Ակտիվ մետաղներ. Ռեակտիվ մետաղներ Առավել ոչ ակտիվ տարր

Ի՞նչ տեղեկատվություն կարելի է ստանալ մի շարք լարումներից:

Մետաղական լարման մի շարք լայնորեն օգտագործվում են անօրգանական քիմիա. Մասնավորապես, բազմաթիվ ռեակցիաների արդյունքները և նույնիսկ դրանց իրականացման հնարավորությունը կախված են NER-ում որոշակի մետաղի դիրքից: Եկեք քննարկենք այս հարցը ավելի մանրամասն:

Մետաղների փոխազդեցությունը թթուների հետ

Ջրածնի ձախ կողմում գտնվող լարման շարքում գտնվող մետաղները արձագանքում են թթուների՝ ոչ օքսիդացնող նյութերի հետ։ H-ից աջ NER-ում տեղակայված մետաղները փոխազդում են միայն օքսիդացնող թթուների հետ (մասնավորապես՝ HNO 3-ի և խտացված H 2 SO 4-ի հետ):

Օրինակ 1. Ցինկը գտնվում է ջրածնի ձախ կողմում գտնվող NER-ում, հետևաբար, այն ի վիճակի է արձագանքել գրեթե բոլոր թթուների հետ.

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

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

Օրինակ 2. Պղինձը գտնվում է ERN-ում H-ի աջ կողմում; այս մետաղը չի փոխազդում «սովորական» թթուների հետ (HCl, H 3 PO 4, HBr, օրգանական թթուներ), սակայն, այն փոխազդում է օքսիդացնող թթուների հետ (ազոտական, խտացված ծծմբային).

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

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

Ուզում եմ ձեր ուշադրությունը հրավիրել մի կարևոր կետի վրա՝ երբ մետաղները փոխազդում են օքսիդացող թթուների հետ, անջատվում է ոչ թե ջրածինը, այլ որոշ այլ միացություններ։ Դուք կարող եք կարդալ ավելին այս մասին:

Մետաղների փոխազդեցությունը ջրի հետ

Մգ-ից ձախ լարման շարքում գտնվող մետաղները հեշտությամբ արձագանքում են արդեն իսկ ջրի հետ սենյակային ջերմաստիճանջրածնի արտազատմամբ և ալկալային լուծույթի առաջացմամբ։

Օրինակ 3. Նատրիումը, կալիումը, կալցիումը հեշտությամբ լուծվում են ջրի մեջ՝ առաջացնելով ալկալային լուծույթ.

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

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

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

Մետաղները, որոնք գտնվում են լարման միջակայքում՝ ջրածնից մինչև մագնեզիում (ներառյալ) որոշ դեպքերում փոխազդում են ջրի հետ, սակայն ռեակցիաները պահանջում են հատուկ պայմաններ։ Օրինակ, ալյումինը և մագնեզիումը սկսում են փոխազդել H 2 O-ի հետ միայն մետաղի մակերեսից օքսիդի թաղանթը հեռացնելուց հետո: Երկաթը չի արձագանքում ջրի հետ սենյակային ջերմաստիճանում, բայց արձագանքում է ջրային գոլորշու հետ: Կոբալտը, նիկելը, անագը և կապարը գործնականում չեն փոխազդում H 2 O-ի հետ ոչ միայն սենյակային ջերմաստիճանում, այլև տաքացնելիս։

ERN-ի աջ կողմում գտնվող մետաղները (արծաթ, ոսկի, պլատին) ոչ մի դեպքում չեն արձագանքում ջրի հետ:

Մետաղների փոխազդեցությունը աղերի ջրային լուծույթների հետ

Մենք կխոսենք հետևյալ տեսակի ռեակցիաների մասին.

մետաղ (*) + մետաղական աղ (**) = մետաղ (**) + մետաղական աղ (*)

Ուզում եմ շեշտել, որ աստղանիշներն այս դեպքում ցույց չեն տալիս մետաղի օքսիդացման վիճակը կամ վալենտությունը, այլ պարզապես թույլ են տալիս տարբերակել No1 մետաղը և No2 մետաղը։

Նման ռեակցիա իրականացնելու համար պետք է միաժամանակ բավարարվեն երեք պայմաններ.

1. գործընթացում ներգրավված աղերը պետք է լուծվեն ջրի մեջ (դա կարելի է հեշտությամբ ստուգել լուծելիության աղյուսակի միջոցով);
2. մետաղը (*) պետք է լինի մետաղի ձախ կողմում գտնվող լարվածության շարքում (**);
3. մետաղը (*) չպետք է արձագանքի ջրի հետ (ինչը նույնպես հեշտությամբ ստուգվում է ESI-ի կողմից):

Օրինակ 4. Դիտարկենք մի քանի արձագանք.

