فلزات فعال فلزات واکنش پذیر غیر فعال ترین عنصر

چه اطلاعاتی را می توان از یک سری ولتاژ به دست آورد؟

طیف وسیعی از ولتاژهای فلزی به طور گسترده ای استفاده می شود شیمی معدنی. به طور خاص، نتایج بسیاری از واکنش ها و حتی امکان اجرای آنها به موقعیت یک فلز خاص در NER بستگی دارد. بیایید این موضوع را با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار دهیم.

برهمکنش فلزات با اسیدها

فلزات واقع در سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن با اسیدها - عوامل غیر اکسید کننده واکنش می دهند. فلزات واقع در ERN در سمت راست H فقط با اسیدهای اکسید کننده (به ویژه با HNO 3 و H 2 SO 4 غلیظ) تعامل دارند.

مثال 1. روی در NER در سمت چپ هیدروژن قرار دارد، بنابراین، تقریباً با تمام اسیدها قادر به واکنش است:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

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

مثال 2. مس در ERN در سمت راست H قرار دارد. این فلز با اسیدهای «معمولی» (HCl، H3PO4، HBr، اسیدهای آلیبا این حال، با اسیدهای اکسید کننده (نیتریک، سولفوریک غلیظ) تعامل دارد:

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

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

توجه شما را به یک نکته مهم جلب می کنم: وقتی فلزات با اسیدهای اکسید کننده برهمکنش می کنند، هیدروژن نیست که آزاد می شود، بلکه برخی ترکیبات دیگر است. می توانید در این مورد بیشتر بخوانید!

برهمکنش فلزات با آب

فلزات واقع در سری ولتاژ سمت چپ منیزیم به راحتی با آب از قبل واکنش می دهند دمای اتاقبا آزاد شدن هیدروژن و تشکیل محلول قلیایی.

مثال 3. سدیم، پتاسیم، کلسیم به راحتی در آب حل می شوند و یک محلول قلیایی تشکیل می دهند:

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

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

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

فلزات واقع در محدوده ولتاژ از هیدروژن تا منیزیم (شامل) در برخی موارد با آب برهمکنش دارند، اما واکنش ها به شرایط خاصی نیاز دارند. به عنوان مثال، آلومینیوم و منیزیم تنها پس از برداشتن لایه اکسید از سطح فلز شروع به تعامل با H 2 O می کنند. آهن با آب در دمای اتاق واکنش نمی دهد، اما با بخار آب واکنش نشان می دهد. کبالت، نیکل، قلع و سرب عملاً با H2O تعاملی ندارند، نه تنها در دمای اتاق، بلکه همچنین هنگام گرم شدن.

فلزات واقع در سمت راست ERN (نقره، طلا، پلاتین) تحت هیچ شرایطی با آب واکنش نمی دهند.

برهمکنش فلزات با محلول های آبی نمک ها

ما در مورد واکنش هایی از نوع زیر صحبت خواهیم کرد:

فلز (*) + نمک فلز (**) = فلز (**) + نمک فلز (*)

من می خواهم تأکید کنم که ستاره ها در این مورد نشان دهنده وضعیت اکسیداسیون یا ظرفیت فلز نیستند، بلکه به سادگی اجازه می دهند بین فلز شماره 1 و فلز شماره 2 تمایز قائل شوند.

برای انجام چنین واکنشی، سه شرط باید به طور همزمان برآورده شود:

1. نمک های درگیر در فرآیند باید در آب حل شوند (این را می توان به راحتی با استفاده از جدول حلالیت بررسی کرد).
2. فلز (*) باید در سری تنش سمت چپ فلز (**) باشد.
3. فلز (*) نباید با آب واکنش دهد (که به راحتی توسط ESI تأیید می شود).

مثال 4. بیایید به چند واکنش نگاه کنیم:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

اولین واکنش به راحتی امکان پذیر است، تمام شرایط فوق برآورده می شود: سولفات مس در آب محلول است، روی در NER سمت چپ مس است، روی با آب واکنش نمی دهد.

