Informasi apa yang dapat diperoleh dari rangkaian tegangan?
Berbagai tegangan logam banyak digunakan kimia anorganik. Secara khusus, hasil dari banyak reaksi dan bahkan kemungkinan penerapannya bergantung pada posisi logam tertentu dalam NER. Mari kita bahas masalah ini lebih detail.
Interaksi logam dengan asam
Logam yang terletak pada rangkaian tegangan di sebelah kiri hidrogen bereaksi dengan asam - zat non-pengoksidasi. Logam yang terletak di NER di sebelah kanan H hanya berinteraksi dengan asam pengoksidasi (khususnya, dengan HNO 3 dan H 2 SO 4 pekat).
Contoh 1. Seng terletak di NER di sebelah kiri hidrogen, sehingga mampu bereaksi dengan hampir semua asam:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
Zn + H 2 JADI 4 = ZnSO 4 + H 2
Contoh 2. Tembaga terletak di ERN di sebelah kanan H; logam ini tidak bereaksi dengan asam “biasa” (HCl, H 3 PO 4, HBr, asam organik), namun, ia berinteraksi dengan asam pengoksidasi (nitrat, sulfat pekat):
Cu + 4HNO 3 (konsentrasi) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Cu + 2H 2 SO 4 (konsentrasi) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Saya ingin menarik perhatian Anda ke poin penting: ketika logam berinteraksi dengan asam pengoksidasi, bukan hidrogen yang dilepaskan, tetapi beberapa senyawa lainnya. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang ini!
Interaksi logam dengan air
Logam yang terletak pada rangkaian tegangan di sebelah kiri Mg mudah bereaksi dengan air yang sudah ada pada suhu kamar dengan pelepasan hidrogen dan pembentukan larutan alkali.
Contoh 3. Natrium, kalium, kalsium mudah larut dalam air membentuk larutan alkali:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2
Logam yang terletak pada rentang tegangan dari hidrogen hingga magnesium (inklusif) dalam beberapa kasus berinteraksi dengan air, tetapi reaksinya memerlukan kondisi tertentu. Misalnya, aluminium dan magnesium mulai berinteraksi dengan H 2 O hanya setelah lapisan oksida dihilangkan dari permukaan logam. Besi tidak bereaksi dengan air pada suhu kamar, namun bereaksi dengan uap air. Cobalt, nikel, timah, dan timbal praktis tidak berinteraksi dengan H 2 O, tidak hanya pada suhu kamar, tetapi juga saat dipanaskan.
Logam yang terletak di sisi kanan ERN (perak, emas, platinum) tidak bereaksi dengan air dalam kondisi apapun.
Interaksi logam dengan larutan garam dalam air
Kita akan berbicara tentang jenis reaksi berikut:
logam (*) + garam logam (**) = logam (**) + garam logam (*)
Saya ingin menekankan bahwa tanda bintang dalam hal ini tidak menunjukkan bilangan oksidasi atau valensi logam, tetapi hanya memungkinkan seseorang untuk membedakan antara logam No. 1 dan logam No. 2.
Untuk melakukan reaksi seperti itu, tiga kondisi harus dipenuhi secara bersamaan:
- garam yang terlibat dalam proses harus dilarutkan dalam air (hal ini dapat dengan mudah diperiksa menggunakan tabel kelarutan);
- logam (*) harus berada pada rangkaian tegangan di sebelah kiri logam (**);
- logam (*) tidak boleh bereaksi dengan air (yang juga mudah diverifikasi oleh ESI).
Contoh 4. Mari kita lihat beberapa reaksinya:
Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu
K + Ni(TIDAK 3) 2 ≠
Reaksi pertama mudah dilakukan, semua kondisi di atas terpenuhi: tembaga sulfat larut dalam air, seng berada di NER di sebelah kiri tembaga, Zn tidak bereaksi dengan air.