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

K + Ni(NO 3) 2 ≠

Առաջին ռեակցիան հեշտությամբ իրագործելի է, վերը նշված բոլոր պայմանները բավարարված են. պղնձի սուլֆատը լուծելի է ջրում, ցինկը գտնվում է պղնձից ձախ NER-ում, Zn-ը չի փոխազդում ջրի հետ:

Երկրորդ ռեակցիան անհնար է, քանի որ առաջին պայմանը չի պահպանվում (պղնձի (II) սուլֆիդը գործնականում չի լուծվում ջրում): Երրորդ ռեակցիան անիրագործելի է, քանի որ կապարը պակաս ակտիվ մետաղ է, քան երկաթը (որ գտնվում է ESR-ում աջ կողմում): Ի վերջո, չորրորդ գործընթացը ՉԻ հանգեցնի նիկելի տեղումների, քանի որ կալիումը փոխազդում է ջրի հետ. Ստացված կալիումի հիդրօքսիդը կարող է արձագանքել աղի լուծույթին, բայց սա բոլորովին այլ գործընթաց է:

Նիտրատների ջերմային տարրալուծման գործընթացը

Հիշեցնեմ, որ նիտրատները աղեր են ազոտական ​​թթու. Բոլոր նիտրատները տաքանալիս քայքայվում են, սակայն տարրալուծման արտադրանքի բաղադրությունը կարող է տարբեր լինել: Կազմը որոշվում է մետաղի դիրքով սթրեսային շարքում:

Մետաղների նիտրատները, որոնք գտնվում են մագնեզիումի ձախ կողմում գտնվող NER-ում, տաքացնելիս կազմում են համապատասխան նիտրիտ և թթվածին.

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

Mg-ից մինչև Cu ներառյալ լարման միջակայքում տեղակայված մետաղական նիտրատների ջերմային տարրալուծման ժամանակ առաջանում են մետաղի օքսիդ, NO 2 և թթվածին.

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

Վերջապես, ամենաքիչ ակտիվ մետաղների նիտրատների տարրալուծման ժամանակ առաջանում են մետաղ, ազոտի երկօքսիդ և թթվածին։

Պարզ է, որ ոչինչ պարզ չէ։

Եկեք ավելի մանրամասն ուսումնասիրենք այն գործընթացները, որոնք կարող են տեղի ունենալ, երբ մետաղական թիթեղը ընկղմվում է նույն մետաղի աղի լուծույթի մեջ, որից պատրաստված է հենց թիթեղը, որը նման դեպքերում կոչվում է. էլեկտրոդ.

Երկու տարբերակ կա.

Տարբերակ 1. Էլեկտրոդը պատրաստված է մետաղից, որը ակտիվ վերականգնող նյութ է (չի «ափսոսում» հրաժարվել իր էլեկտրոններից), թող լինի, ասենք, ցինկ։

Ցինկի էլեկտրոդը լուծույթի մեջ ընկղմվելուց հետո լուծույթում առկա ջրի դիպոլները սկսում են ձգել ցինկի ատոմների որոշակի հատված, որոնք անցնում են լուծույթի մեջ հիդրացված իոնների տեսքով, բայց միևնույն ժամանակ թողնում են իրենց էլեկտրոնները: էլեկտրոդի մակերեսը.

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

Աստիճանաբար, ավելի ու ավելի շատ «նետված» բացասական էլեկտրոններ են կուտակվում ցինկի էլեկտրոդի մակերեսին. ցինկի էլեկտրոդը ձեռք է բերում բացասական լիցք: Այս գործընթացին զուգահեռ լուծույթում ավելանում է դրական լիցքավորված ցինկի իոնների քանակը, որոնք թողնում են էլեկտրոդը։ Ցինկի կատիոնները սկսում են ձգվել բացասական լիցքավորված էլեկտրոդով, ինչի արդյունքում առաջանում է այսպես կոչված. էլեկտրական երկշերտ(DES):

Տարբերակ 2. Էլեկտրոդը պատրաստված է մետաղից, որը թույլ վերականգնող նյութ է («ափսոսում» է բաժանվել իր էլեկտրոններից): Թող պղինձը խաղա նման մետաղի դերը: Այսպիսով, լուծույթում պարունակվող պղնձի իոնները ուժեղ օքսիդացնող նյութեր են։ Երբ պղնձի էլեկտրոդը ընկղմվում է լուծույթի մեջ, պղնձի իոնների մի մասը սկսում է շփվել էլեկտրոդի մակերեսի հետ և կրճատվում է պղնձի մեջ առկա ազատ էլեկտրոնների պատճառով:

Me n+ +ne - → Me 0

Տարբերակ 1-ին հակառակ գործընթացը տեղի է ունենում Աստիճանաբար էլեկտրոդի մակերեսին ավելի ու ավելի շատ պղնձի կատիոններ են նստում: Երբ վերականգնվում է, կատիոնները դրականորեն լիցքավորում են պղնձի ափսեը, քանի որ լիցքը մեծանում է, դրական պղնձի էլեկտրոդը գրավում է ավելի ու ավելի բացասական լիցքավորված իոններ, այդպիսով ձևավորելով կրկնակի էլեկտրական շերտ, բայց հակառակ բևեռականությամբ, քան 1-ին տարբերակում էր:

Ձևավորվել է սահմանին լուծման էլեկտրոդպոտենցիալ տարբերությունը կոչվում է էլեկտրոդի ներուժը.