واکنش دوم غیرممکن است زیرا شرط اول برآورده نمی شود (سولفید مس (II) عملاً در آب نامحلول است). واکنش سوم امکان پذیر نیست، زیرا سرب فلزی کمتر فعال نسبت به آهن است (در سمت راست در ESR قرار دارد). در نهایت، فرآیند چهارم منجر به بارش نیکل نمی شود زیرا پتاسیم با آب واکنش می دهد. هیدروکسید پتاسیم حاصل می تواند با محلول نمک واکنش دهد، اما این یک فرآیند کاملا متفاوت است.

فرآیند تجزیه حرارتی نیترات ها

بگذارید یادآوری کنم که نیترات ها نمک هستند اسید نیتریک. تمام نیترات ها با حرارت دادن تجزیه می شوند، اما ترکیب محصولات تجزیه ممکن است متفاوت باشد. ترکیب با موقعیت فلز در سری تنش تعیین می شود.

نیترات های فلزات واقع در NER در سمت چپ منیزیم، هنگامی که گرم می شوند، نیتریت و اکسیژن مربوطه را تشکیل می دهند:

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

در طی تجزیه حرارتی نیترات های فلزی واقع در محدوده ولتاژ از منیزیم تا مس، اکسید فلز، NO 2 و اکسیژن تشکیل می شود:

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

در نهایت، در طی تجزیه نیترات های فلزات کم فعال (واقع در ERN در سمت راست مس)، فلز، دی اکسید نیتروژن و اکسیژن تشکیل می شود.

معلوم است که هیچ چیز مشخص نیست.

اجازه دهید با جزئیات بیشتری فرآیندهایی را که ممکن است هنگام غوطه ور شدن یک صفحه فلزی در محلول نمکی از همان فلزی که خود صفحه از آن ساخته شده است رخ دهد که در چنین مواردی نامیده می شود، بررسی کنیم. الکترود.

دو گزینه وجود دارد.

گزینه 1. الکترود از فلزی ساخته شده است که یک عامل کاهنده فعال است (از اینکه الکترون های خود را از دست می دهد "متأسف نیست")، مثلاً روی باشد.

پس از غوطه‌ور شدن الکترود روی در محلول، دوقطبی‌های آب موجود در محلول شروع به جذب بخش خاصی از اتم‌های روی می‌کنند که به صورت یون‌های هیدراته وارد محلول می‌شوند، اما در عین حال الکترون‌های خود را روی اتم‌های روی می‌گذارند. سطح الکترود

Me 0 +mH 2 O → Me n+ mH 2 O+ne - Me 0 → Me n+ +ne -

به تدریج، الکترون های منفی "پرتاب" بیشتری روی سطح الکترود روی جمع می شوند - الکترود روی بار منفی به دست می آورد. به موازات این فرآیند، مقدار یون های روی دارای بار مثبت که از الکترود خارج می شوند در محلول افزایش می یابد. کاتیون های روی شروع به جذب توسط الکترود با بار منفی می کنند، در نتیجه یک به اصطلاح دو لایه الکتریکی(DES).

گزینه 2. الکترود از فلزی ساخته شده است که یک عامل احیا کننده ضعیف است (از اینکه الکترون هایش را جدا می کند "متأسف است". بگذارید مس نقش چنین فلزی را بازی کند. بنابراین، یون های مس موجود در محلول، عوامل اکسید کننده قوی هستند. هنگامی که یک الکترود مس در یک محلول غوطه ور می شود، برخی از یون های مس شروع به تماس با سطح الکترود می کنند و به دلیل الکترون های آزاد موجود در مس کاهش می یابند.

Me n+ +ne - → Me 0

فرآیند مخالف گزینه 1 به تدریج، کاتیون های مس بیشتری روی سطح الکترود رسوب می کنند. هنگامی که کاتیون ها بازیابی می شوند، با افزایش بار، یون های مثبت مس را به طور مثبت شارژ می کنند، بنابراین یک لایه الکتریکی دوتایی تشکیل می دهند، اما با قطبیت مخالف آن در گزینه 1.

در مرز شکل گرفت الکترود محلولاختلاف پتانسیل نامیده می شود پتانسیل الکترود.