Reaksi kedua tidak mungkin terjadi karena kondisi pertama tidak terpenuhi (tembaga (II) sulfida praktis tidak larut dalam air). Reaksi ketiga tidak dapat dilakukan, karena timbal adalah logam yang kurang aktif dibandingkan besi (terletak di sebelah kanan ESR). Terakhir, proses keempat TIDAK akan menghasilkan pengendapan nikel karena kalium bereaksi dengan air; kalium hidroksida yang dihasilkan dapat bereaksi dengan larutan garam, tetapi prosesnya sangat berbeda.
Proses dekomposisi termal nitrat
Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa nitrat adalah garam asam nitrat. Semua nitrat terurai ketika dipanaskan, tetapi komposisi produk penguraiannya dapat bervariasi. Komposisinya ditentukan oleh posisi logam pada deret tegangan.
Nitrat logam yang terletak di NER di sebelah kiri magnesium, ketika dipanaskan, membentuk nitrit dan oksigen yang sesuai:
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2
Selama dekomposisi termal logam nitrat yang terletak pada rentang tegangan dari Mg hingga Cu inklusif, oksida logam, NO 2 dan oksigen terbentuk:
2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
Akhirnya, selama penguraian nitrat dari logam yang paling tidak aktif (terletak di ERN di sebelah kanan tembaga), logam, nitrogen dioksida, dan oksigen terbentuk.
Jelas tidak ada yang jelas.
Mari kita periksa lebih terinci proses yang dapat terjadi ketika pelat logam direndam dalam larutan garam dari logam yang sama dari mana pelat itu sendiri dibuat, yang dalam kasus seperti ini disebut elektroda.
Ada dua pilihan.
Pilihan 1. Elektrodanya terbuat dari logam yang merupakan zat pereduksi aktif (tidak “menyesal” jika melepaskan elektronnya), katakanlah, seng.
Setelah elektroda seng direndam dalam larutan, dipol air yang ada dalam larutan mulai menarik bagian tertentu dari atom seng, yang masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion terhidrasi, tetapi pada saat yang sama meninggalkan elektronnya pada larutan. permukaan elektroda.
Saya 0 +mH 2 O → Saya n+ mH 2 O+ne - Saya 0 → Saya n+ +ne -
Secara bertahap, semakin banyak elektron negatif yang “terlempar” menumpuk di permukaan elektroda seng, dan elektroda seng memperoleh muatan negatif. Sejalan dengan proses ini, jumlah ion seng bermuatan positif yang meninggalkan elektroda meningkat dalam larutan. Kation seng mulai tertarik oleh elektroda bermuatan negatif, akibatnya terjadi apa yang disebut lapisan ganda listrik(DES).
Pilihan 2. Elektroda terbuat dari logam yang merupakan zat pereduksi lemah (“menyesal” jika berpisah dengan elektronnya). Biarkan tembaga memainkan peran logam tersebut. Jadi, ion tembaga yang terkandung dalam larutan merupakan oksidator kuat. Ketika elektroda tembaga direndam dalam larutan, beberapa ion tembaga mulai bersentuhan dengan permukaan elektroda dan tereduksi karena adanya elektron bebas dalam tembaga.
Saya n+ +ne - → Saya 0
Proses kebalikan dari Opsi 1 terjadi. Secara bertahap, semakin banyak kation tembaga yang diendapkan pada permukaan elektroda. Ketika dipulihkan, kation mengisi pelat tembaga secara positif; seiring dengan peningkatan muatan, elektroda tembaga positif menarik lebih banyak ion bermuatan negatif, sehingga membentuk lapisan listrik ganda, tetapi dengan polaritas yang berlawanan dibandingkan pada Opsi 1.
Terbentuk di perbatasan elektroda larutan beda potensial disebut potensial elektroda.
Mengukur potensi tersebut sangatlah sulit. Untuk keluar dari situasi sulit ini, mereka memutuskan untuk tidak mengambil nilai absolut, tetapi nilai relatif, dan sebagai standar mereka memutuskan untuk mengambil potensi elektroda hidrogen, yang diambil sama dengan nol.