Նման ներուժը չափելը շատ դժվար է։ Դժվար իրավիճակից դուրս գալու համար նրանք որոշեցին վերցնել ոչ թե բացարձակ, այլ հարաբերական արժեքներ, և որպես ստանդարտ որոշեցին վերցնել ջրածնի էլեկտրոդի պոտենցիալը՝ վերցված հավասար զրոյի։

Որոշակի մետաղական էլեկտրոդի ներուժը կախված է մետաղի բնույթից, լուծույթի կոնցենտրացիայից և ջերմաստիճանից:

Քանի որ ջրային լուծույթներում գտնվող ալկալային և հողալկալիական մետաղները փոխազդում են ջրի հետ, նրանց էլեկտրոդների պոտենցիալները հաշվարկվում են տեսականորեն:

Ընդունված է բոլոր մետաղները դասավորել իրենց ստանդարտ էլեկտրոդային ներուժի արժեքի աճող կարգով. այս շարքը կոչվում է մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարք:

Ի՞նչ է ցույց տալիս էլեկտրոդի ներուժը:

Էլեկտրոդի ներուժը արտացոլվում է թվային արժեքմետաղի էլեկտրոնները թողնելու կամ վերականգնվելու ունակությունը, այլ կերպ ասած, արտացոլում է մետաղի քիմիական ակտիվությունը։

Ինչքան դեպի ձախ ներս էլեկտրաքիմիական շարքմետաղի արժեքը (տե՛ս վերևում), այնքան ավելի հեշտ է այն հրաժարվում իր էլեկտրոններից, այսինքն, այն ավելի ակտիվ է և ավելի հեշտ է արձագանքում այլ տարրերի հետ:

Եթե ​​վերցնենք ծայրահեղությունները, ապա.

• լիթիումը ամենաուժեղ վերականգնող նյութն է, իսկ լիթիումի իոնը ամենաթույլ օքսիդացնող նյութն է.
• ոսկին ամենաթույլ վերականգնող նյութն է, իսկ ոսկու իոնը՝ ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութը։

Մետաղական լարումների էլեկտրաքիմիական շարքից բխող հետևանքները.

• Մետաղը աղերից հեռացնում է բոլոր մյուս մետաղները, որոնք գտնվում են իրենից աջ շարքում (որոնք ավելի թույլ վերականգնող նյութեր են).
• Մետաղները, որոնք ունեն բացասական էլեկտրոդային ներուժ, այսինքն՝ կանգնած են ջրածնի ձախ կողմում, այն տեղահանում են թթուներից.
• Առավել ակտիվ մետաղները, որոնք ունեն ամենացածր էլեկտրոդի պոտենցիալ արժեքները (դրանք մետաղներ են լիթիումից մինչև նատրիում), հիմնականում արձագանքում են ջրի հետ ջրային լուծույթներում:

Հարկ է նշել, որ Պարբերական աղյուսակում մետաղների դիրքը և էլեկտրաքիմիական լարման շարքում միևնույն մետաղների դիրքերը մի փոքր տարբերվում են: Այս փաստը բացատրվում է նրանով, որ էլեկտրոդի ներուժի արժեքը կախված է ոչ միայն մեկուսացված ատոմից էլեկտրոնները հեռացնելու համար պահանջվող էներգիայից, այլև ներառում է բյուրեղային ցանցը ոչնչացնելու համար պահանջվող էներգիան + էներգիան, որն ազատվում է ջրազրկման ժամանակ։ իոններ.

Բաժիններ: քիմիա, Մրցույթ «Դասի ներկայացում»

Դասարան: 11

Ներկայացում դասի համար

Հետ առաջ

Ուշադրություն. Սլայդների նախադիտումները միայն տեղեկատվական նպատակներով են և կարող են չներկայացնել շնորհանդեսի բոլոր հատկանիշները: Եթե ​​դուք հետաքրքրված եք այս աշխատանքով, խնդրում ենք ներբեռնել ամբողջական տարբերակը:

Նպատակներ և խնդիրներ.

• Ուսումնական:Մետաղների քիմիական ակտիվության դիտարկումը՝ հիմնվելով պարբերական աղյուսակում նրանց դիրքի վրա D.I. Մենդելեևը և մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքում։
• Զարգացնող:Նպաստել լսողական հիշողության զարգացմանը, տեղեկատվությունը համեմատելու, տրամաբանորեն մտածելու և շարունակվող քիմիական ռեակցիաները բացատրելու կարողությանը:
• Ուսումնական:Հմտություն ձևավորելը անկախ աշխատանք, սեփական կարծիքը ողջամտորեն արտահայտելու և դասընկերներին լսելու կարողություն, մենք երեխաների մեջ զարգացնում ենք հայրենասիրության զգացում և հպարտություն իրենց հայրենակիցների նկատմամբ։

Սարքավորումներ:ԱՀ մեդիա պրոյեկտորով, անհատական ​​լաբորատորիաներ քիմիական ռեագենտների հավաքածուով, մետաղական բյուրեղյա վանդակաճաղերի մոդելներ։

Դասի տեսակըտեխնոլոգիայի օգտագործումը քննադատական ​​մտածողության զարգացման համար:

Դասի առաջընթաց

Ի. Մարտահրավեր փուլ.