اندازه گیری چنین پتانسیل بسیار دشوار است. برای رهایی از وضعیت دشوار، آنها تصمیم گرفتند نه مقادیر مطلق، بلکه مقادیر نسبی را بگیرند و به عنوان یک استاندارد تصمیم گرفتند پتانسیل الکترود هیدروژن را که برابر با صفر گرفته شده است، بگیرند.

پتانسیل یک الکترود فلزی خاص به ماهیت فلز، غلظت و دمای محلول بستگی دارد.

از آنجایی که فلزات قلیایی و قلیایی خاکی در محلول های آبی با آب واکنش می دهند، پتانسیل الکترود آنها به صورت تئوری محاسبه می شود.

مرسوم است که تمام فلزات را به ترتیب افزایش ارزش پتانسیل الکترود استاندارد آنها مرتب می کنند - این سری نامیده می شود سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات:

پتانسیل الکترود چه چیزی را نشان می دهد؟

پتانسیل الکترود منعکس می شود مقدار عددیتوانایی یک فلز برای رها کردن الکترون های خود یا بازسازی شدن، به عبارت دیگر، فعالیت شیمیایی فلز را منعکس می کند.

هر چه بیشتر به سمت چپ به داخل سری الکتروشیمیاییبا هزینه های فلز (به بالا مراجعه کنید)، الکترون های خود را راحت تر از دست می دهد، یعنی فعال تر است و راحت تر با عناصر دیگر واکنش نشان می دهد.

اگر افراط را در نظر بگیریم، پس:

• لیتیوم قوی ترین عامل کاهنده و یون لیتیوم ضعیف ترین عامل اکسید کننده است.
• طلا ضعیف ترین عامل کاهنده و یون طلا قوی ترین عامل اکسید کننده است.

پیامدهای ناشی از سری الکتروشیمیایی ولتاژهای فلزی:

• این فلز تمام فلزات دیگری را که در سری سمت راست آن قرار دارند (که عوامل کاهنده ضعیف تری هستند) از نمک ها جابجا می کند.
• فلزاتی که پتانسیل الکترود منفی دارند، یعنی در سمت چپ هیدروژن ایستاده اند، آن را از اسیدها جابه جا می کنند.
• فعال ترین فلزات که دارای کمترین پتانسیل الکترود هستند (این فلزات از لیتیوم تا سدیم هستند) در درجه اول با آب در محلول های آبی واکنش می دهند.

لازم به ذکر است که موقعیت فلزات در جدول تناوبی و موقعیت فلزات مشابه در سری ولتاژ الکتروشیمیایی کمی متفاوت است. این واقعیت با این واقعیت توضیح داده می شود که مقدار پتانسیل الکترود نه تنها به انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون ها از یک اتم جدا شده بستگی دارد، بلکه شامل انرژی لازم برای از بین بردن شبکه کریستالی + انرژی آزاد می شود که در طول هیدراتاسیون اتم آزاد می شود. یون ها

بخش ها: شیمی، مسابقه "ارائه برای درس"

کلاس: 11

ارائه برای درس

عقب به جلو

توجه! پیش نمایش اسلایدها فقط برای مقاصد اطلاعاتی است و ممکن است نشان دهنده همه ویژگی های ارائه نباشد. اگر به این کار علاقه مند هستید، لطفا نسخه کامل آن را دانلود کنید.

اهداف و مقاصد:

• آموزشی:بررسی فعالیت شیمیایی فلزات بر اساس موقعیت آنها در جدول تناوبی D.I. مندلیف و در سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات.
• رشدی:برای ترویج رشد حافظه شنوایی، توانایی مقایسه اطلاعات، تفکر منطقی و توضیح واکنش های شیمیایی در حال انجام.
• آموزشی:شکل گیری یک مهارت کار مستقل، توانایی بیان منطقی نظرات و گوش دادن به همکلاسی ها، حس میهن دوستی و غرور در هموطنان را در کودکان پرورش می دهیم.

تجهیزات:کامپیوتر با مدیا پروژکتور، آزمایشگاه های جداگانه با مجموعه ای از معرف های شیمیایی، مدل های شبکه های کریستالی فلزی.

نوع درس: استفاده از فناوری برای توسعه تفکر انتقادی.

پیشرفت درس

من مرحله چالش.

به روز رسانی دانش در مورد موضوع، بیدار کردن فعالیت شناختی.

