katodas.
Procesas bus vykdomas esant 3–4 V įtampai (dvi baterijos) ir 0,02–0,4 A / cm 2 srovės tankiui. Tirpalo temperatūra vonioje turi būti 18-25 ° C.
Atkreipkite dėmesį į tai, kad anodo plokštuma ir dengiamas paviršius būtų lygiagrečiai vienas kitam. Sudėtingos formos objektų geriau nenaudoti. Keičiant elektrolizės trukmę, galima gauti įvairaus storio vario dengimą.
Norint ant šio sluoksnio padengti patvarią kito metalo dangą, dažnai naudojamas išankstinis vario dengimas. Tai ypač dažnai naudojama geležies chromavimui, cinko liejinių nikeliavimui ir kitais atvejais. Tiesa, tam naudojami labai toksiški cianidiniai elektrolitai.
Norėdami paruošti elektrolitą nikeliavimui, 450 ml vandens ištirpinsime 25 g kristalinio nikelio sulfato, 10 g boro rūgšties arba 10 g natrio citrato. Natrio citratą galite pasigaminti patys, neutralizuodami 10 g citrinos rūgšties tirpalą praskiestu natrio hidroksido tirpalu arba sodos tirpalu. Tegul anodas yra kuo didesnio ploto nikelio plokštė, o kaip įtampos šaltinį paimkite bateriją.
Srovės tankio vertė naudojant kintamą varžą bus lygi 0,005 A / cm 2. Pavyzdžiui, jei objekto paviršius yra 20 cm 2, reikia dirbti esant 0,1 A srovės stipriui. Po pusvalandžio darbo objektas jau bus nikeliuotas. Ištraukime iš vonios ir nuvalome skudurėliu. Tačiau geriau nenutraukti nikelio dengimo proceso, nes tada nikelio sluoksnis gali būti pasyvintas ir vėlesnis nikelio padengimas blogai prikibs.
Norėdami pasiekti veidrodinį blizgesį be mechaninio poliravimo, į galvanizavimo vonią įdedame taip vadinamą blizgesį formuojantį priedą. Tokie priedai yra, pavyzdžiui, klijai, želatina, cukrus. Į nikelio vonią galite įberti, pavyzdžiui, kelis gramus cukraus ir ištirti jo poveikį.
Norėdami paruošti elektrolitą geležies chromavimui (po išankstinio vario), 100 ml vandens ištirpiname 40 g chromo rūgšties anhidrido CrO 3 (Atsargiai! Nuodai!) Ir tiksliai 0,5 g sieros rūgšties (jokiu būdu ne daugiau! ). Procesas vyksta esant maždaug 0,1 A / cm 2 srovės tankiui, o kaip anodas naudojama švino plokštė, kurios plotas turėtų būti šiek tiek mažesnis už chromuoto paviršiaus plotą.
Nikelio ir chromo vonias geriausia šiek tiek pašildyti (maždaug iki 35 ° C). Atkreipkite dėmesį, kad elektrolitai, skirti chromuoti, ypač ilgai vykstant ir dideliam srovės stiprumui, išskiria garus, kuriuose yra chromo rūgšties, o tai labai kenkia sveikatai. Todėl chromavimas turėtų būti atliekamas su trauka arba lauke, pavyzdžiui, balkone.
Chromuojant (ir, kiek mažesniu mastu, nikeliuojant), ne visa srovė naudojama metalo nusodinimui. Tuo pačiu metu išsiskiria vandenilis. Remiantis daugybe įtempių, galima tikėtis, kad metalai, esantys prieš vandenilį, iš vandeninių tirpalų neturėtų išsiskirti, o priešingai, mažiau aktyvus vandenilis. Tačiau čia, kaip ir anodinio metalų tirpimo atveju, katodinis vandenilio išsiskyrimas dažnai yra slopinamas ir stebimas tik esant aukštai įtampai. Šis reiškinys vadinamas vandenilio viršįtampiu ir ypač puikus, pavyzdžiui, ant švino. Dėl šios aplinkybės švino baterija gali veikti. Įkraunant akumuliatorių, vietoj PbO 2 prie katodo turėtų atsirasti vandenilis, tačiau dėl viršįtampių vandenilio išsiskyrimas prasideda, kai baterija beveik visiškai įkrauta.
Potencialų skirtumas „elektrodo medžiaga – tirpalas“ yra kiekybinė medžiagos (tiek metalų, tieknemetalai) tirpsta jonų pavidalu, t.y. charakterizuotijono ir jį atitinkančios medžiagos OB gebos lazda.
Šis potencialų skirtumas vadinamaselektrodo potencialas.
Tačiau tiesioginiai tokio potencialo skirtumo matavimo metodaineegzistuoja, todėl sutarėme jas apibrėžti atsižvelgiant įvadinamasis standartinis vandenilio elektrodas, potencialaskurio al sutartinai laikomas nuliu (dažnai taip pat vadinamasatskaitos elektrodas). Standartinis vandenilio elektrodas susideda išiš platinos plokštelės, panardintos į rūgšties tirpalą su konН + jonų centralizavimas 1 mol / l ir plaunamas dujų srautuvandenilis standartinėmis sąlygomis.