Թեմայի վերաբերյալ գիտելիքների թարմացում, ճանաչողական գործունեության արթնացում:

Բլեֆի խաղ. «Հավատու՞մ ես, որ…» (Սլայդ 3)

1. PSHE-ում մետաղները զբաղեցնում են վերին ձախ անկյունը:
2. Բյուրեղներում մետաղի ատոմները միացված են մետաղական կապերով։
3. Մետաղների վալենտային էլեկտրոնները սերտորեն կապված են միջուկի հետ։
4. Հիմնական ենթախմբերի (A) մետաղները սովորաբար ունեն 2 էլեկտրոն իրենց արտաքին մակարդակում։
5. Վերևից վար խմբում նկատվում է մետաղների վերականգնող հատկությունների աճ։
6. Թթուների և աղերի լուծույթներում մետաղի ռեակտիվությունը գնահատելու համար բավական է դիտարկել մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքը։
7. Թթուների և աղերի լուծույթներում մետաղի ռեակտիվությունը գնահատելու համար պարզապես դիտեք D.I. Մենդելեևը

Հարց դասի համար:Ի՞նչ է նշանակում մուտքը: Me 0 – ne —> Me +n(Սլայդ 4)

Պատասխան. Me0-ը վերականգնող նյութ է, ինչը նշանակում է, որ այն փոխազդում է օքսիդացնող նյութերի հետ: Հետևյալները կարող են հանդես գալ որպես օքսիդացնող նյութեր.

1. Պարզ նյութեր (+O 2, Cl 2, S...)
2. Բարդ նյութեր(H 2 O, թթուներ, աղի լուծույթներ...)

II. Հասկանալով նոր տեղեկատվություն.

Որպես մեթոդական տեխնիկա, առաջարկվում է կազմել հղման դիագրամ:

Հարց դասի համար:Ո՞ր գործոններն են որոշում մետաղների վերականգնող հատկությունները: (Սլայդ 5)

Պատասխան.Դ.Ի. Մենդելեևի պարբերական աղյուսակի դիրքից կամ մետաղների լարման էլեկտրաքիմիական շարքի դիրքից։

Ուսուցիչը ներկայացնում է հասկացությունները. քիմիական ակտիվություն և էլեկտրաքիմիական ակտիվություն.

Նախքան բացատրությունը սկսելը, երեխաներին առաջարկվում է համեմատել ատոմների ակտիվությունը TOԵվ Լիդիրքը պարբերական աղյուսակում D.I. Մենդելեևը և գործունեությունը պարզ նյութերձևավորվում են այս տարրերից՝ ըստ իրենց դիրքի մետաղական լարումների էլեկտրաքիմիական շարքում։ (Սլայդ 6)

Հակասություն է առաջանում.Համաձայն PSCE-ում ալկալիական մետաղների դիրքի և ենթախմբի տարրերի հատկությունների փոփոխության օրինաչափությունների համաձայն՝ կալիումի ակտիվությունն ավելի մեծ է, քան լիթիումինը։ Ըստ դիրքի լարման շարքում լիթիումը ամենաակտիվն է:

Նոր նյութ.Ուսուցիչը բացատրում է քիմիական և էլեկտրաքիմիական ակտիվության տարբերությունը և բացատրում է, որ լարումների էլեկտրաքիմիական շարքը արտացոլում է մետաղի կարողությունը վերածվել հիդրատացված իոնի, որտեղ մետաղի ակտիվության չափանիշը էներգիան է, որը բաղկացած է երեք տերմիններից (ատոմացման էներգիա, իոնացում էներգիա և խոնավացման էներգիա): Նյութը գրում ենք նոթատետրում։ (Սլայդներ 7-10)

Եկեք միասին գրենք նոթատետրում։ եզրակացություն.Որքան փոքր է իոնի շառավիղը, այնքան մեծ է դրա շուրջ էլեկտրական դաշտը ստեղծվում, այնքան ավելի շատ էներգիա է արտազատվում հիդրացիայի ընթացքում, հետևաբար՝ ռեակցիաներում այս մետաղի նվազող հատկությունները:

Պատմական տեղեկություններ.ուսանողի խոսքը Բեկետովի կողմից մետաղների տեղաշարժի շարք ստեղծելու մասին. (Սլայդ 11)

Մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքի գործողությունը սահմանափակվում է միայն մետաղների ռեակցիաներով էլեկտրոլիտների (թթուներ, աղեր) լուծույթներով։

Հուշագիր:

1. Մետաղների վերականգնող հատկությունները նվազում են ջրային լուծույթներում ստանդարտ պայմաններում (250°C, 1 ատմ) ռեակցիաների ժամանակ.
2. Ձախ կողմում գտնվող մետաղը մետաղը տեղափոխում է աջ՝ լուծույթի մեջ գտնվող դրանց աղերից.
3. Ջրածնի առաջ կանգնած մետաղները այն տեղահանում են լուծույթի թթուներից (բացառությամբ՝ HNO3);
4. Ես (Ալ) + H 2 O -> ալկալի + H 2
   Այլ Me (մինչև H 2) + H 2 O -> օքսիդ + H 2 (կոշտ պայմաններ)
   Ես (H 2-ից հետո) + H 2 O -> չեն արձագանքում

(Սլայդ 12)

Հիշեցումներ են բաժանվում տղաներին.

Գործնական աշխատանք.«Մետաղների փոխազդեցությունը աղի լուծույթների հետ» (Սլայդ 13)

Անցում կատարեք.

• CuSO 4 —> FeSO 4
• CuSO 4 —> ZnSO 4

Պղնձի և սնդիկի(II) նիտրատի լուծույթի փոխազդեցության փորձի ցուցադրում։

III. Արտացոլում, արտացոլում։

Կրկնում ենք՝ ո՞ր դեպքում ենք օգտագործում պարբերական աղյուսակը, և ո՞ր դեպքում է անհրաժեշտ մետաղական լարումների շարք։ (Սլայդներ 14-15).

Վերադառնանք դասի սկզբնական հարցերին. Էկրանին ցուցադրում ենք 6-րդ և 7-րդ հարցերը: Վերլուծում ենք, թե որ պնդումն է սխալ: Էկրանի վրա կա բանալի (ստուգում առաջադրանք 1): (Սլայդ 16).

Ամփոփենք դասը:

• Ի՞նչ նոր ես սովորել:
• Ո՞ր դեպքում է հնարավոր օգտագործել մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքը.

Տնային աշխատանք(Սլայդ 17)

1. Կրկնել «ՊՈՏԵՆՑԻԱԼ» հասկացությունը ֆիզիկայի դասընթացից.
2. Լրացրե՛ք ռեակցիայի հավասարումը, գրե՛ք էլեկտրոնային հաշվեկշռի հավասարումները. Сu + Hg(NO 3) 2 →
3. Մետաղները տրվում են ( Fe, Mg, Pb, Cu)– առաջարկել փորձեր, որոնք հաստատում են այդ մետաղների գտնվելու վայրը էլեկտրաքիմիական լարման շարքում:

Մենք գնահատում ենք բլեֆ խաղի արդյունքները, տախտակի մոտ աշխատանք, բանավոր պատասխաններ, հաղորդակցություն և գործնական աշխատանք:

Օգտագործված գրականություն.

1. Օ.Ս. Գաբրիելյան, Գ.Գ. Լիսովա, Ա.Գ. Վվեդենսկայա «Ձեռնարկ ուսուցիչների համար. Քիմիա 11-րդ դասարան II մաս» Բուստարդ հրատարակչություն.
2. Ն.Լ. Գլինկա «Ընդհանուր քիմիա».

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

Որքան հեռու է մետաղը ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների շարքում, այնքան ավելի ուժեղ է այն վերականգնող նյութը, որն ամենաուժեղ վերականգնիչն է լիթիումի մետաղը, ոսկին ամենաթույլն է, և, ընդհակառակը, ոսկու (III) իոնը ամենաուժեղ օքսիդացնողն է. գործակալը, լիթիումը (I) ամենաթույլն է:

Յուրաքանչյուր մետաղ ի վիճակի է լուծույթի աղերից նվազեցնել այն մետաղները, որոնք գտնվում են իրենից հետո լարումների շարքում, օրինակ՝ երկաթը կարող է տեղահանել պղինձը իր աղերի լուծույթներից։ Այնուամենայնիվ, հիշեք, որ ալկալային և հողալկալիական մետաղները ուղղակիորեն արձագանքելու են ջրի հետ:

Մետաղները, որոնք գտնվում են ջրածնի ձախ լարման շարքում, ունակ են այն տեղահանել նոսր թթուների լուծույթներից՝ միաժամանակ լուծարվելով դրանց մեջ։

Մետաղի նվազեցնող ակտիվությունը միշտ չէ, որ համապատասխանում է պարբերական աղյուսակում նրա դիրքին, քանի որ մի շարքում մետաղի տեղը որոշելիս հաշվի է առնվում ոչ միայն էլեկտրոններ նվիրելու նրա կարողությունը, այլև էներգիան, որը ծախսվում է մետաղի ոչնչացման վրա։ մետաղի բյուրեղային ցանցը, ինչպես նաև իոնների խոնավացման վրա ծախսվող էներգիան։

Փոխազդեցություն պարզ նյութերի հետ

ՀԵՏ թթվածին Մետաղների մեծ մասը ձևավորում է օքսիդներ՝ ամֆոտերային և հիմնական.