بازی بلوف: "آیا باور داری که..." (اسلاید 3)

1. فلزات گوشه سمت چپ بالای PSHE را اشغال می کنند.
2. در کریستال ها، اتم های فلز با پیوندهای فلزی به هم متصل می شوند.
3. الکترون های ظرفیت فلزات به شدت به هسته متصل هستند.
4. فلزات در زیر گروه های اصلی (A) معمولاً 2 الکترون در سطح بیرونی خود دارند.
5. در گروه از بالا به پایین افزایش خاصیت احیایی فلزات وجود دارد.
6. برای ارزیابی واکنش پذیری یک فلز در محلول های اسیدها و نمک ها، کافی است سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات را بررسی کنیم.
7. برای ارزیابی واکنش پذیری یک فلز در محلول های اسیدها و نمک ها، فقط به جدول تناوبی D.I نگاه کنید. مندلیف

سوال برای کلاس؟ورودی به چه معناست؟ Me 0 – ne —> Me +n(اسلاید 4)

پاسخ: Me0 یک عامل کاهنده است، به این معنی که با عوامل اکسید کننده تعامل دارد. موارد زیر می توانند به عنوان عوامل اکسید کننده عمل کنند:

1. مواد ساده (+O 2، Cl 2، S...)
2. مواد پیچیده(H 2 O، اسیدها، محلول های نمک ...)

II. درک اطلاعات جدید

به عنوان یک تکنیک روش شناختی، پیشنهاد می شود یک نمودار مرجع ترسیم شود.

سوال برای کلاس؟چه عواملی خاصیت احیایی فلزات را تعیین می کند؟ (اسلاید 5)

پاسخ:از موقعیت در جدول تناوبی D.I مندلیف یا از موقعیت در سری الکتروشیمیایی ولتاژ فلزات.

معلم مفاهیم را معرفی می کند: فعالیت شیمیایی و فعالیت الکتروشیمیایی.

قبل از شروع توضیح، از بچه ها خواسته می شود که فعالیت اتم ها را با هم مقایسه کنند بهو لیموقعیت در جدول تناوبی D.I. مندلیف و فعالیت مواد سادهاین عناصر با توجه به موقعیت آنها در سری الکتروشیمیایی ولتاژهای فلزی تشکیل می شوند. (اسلاید 6)

یک تناقض به وجود می آید:مطابق با موقعیت فلزات قلیایی در PSCE و با توجه به الگوهای تغییرات در خواص عناصر در زیر گروه، فعالیت پتاسیم بیشتر از لیتیوم است. از نظر موقعیت در سری ولتاژ، لیتیوم فعال ترین است.

مواد جدید.معلم تفاوت بین فعالیت شیمیایی و الکتروشیمیایی را توضیح می دهد و توضیح می دهد که سری الکتروشیمیایی ولتاژها منعکس کننده توانایی یک فلز برای تبدیل شدن به یک یون هیدراته است که در آن معیار فعالیت فلز انرژی است که از سه عبارت (انرژی اتمیزاسیون، یونیزاسیون) تشکیل شده است. انرژی و انرژی هیدراتاسیون). مطالب را در یک دفتر یادداشت می کنیم. (اسلایدهای 7-10)

بیایید با هم در یک دفتر یادداشت کنیم. نتیجه گیری:هرچه شعاع یون کمتر باشد، میدان الکتریکی در اطراف آن بیشتر ایجاد می‌شود، انرژی بیشتری در حین هیدراتاسیون آزاد می‌شود، بنابراین خواص کاهشی این فلز در واکنش‌ها قوی‌تر می‌شود.

اطلاعات تاریخی:سخنرانی دانش آموز در مورد ایجاد یک سری جابجایی فلزات توسط Beketov. (اسلاید 11)

عمل سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات فقط با واکنش فلزات با محلول های الکترولیت ها (اسیدها، نمک ها) محدود می شود.