Potencialo atsiradimą prie standartinio vandenilio elektrodo galima įsivaizduoti taip. Dujinis vandenilis, adsorbuotas platinos, pereina į atominę būseną:
H 2 2H.
Dinaminės pusiausvyros būsena realizuojama tarp plokštelės paviršiuje susidariusio atominio vandenilio, vandenilio jonų tirpale ir platinos (elektronų!):
H H + + e.
Visas procesas išreiškiamas lygtimi:
H22H++2e.
Platina nedalyvauja redokso procese ir procesas, bet yra tik atominio vandenilio nešiklis.
Jei tam tikro metalo plokštė, panardinta į jo druskos tirpalą, kurio metalo jonų koncentracija lygi 1 mol / l, yra prijungta prie standartinio vandenilio elektrodo, tada gaunamas galvaninis elementas. Šio elemento elektrovaros jėga(EMF), matuojamas 25 ° C temperatūroje, ir apibūdina standartinį metalo elektrodo potencialą, paprastai žymimą E 0.
Kalbant apie sistemą Н 2 / 2Н +, kai kurios medžiagos elgsis kaip oksiduojančios medžiagos, kitos kaip reduktorius. Šiuo metu yra gauti beveik visų metalų ir daugelio nemetalų standartiniai potencialai, kurie apibūdina santykinį reduktorių ar oksidantų gebėjimą grąžinti arba sugauti elektronus.
Elektrodų, veikiančių kaip reduktorius, potencialai vandenilio atžvilgiu turi „-“ ženklą, o „+“ – elektrodų, kurie yra oksidatoriai, potencialus.
Jei metalai yra išdėstyti jų standartinių elektrodų potencialų didėjimo tvarka, tai vadinamoji elektrocheminės metalo įtampų serijos:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, N a, M g, A l, M n, Zn, C r, F e, C d, Co, N i, Sn, P b, H, Sb, B i, С u, Hg, А g, Р d, Р t, А u.
Nemažai įtempių apibūdina metalų chemines savybes.
1. Kuo neigiamas metalo elektrodo potencialas, tuo didesnis jo redukuojamumas.
2. Kiekvienas metalas gali išstumti (redukuoti) iš druskų tirpalų tuos metalus, kurie yra metalo įtampų eilėje po jo. Vienintelės išimtys yra šarminiai ir šarminių žemių metalai, kurie nesumažės kitų metalų jonų iš jų druskų tirpalų. Taip yra dėl to, kad šiais atvejais metalų sąveikos su vandeniu reakcijos vyksta didesniu greičiu.
3. Visi metalai, turintys neigiamą standartinį elektrodo potencialą, t. esantys metalo įtampų serijoje į kairę nuo vandenilio, gali jį išstumti iš rūgščių tirpalų.
Pažymėtina, kad pateikta serija apibūdina metalų ir jų druskų elgseną tik vandeniniuose tirpaluose, kadangi potencialuose atsižvelgiama į vieno ar kito jono sąveikos su tirpiklio molekulėmis ypatumus. Štai kodėl elektrocheminė serija prasideda ličiu, o chemiškai aktyvesnis rubidis ir kalis yra dešinėje nuo ličio. Taip yra dėl itin didelės ličio jonų hidratacijos proceso energijos, palyginti su kitų šarminių metalų jonais.
Standartinio redokso potencialo algebrinė reikšmė apibūdina atitinkamos oksiduotos formos oksidacinį aktyvumą. Todėl standartinių redokso potencialų verčių palyginimas leidžia atsakyti į klausimą: ar vyksta ta ar kita redokso reakcija?
Taigi, visos pusinės halogenidų jonų oksidacijos į laisvuosius halogenus reakcijos
2 Cl - - 2 e = С l 2 Е 0 = -1,36 V (1)
2 Br - -2e = B r 2 E 0 = -1,07 V (2)
2I - -2 e = I 2 E 0 = -0,54 V (3)
gali būti realizuojamas standartinėmis sąlygomis naudojant švino oksidą kaip oksidatorių ( IV ) (E 0 = 1,46 V) arba kalio permanganatu (E 0 = 1,52 V). Naudojant kalio dichromatą ( E 0 = 1,35 V) galima atlikti tik reakcijas (2) ir (3). Galiausiai, azoto rūgšties kaip oksidatoriaus naudojimas ( E 0 = 0,96 V) leidžia tik pusinė reakcija dalyvaujant jodido jonams (3).
Taigi kiekybinis konkrečios redokso reakcijos galimybės įvertinimo kriterijus yra pusiausvyrinių oksidacijos ir redukcijos reakcijų standartinių redokso potencialų skirtumo teigiama vertė.