4Li + O 2 = 2Li 2 O,

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

Ալկալիական մետաղները, բացառությամբ լիթիումի, կազմում են պերօքսիդներ.

2Na + O 2 = Na 2 O 2:

ՀԵՏ հալոգեններ մետաղները առաջացնում են հիդրոհալաթթուների աղեր, օրինակ.

Cu + Cl 2 = CuCl 2:

ՀԵՏ ջրածինը ամենաակտիվ մետաղները ձևավորում են իոնային հիդրիդներ՝ աղի նման նյութեր, որոնցում ջրածինը ունի -1 օքսիդացման աստիճան:

2Na + H2 = 2NaH:

ՀԵՏ մոխրագույն մետաղները ձևավորում են սուլֆիդներ՝ ջրածնի սուլֆիդային թթվի աղեր.

ՀԵՏ ազոտ Որոշ մետաղներ ձևավորում են նիտրիդներ, ռեակցիան գրեթե միշտ տեղի է ունենում, երբ տաքացվում է.

3Mg + N2 = Mg3N2:

ՀԵՏ ածխածին կարբիդները ձևավորվում են.

4Al + 3C = Al 3 C 4.

ՀԵՏ ֆոսֆոր - ֆոսֆիդներ.

3Ca + 2P = Ca 3 P 2:

Մետաղները կարող են փոխազդել միմյանց հետ՝ առաջանալով միջմետաղական միացություններ :

2Na + Sb = Na 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au.

Մետաղները բարձր ջերմաստիճաններում կարող են լուծվել միմյանց մեջ՝ առանց արձագանքելու, առաջանալով համաձուլվածքներ.

համաձուլվածքներ

համաձուլվածքներ համակարգեր կոչվում են համակարգեր, որոնք բաղկացած են երկու կամ ավելի մետաղներից, ինչպես նաև մետաղներից և ոչ մետաղներից, որոնք ունեն բնորոշ հատկություններ, որոնք բնորոշ են միայն մետաղական վիճակին:

Համաձուլվածքների հատկությունները շատ բազմազան են և տարբերվում են դրանց բաղադրիչների հատկություններից, օրինակ՝ որպեսզի ոսկին ավելի կարծրանա և զարդեր պատրաստելու համար հարմար լինի, դրան ավելացնում են արծաթ և 40% կադմիում և 60% բիսմուտ պարունակող համաձուլվածք։ ունի 144 °C հալման կետ, այսինքն՝ շատ ավելի ցածր, քան դրա բաղադրիչների հալման կետը (Cd 321 °C, Bi 271 °C):

Հնարավոր են համաձուլվածքների հետևյալ տեսակները.

Հալած մետաղները խառնվում են միմյանց հետ ցանկացած հարաբերակցությամբ, անորոշ ժամանակով լուծվում են միմյանց մեջ, օրինակ՝ Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni և այլն։ Այս համաձուլվածքները միատարր են բաղադրությամբ, ունեն բարձր քիմիական դիմադրություն և էլեկտրական հոսանք անցկացնում;

Ուղղված մետաղները խառնվում են միմյանց հետ ցանկացած հարաբերակցությամբ, բայց սառչելիս դրանք առանձնանում են, և ստացվում է զանգված, որը բաղկացած է բաղադրիչների առանձին բյուրեղներից, օրինակ՝ Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb և այլն։

Եթե ​​ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների ամբողջ շարքից ընտրենք միայն այն էլեկտրոդային պրոցեսները, որոնք համապատասխանում են ընդհանուր հավասարմանը

ապա մենք ստանում ենք մի շարք մետաղական լարումներ: Բացի մետաղներից, այս շարքը միշտ կներառի ջրածին, որը թույլ է տալիս տեսնել, թե որ մետաղներն են ունակ ջրածինը տեղահանել թթուների ջրային լուծույթներից:

Աղյուսակ 19. Մետաղական լարումների շարք

Ամենակարևոր մետաղների մի շարք լարումներ տրված են աղյուսակում: 19. Սթրեսային շարքում որոշակի մետաղի դիրքը բնութագրում է ստանդարտ պայմաններում ջրային լուծույթներում ռեդոքսային փոխազդեցությունների ենթարկվելու նրա կարողությունը: Մետաղական իոնները օքսիդացնող նյութեր են, իսկ պարզ նյութերի տեսքով մետաղները՝ վերականգնող նյութեր։ Ավելին, որքան հեռու է մետաղը գտնվում լարման շարքում, այնքան ավելի ուժեղ են օքսիդացնող նյութը ջրային լուծույթում նրա իոնները, և հակառակը, որքան մետաղը մոտ է շարքի սկզբին, այնքան ավելի ուժեղ են պարզ նյութի վերականգնիչ հատկությունները: նյութ - մետաղ.