یادداشت:

1. خواص کاهشی فلزات در طول واکنش در محلول های آبی در شرایط استاندارد (250 درجه سانتی گراد، 1 اتمسفر) کاهش می یابد.
2. فلز سمت چپ، فلز را به سمت راست از نمک های آنها در محلول جابجا می کند.
3. فلزات ایستاده قبل از هیدروژن آن را از اسیدهای موجود در محلول جابجا می کنند (به جز: HNO3).
4. من (به آل) + H 2 O -> قلیایی + H 2
   دیگرمن (تا H 2) + H 2 O -> اکسید + H 2 (شرایط سخت)
   من (بعد از H 2) + H 2 O -> واکنش نشان ندهید

(اسلاید 12)

یادآوری به بچه ها داده می شود.

کار عملی:"برهم کنش فلزات با محلول های نمکی" (اسلاید 13)

انتقال را انجام دهید:

• CuSO 4 —> FeSO 4
• CuSO 4 —> ZnSO 4

نشان دادن تجربه تعامل بین مس و محلول نیترات جیوه (II).

III. انعکاس، بازتاب.

تکرار می کنیم: در چه صورت از جدول تناوبی استفاده می کنیم و در چه صورت یک سری ولتاژ فلزی لازم است؟ (اسلایدهای 14-15).

برگردیم به سوالات ابتدایی درس. سؤالات 6 و 7 را روی صفحه نمایش می دهیم. یک کلید روی صفحه وجود دارد (بررسی کار 1). (اسلاید 16).

بیایید درس را خلاصه کنیم:

• چه چیز جدیدی یاد گرفتی؟
• در چه صورت می توان از سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات استفاده کرد؟

مشق شب: (اسلاید 17)

1. مفهوم "پتانسیل" را از درس فیزیک تکرار کنید.
2. معادله واکنش را کامل کنید، معادلات تعادل الکترون را بنویسید: Сu + Hg(NO 3) 2 →
3. فلزات داده می شود ( آهن، منیزیم، سرب، مس)- آزمایش‌هایی را پیشنهاد کنید که مکان این فلزات را در سری ولتاژ الکتروشیمیایی تأیید می‌کند.

ما نتایج را برای بازی بلوف، کار در هیئت مدیره، پاسخ های شفاهی، ارتباطات و کار عملی ارزیابی می کنیم.

ادبیات استفاده شده:

1. O.S. گابریلیان، جی.جی. لیسووا، A.G. Vvedenskaya "راهنما برای معلمان. شیمی یازدهم، قسمت دوم” انتشارات باستارد.
2. N.L. گلینکا "شیمی عمومی".

لی، پتاسیم، کلسیم، سدیم، منیزیم، آل، روی، کروم، آهن، سرب، اچ 2 , مس، نقره، جیوه، طلا

هر چه فلز در ردیف پتانسیل‌های استاندارد الکترود در سمت چپ قرار گیرد، قوی‌ترین عامل احیاکننده، فلز لیتیوم، طلا ضعیف‌ترین و برعکس، یون طلا (III) قوی‌ترین اکسیدکننده است. عامل، لیتیوم (I) ضعیف ترین است.

هر فلزی می‌تواند از نمک‌های موجود در محلول، فلزاتی را که در یک سری تنش‌ها قرار دارند، کاهش دهد، به عنوان مثال، آهن می‌تواند مس را از محلول‌های نمک خود جابجا کند. با این حال، به یاد داشته باشید که فلزات قلیایی و قلیایی خاکی مستقیماً با آب واکنش می دهند.

فلزات واقع در سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن می توانند آن را از محلول های اسیدهای رقیق جابجا کنند، در حالی که در آنها حل می شوند.

فعالیت کاهشی یک فلز همیشه با موقعیت آن در جدول تناوبی مطابقت ندارد، زیرا هنگام تعیین مکان یک فلز در یک سری، نه تنها توانایی آن در اهدای الکترون در نظر گرفته می شود، بلکه انرژی صرف شده برای تخریب فلز نیز در نظر گرفته می شود. شبکه کریستالی فلز و همچنین انرژی صرف شده برای هیدراتاسیون یونها.

تعامل با مواد ساده

با اکسیژن بیشتر فلزات اکسیدهای آمفوتریک و اساسی را تشکیل می دهند:

4Li + O 2 = 2Li 2 O،

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

فلزات قلیایی، به استثنای لیتیوم، پراکسیدها را تشکیل می دهند:

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

با هالوژن ها فلزات نمک اسیدهای هیدروهالیک را تشکیل می دهند، به عنوان مثال،

Cu + Cl 2 = CuCl 2.

با هیدروژن فعال ترین فلزات هیدریدهای یونی را تشکیل می دهند - مواد نمک مانند که در آنها هیدروژن حالت اکسیداسیون -1 دارد.

2Na + H2 = 2NaH.

با خاکستری فلزات سولفید تشکیل می دهند - نمک های اسید سولفید هیدروژن:

با نیتروژن برخی از فلزات نیترید تشکیل می دهند، واکنش تقریباً همیشه هنگام گرم شدن رخ می دهد:

3Mg + N2 = Mg3N2.

با کربن کاربیدها تشکیل می شوند:

4Al + 3C = Al 3 C 4.

با فسفر - فسفیدها:

3Ca + 2P = Ca 3 P 2 .

فلزات می توانند با یکدیگر برهم کنش داشته باشند و تشکیل شوند ترکیبات بین فلزی :

2Na + Sb = Na 2 Sb،

3Cu + Au = Cu 3 Au.

فلزات می توانند در دمای بالا بدون واکنش در یکدیگر حل شوند و تشکیل شوند آلیاژها.

آلیاژها

آلیاژها به سیستم‌هایی گفته می‌شود که از دو یا چند فلز و همچنین فلزات و غیرفلزاتی تشکیل شده‌اند که دارای خواص مشخصه‌ای هستند که فقط در حالت فلزی ذاتی هستند.

خواص آلیاژها بسیار متنوع است و با خواص اجزای آنها متفاوت است، مثلاً برای اینکه طلا سخت‌تر شود و برای ساخت جواهرات مناسب‌تر شود به آن نقره و آلیاژی حاوی 40 درصد کادمیوم و 60 درصد بیسموت اضافه می‌کنند. دارای نقطه ذوب 144 درجه سانتیگراد، یعنی بسیار کمتر از نقطه ذوب اجزای آن (Cd 321 ° C، Bi 271 ° C).

انواع آلیاژهای زیر امکان پذیر است:

فلزات مذاب با هر نسبتی با یکدیگر مخلوط می شوند و به طور نامحدود در یکدیگر حل می شوند، به عنوان مثال، Ag-Au، Ag-Cu، Cu-Ni و دیگران. این آلیاژها از نظر ترکیب همگن هستند، مقاومت شیمیایی بالایی دارند و جریان الکتریکی را هدایت می کنند.

فلزات صاف شده به هر نسبت با یکدیگر مخلوط می شوند، اما هنگامی که سرد می شوند از هم جدا می شوند و جرمی متشکل از کریستال های جداگانه اجزاء، به عنوان مثال، Pb-Sn، Bi-Cd، Ag-Pb و غیره به دست می آید.

اگر از کل سری پتانسیل های الکترود استاندارد فقط آن دسته از فرآیندهای الکترودی را انتخاب کنیم که با معادله کلی مطابقت دارند

سپس یک سری تنش فلزی دریافت می کنیم. علاوه بر فلزات، این سری همیشه شامل هیدروژن می شود که به شما امکان می دهد ببینید کدام فلزات قادر به جابجایی هیدروژن از محلول های آبی اسیدها هستند.

جدول 19. سری تنش های فلزی

تعدادی تنش برای مهمترین فلزات در جدول آورده شده است. 19. موقعیت یک فلز خاص در سری تنش مشخص کننده توانایی آن برای انجام برهمکنش های ردوکس در محلول های آبی در شرایط استاندارد است. یون های فلزی عوامل اکسید کننده و فلزات به شکل مواد ساده عامل کاهنده هستند. علاوه بر این، هرچه یک فلز در سری ولتاژ بیشتر قرار گیرد، یون های عامل اکسید کننده در محلول آبی قوی تر است و بالعکس، هر چه فلز به ابتدای سری نزدیک تر باشد، خواص کاهندگی یک ماده ساده قوی تر است. ماده - فلز.