Էլեկտրոդի գործընթացի ներուժը

չեզոք միջավայրում այն ​​հավասար է B-ին (տե՛ս էջ 273): Ակտիվ մետաղները շարքի սկզբում, ունենալով զգալիորեն ավելի բացասական պոտենցիալ, քան -0,41 Վ-ը, ջրից տեղահանում են ջրածինը: Մագնեզիումը ջրածինը տեղահանում է միայն տաք ջրից։ Մետաղները, որոնք տեղակայված են մագնեզիումի և կադմիումի միջև, սովորաբար ջրածինը չեն տեղափոխում ջրից: Այս մետաղների մակերեսին առաջանում են օքսիդային թաղանթներ, որոնք պաշտպանիչ ազդեցություն ունեն։

Մետաղները, որոնք գտնվում են մագնեզիումի և ջրածնի միջև, տեղահանում են ջրածինը թթվային լուծույթներից: Միևնույն ժամանակ, որոշ մետաղների մակերեսի վրա ձևավորվում են նաև պաշտպանիչ թաղանթներ՝ արգելակելով ռեակցիան։ Այսպիսով, ալյումինի վրա օքսիդ թաղանթն այս մետաղը կայուն է դարձնում ոչ միայն ջրի, այլ նաև որոշակի թթուների լուծույթներում: Կապարը չի լուծվում ծծմբաթթվի մեջ իր ներքևի կոնցենտրացիայի դեպքում, քանի որ կապարի հետ ծծմբաթթվի հետ փոխազդելու ժամանակ առաջացած աղը անլուծելի է և մետաղի մակերեսի վրա պաշտպանիչ թաղանթ է ստեղծում: Մետաղների օքսիդացման խորը արգելակման ֆենոմենը՝ դրա մակերեսին պաշտպանիչ օքսիդի կամ աղի թաղանթների առկայության պատճառով, կոչվում է պասիվություն, իսկ մետաղի վիճակն այս դեպքում՝ պասիվ վիճակ։

Մետաղներն ունակ են միմյանց տեղահանել աղի լուծույթներից։ Ռեակցիայի ուղղությունը որոշվում է լարումների շարքում նրանց հարաբերական դիրքով։ Նման ռեակցիաների կոնկրետ դեպքերը դիտարկելիս պետք է հիշել, որ ակտիվ մետաղները ջրածինը տեղահանում են ոչ միայն ջրից, այլև ցանկացած ջրային լուծույթից։ Հետևաբար, մետաղների փոխադարձ տեղաշարժը դրանց աղերի լուծույթներից գործնականում տեղի է ունենում միայն մագնեզիումից հետո շարքում գտնվող մետաղների դեպքում։

Բեկետովն առաջինն էր, ով մանրամասն ուսումնասիրեց մետաղների տեղաշարժը դրանց միացություններից այլ մետաղներով։ Իր աշխատանքի արդյունքում նա մետաղներն ըստ քիմիական ակտիվության դասավորել է տեղաշարժերի շարքի, որը մետաղական լարումների շարքի նախատիպն է։

Որոշ մետաղների հարաբերական դիրքը լարվածության շարքում և պարբերական համակարգում առաջին հայացքից չի համապատասխանում միմյանց: Օրինակ՝ ըստ պարբերական աղյուսակի դիրքի՝ կալիումի քիմիական ակտիվությունը պետք է լինի նատրիումից ավելի, իսկ նատրիումը՝ լիթիումից։ Լարումների շարքում լիթիումն ամենաակտիվն է, իսկ կալիումը միջին դիրք է զբաղեցնում լիթիումի և նատրիումի միջև։ Ցինկը և պղինձը, ըստ պարբերական աղյուսակում իրենց դիրքի, պետք է ունենան մոտավորապես հավասար քիմիական ակտիվություն, սակայն լարման շարքում ցինկը գտնվում է պղնձից շատ ավելի վաղ։ Այս տեսակի անհամապատասխանության պատճառը հետևյալն է.

Պարբերական աղյուսակում այս կամ այն ​​դիրքը զբաղեցնող մետաղները համեմատելիս ազատ ատոմների իոնացման էներգիան ընդունվում է որպես դրանց քիմիական ակտիվության չափ՝ նվազեցնելու ունակությունը։ Իրոք, շարժվելիս, օրինակ, վերևից ներքև երկայնքով հիմնական ենթախումբ I խումբ պարբերական աղյուսակատոմների իոնացման էներգիան նվազում է, ինչը կապված է նրանց շառավիղների մեծացման հետ (այսինքն՝ միջուկից արտաքին էլեկտրոնների ավելի մեծ հեռավորության հետ) և միջուկի դրական լիցքի աճող զննումով միջանկյալ էլեկտրոնային շերտերով (տես § 31) . Հետևաբար, կալիումի ատոմներն ավելի մեծ քիմիական ակտիվություն են ցուցաբերում՝ դրանք ավելի ուժեղ վերականգնող հատկություններ ունեն, քան նատրիումի ատոմները, իսկ նատրիումի ատոմներն ավելի մեծ ակտիվություն են ցուցաբերում, քան լիթիումի ատոմները։