پتانسیل فرآیند الکترود

در یک محیط خنثی برابر با B است (صفحه 273 را ببینید). فلزات فعال در ابتدای سری، با داشتن پتانسیل به طور قابل توجهی منفی تر از -0.41 V، هیدروژن را از آب جابجا می کنند. منیزیم فقط هیدروژن را از آب گرم جابجا می کند. فلزات واقع بین منیزیم و کادمیوم معمولاً هیدروژن را از آب جابجا نمی کنند. روی سطح این فلزات لایه های اکسیدی تشکیل می شود که اثر محافظتی دارند.

فلزاتی که بین منیزیم و هیدروژن قرار دارند، هیدروژن را از محلول های اسیدی جابجا می کنند. در همان زمان، فیلم های محافظ نیز بر روی سطح برخی از فلزات تشکیل می شود و واکنش را مهار می کند. بنابراین، لایه اکسید روی آلومینیوم باعث می شود این فلز نه تنها در آب، بلکه در محلول های اسیدهای خاص نیز پایدار باشد. سرب با غلظت کمتر در اسید سولفوریک حل نمی شود، زیرا نمکی که در اثر واکنش سرب با اسید سولفوریک ایجاد می شود نامحلول است و یک لایه محافظ روی سطح فلز ایجاد می کند. پدیده بازدارندگی عمیق اکسیداسیون فلز به دلیل وجود اکسید محافظ یا لایه های نمکی بر روی سطح آن را غیرفعال و به حالت فلز در این حالت حالت غیرفعال می گویند.

فلزات قادرند یکدیگر را از محلول های نمکی جابجا کنند. جهت واکنش با موقعیت نسبی آنها در سری تنش ها تعیین می شود. هنگام در نظر گرفتن موارد خاص چنین واکنش هایی، باید به خاطر داشت که فلزات فعال هیدروژن را نه تنها از آب، بلکه از هر محلول آبی نیز جابجا می کنند. بنابراین، جابجایی متقابل فلزات از محلول های نمک آنها عملاً فقط در مورد فلزات واقع در سری بعد از منیزیم رخ می دهد.

بکتوف اولین کسی بود که جابجایی فلزات از ترکیبات آنها توسط فلزات دیگر را به تفصیل مطالعه کرد. در نتیجه کار خود، او فلزات را بر اساس فعالیت شیمیایی آنها در یک سری جابجایی مرتب کرد که نمونه اولیه یک سری از تنش های فلزی است.

موقعیت نسبی برخی از فلزات در سری تنش و در جدول تناوبی در نگاه اول با یکدیگر مطابقت ندارد. به عنوان مثال، با توجه به موقعیت در جدول تناوبی، فعالیت شیمیایی پتاسیم باید بیشتر از سدیم، و سدیم - بیشتر از لیتیوم باشد. در سری ولتاژها، لیتیوم فعال ترین است و پتاسیم جایگاه متوسطی را بین لیتیوم و سدیم اشغال می کند. روی و مس با توجه به موقعیتی که در جدول تناوبی دارند باید تقریباً فعالیت شیمیایی برابری داشته باشند اما در سری ولتاژ روی خیلی زودتر از مس قرار می گیرد. دلیل این نوع ناهماهنگی به شرح زیر است.

هنگام مقایسه فلزاتی که یک موقعیت را در جدول تناوبی اشغال می کنند، انرژی یونیزاسیون اتم های آزاد به عنوان معیاری از فعالیت شیمیایی آنها - توانایی کاهشی آنها در نظر گرفته می شود. در واقع، هنگام حرکت، به عنوان مثال، از بالا به پایین در طول زیر گروه اصلیگروه I جدول تناوبیانرژی یونیزاسیون اتم ها کاهش می یابد که با افزایش شعاع آنها (یعنی با فاصله بیشتر الکترون های بیرونی از هسته) و با افزایش غربالگری بار مثبت هسته توسط لایه های الکترونیکی میانی همراه است (به بند 31 مراجعه کنید). . بنابراین، اتم‌های پتاسیم فعالیت شیمیایی بیشتری از خود نشان می‌دهند - خواص احیایی قوی‌تری دارند - نسبت به اتم‌های سدیم، و اتم‌های سدیم فعالیت بیشتری نسبت به اتم‌های لیتیوم از خود نشان می‌دهند.

هنگام مقایسه فلزات در یک سری ولتاژ، کار تبدیل یک فلز در حالت جامد به یون های هیدراته در یک محلول آبی به عنوان معیاری از فعالیت شیمیایی در نظر گرفته می شود. این کار را می توان به صورت مجموع سه عبارت نشان داد: انرژی اتمیزاسیون - تبدیل یک کریستال فلز به اتم های جدا شده، انرژی یونیزاسیون اتم های فلز آزاد و انرژی هیدراتاسیون یون های حاصل. انرژی اتمیزه کردن استحکام شبکه کریستالی یک فلز معین را مشخص می کند. انرژی یونیزاسیون اتم ها - حذف الکترون های ظرفیت از آنها - به طور مستقیم با موقعیت فلز در جدول تناوبی تعیین می شود. انرژی آزاد شده در طول هیدراتاسیون به ساختار الکترونیکی یون، بار و شعاع آن بستگی دارد.

یون های لیتیوم و پتاسیم با داشتن بار یکسان اما شعاع متفاوت، نابرابر ایجاد می کنند میدان های الکتریکی. میدان تولید شده در نزدیکی یون های کوچک لیتیوم قوی تر از میدان نزدیک یون های پتاسیم بزرگ خواهد بود. از اینجا مشخص است که یون های لیتیوم با آزاد شدن انرژی بیشتری نسبت به یون های پتاسیم هیدراته می شوند.

بنابراین، در طول تبدیل مورد بررسی، انرژی صرف اتمیزه شدن و یونیزاسیون می شود و در حین هیدراتاسیون انرژی آزاد می شود. هرچه مصرف کل انرژی کمتر باشد، کل فرآیند آسان تر خواهد بود و فلز داده شده به ابتدای سری تنش نزدیک تر می شود. اما از سه عبارت تراز کلی انرژی، تنها یکی - انرژی یونیزاسیون - به طور مستقیم با موقعیت فلز در جدول تناوبی تعیین می شود. در نتیجه، هیچ دلیلی وجود ندارد که انتظار داشته باشیم موقعیت نسبی فلزات خاص در سری تنش همیشه با موقعیت آنها در جدول تناوبی مطابقت داشته باشد. بنابراین، برای لیتیوم، کل مصرف انرژی کمتر از پتاسیم است، که طبق آن، لیتیوم در سری ولتاژ قبل از پتاسیم قرار می گیرد.

برای مس و روی، انرژی مصرفی برای یونیزاسیون اتم های آزاد و افزایش انرژی در طول هیدراتاسیون یونی نزدیک است. اما مس فلزی قوی تر را تشکیل می دهد شبکه کریستالی، از روی، همانطور که از مقایسه دمای ذوب این فلزات می توان دید: روی در , و مس فقط در . بنابراین، انرژی صرف شده برای اتمیزه کردن این فلزات به طور قابل توجهی متفاوت است، در نتیجه هزینه کل انرژی برای کل فرآیند در مورد مس بسیار بیشتر از روی است، که موقعیت نسبی این فلزات را توضیح می دهد. فلزات در سری تنش

هنگام عبور از آب به حلال های غیرآبی، موقعیت نسبی فلزات در سری ولتاژ ممکن است تغییر کند. دلیل این امر این است که انرژی حلالیت یون های فلزی مختلف هنگام حرکت از یک حلال به حلال دیگر به طور متفاوتی تغییر می کند.

به طور خاص، یون مس به شدت در برخی از حلال های آلی حل می شود. این منجر به این واقعیت می شود که مس در چنین حلال هایی در سری ولتاژ قبل از هیدروژن قرار دارد و آن را از محلول های اسیدی جابجا می کند.

بنابراین، بر خلاف جدول تناوبی عناصر، سری تنش فلزات یک بازتاب نیست الگوهای عمومی، که بر اساس آن می توان یک توصیف جامع از خواص شیمیایی فلزات ارائه داد. مجموعه ای از ولتاژها تنها توانایی ردوکس سیستم الکتروشیمیایی "یون فلز - فلز" را در شرایط کاملاً تعریف شده مشخص می کند: مقادیر داده شده در آن به محلول آبی، دما و غلظت واحد (فعالیت) یون های فلزی.