Մի շարք լարումների մեջ մետաղները համեմատելիս որպես քիմիական ակտիվության չափանիշ ընդունվում է պինդ վիճակում գտնվող մետաղը ջրային լուծույթում հիդրացված իոնների վերածելու աշխատանքը։ Այս աշխատանքը կարող է ներկայացվել որպես երեք տերմինների գումար՝ ատոմացման էներգիա՝ մետաղի բյուրեղի վերածումը մեկուսացված ատոմների, ազատ մետաղի ատոմների իոնացման էներգիա և ստացված իոնների հիդրացման էներգիա։ Ատոմացման էներգիան բնութագրում է տվյալ մետաղի բյուրեղային ցանցի ամրությունը։ Ատոմների իոնացման էներգիան՝ դրանցից վալենտային էլեկտրոնների հեռացումը, ուղղակիորեն որոշվում է պարբերական աղյուսակում մետաղի դիրքով։ Հիդրացիայի ընթացքում արձակված էներգիան կախված է իոնի էլեկտրոնային կառուցվածքից, լիցքից և շառավղից։

Լիթիումի և կալիումի իոնները, որոնք ունեն նույն լիցք, բայց տարբեր շառավիղներ, կստեղծեն անհավասար էլեկտրական դաշտեր. Փոքր լիթիումի իոնների մոտ առաջացած դաշտն ավելի ուժեղ կլինի, քան կալիումի մեծ իոնների մոտ դաշտը։ Այստեղից պարզ է դառնում, որ լիթիումի իոնները կխոնավեցնեն ավելի շատ էներգիա, քան կալիումի իոնները:

Այսպիսով, քննարկվող վերափոխման ժամանակ էներգիան ծախսվում է ատոմացման և իոնացման վրա, և էներգիան ազատվում է հիդրացիայի ժամանակ։ Որքան ցածր է էներգիայի ընդհանուր սպառումը, այնքան ավելի հեշտ կլինի ամբողջ գործընթացը, և որքան մոտ կլինի տվյալ մետաղը լարվածության շարքի սկզբին: Սակայն ընդհանուր էներգետիկ հաշվեկշռի երեք տերմիններից միայն մեկը՝ իոնացման էներգիան, ուղղակիորեն որոշվում է պարբերական աղյուսակում մետաղի դիրքով: Հետևաբար, հիմքեր չկան ակնկալելու, որ լարվածության շարքում որոշակի մետաղների հարաբերական դիրքը միշտ կհամապատասխանի պարբերական աղյուսակում նրանց դիրքին: Այսպիսով, լիթիումի համար էներգիայի ընդհանուր սպառումը ավելի քիչ է ստացվում, քան կալիումինը, ըստ որի լարման շարքում լիթիումը առաջ է գալիս կալիումից։

Պղնձի և ցինկի համար էներգիայի ծախսերը ազատ ատոմների իոնացման համար և էներգիայի ստացումը իոնային հիդրացիայի ժամանակ մոտ են։ Բայց մետաղական պղինձը ավելի ամուր է կազմում բյուրեղյա վանդակ, քան ցինկը, ինչպես երևում է այս մետաղների հալման ջերմաստիճանների համեմատությունից. ցինկը հալվում է , իսկ պղինձը՝ միայն ։ Հետևաբար, այդ մետաղների ատոմացման վրա ծախսվող էներգիան զգալիորեն տարբերվում է, ինչի արդյունքում պղնձի դեպքում ամբողջ գործընթացի էներգիայի ընդհանուր ծախսերը շատ ավելի մեծ են, քան ցինկի դեպքում, ինչը բացատրում է դրանց հարաբերական դիրքը. մետաղներ լարվածության շարքում:

Ջրից ոչ ջրային լուծիչներ անցնելիս մետաղների հարաբերական դիրքերը լարման շարքում կարող են փոխվել։ Սրա պատճառն այն է, որ տարբեր մետաղական իոնների լուծույթի էներգիան տարբեր կերպ է փոխվում լուծիչից մյուսը անցնելիս։

Մասնավորապես, պղնձի իոնը բավականին ակտիվորեն լուծվում է որոշ օրգանական լուծիչներում. Սա հանգեցնում է նրան, որ նման լուծիչներում պղինձը գտնվում է ջրածնի առաջ լարման շարքում և այն տեղահանում է թթվային լուծույթներից։

Այսպիսով, ի տարբերություն տարրերի պարբերական համակարգի, մետաղների լարվածության շարքը արտացոլում չէ ընդհանուր օրինաչափություններ, որի հիման վրա կարելի է տալ մետաղների քիմիական հատկությունների համապարփակ բնութագիրը։ Լարումների շարքը բնութագրում է միայն էլեկտրաքիմիական «մետաղ-մետաղ իոն» էլեկտրաքիմիական համակարգի ռեդոքս կարողությունը խիստ սահմանված պայմաններում. դրանում տրված արժեքները վերաբերում են. ջրային լուծույթ, մետաղական իոնների ջերմաստիճանը և միավորի կոնցենտրացիան (ակտիվությունը):