Potensi elektroda logam tertentu bergantung pada sifat logam, konsentrasi dan suhu larutan.
Karena logam alkali dan alkali tanah dalam larutan air bereaksi dengan air, potensial elektrodanya dihitung secara teoritis.
Merupakan kebiasaan untuk menyusun semua logam dalam urutan peningkatan nilai potensial elektroda standarnya - rangkaian ini disebut rangkaian tegangan elektrokimia logam:
Apa yang ditunjukkan oleh potensial elektroda?
Potensi elektroda tercermin dalam nilai numerik kemampuan suatu logam untuk melepaskan elektronnya atau memulihkannya, dengan kata lain, mencerminkan aktivitas kimia logam tersebut.
Semakin ke kiri masuk seri elektrokimia semakin mahal harga logam (lihat di atas), semakin mudah ia melepaskan elektronnya, yaitu semakin aktif dan lebih mudah bereaksi dengan unsur lain.
Jika kita mengambil ekstrem, maka:
- litium adalah zat pereduksi terkuat, dan ion litium adalah zat pengoksidasi terlemah;
- emas adalah zat pereduksi terlemah, dan ion emas adalah zat pengoksidasi terkuat.
Akibat yang timbul dari rangkaian elektrokimia tegangan logam :
- Logam tersebut menggantikan semua logam lain yang berada pada deret di sebelah kanannya dari garam (yang merupakan zat pereduksi yang lebih lemah);
- Logam yang mempunyai potensial elektroda negatif, yaitu di sebelah kiri hidrogen, menggantikannya dari asam;
- Logam paling aktif, yang memiliki nilai potensial elektroda terendah (logam dari litium hingga natrium), bereaksi terutama dengan air dalam larutan air.
Perlu diperhatikan bahwa posisi logam dalam Tabel Periodik dan posisi logam yang sama dalam rangkaian tegangan elektrokimia sedikit berbeda. Fakta ini dijelaskan oleh fakta bahwa nilai potensial elektroda tidak hanya bergantung pada energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom yang terisolasi, tetapi juga mencakup energi yang diperlukan untuk menghancurkan kisi kristal + energi yang dilepaskan selama hidrasi. ion.
Bagian: Kimia, Kompetisi "Presentasi untuk pelajaran"
Kelas: 11
Presentasi untuk pelajaran
Mundur ke Depan
Perhatian! Pratinjau slide hanya untuk tujuan informasi dan mungkin tidak mewakili semua fitur presentasi. Jika Anda tertarik dengan karya ini, silakan unduh versi lengkapnya.
Maksud dan tujuan:
- Pendidikan: Pertimbangan aktivitas kimia logam berdasarkan posisinya dalam tabel periodik D.I. Mendeleev dan dalam rangkaian tegangan elektrokimia logam.
- Pembangunan: Untuk mendorong pengembangan memori pendengaran, kemampuan membandingkan informasi, berpikir logis dan menjelaskan reaksi kimia yang sedang berlangsung.
- Pendidikan: Membentuk suatu keterampilan pekerjaan mandiri, kemampuan mengutarakan pendapat secara wajar dan mendengarkan teman sekelas, kita menumbuhkan rasa patriotisme dan kebanggaan pada anak-anak terhadap rekan senegaranya.
Peralatan: PC dengan proyektor media, laboratorium individu dengan seperangkat reagen kimia, model kisi kristal logam.
Jenis pelajaran: pemanfaatan teknologi untuk pengembangan berpikir kritis.
Kemajuan pelajaran
SAYA. Tahap tantangan.
Memperbarui pengetahuan tentang topik, membangkitkan aktivitas kognitif.
Permainan Bluff: “Apakah Anda percaya bahwa...” (Geser 3)
- Logam menempati pojok kiri atas di PSHE.
- Dalam kristal, atom logam dihubungkan oleh ikatan logam.
- Elektron valensi logam terikat erat pada inti.
- Logam dalam subkelompok utama (A) biasanya memiliki 2 elektron di tingkat terluarnya.
- Pada golongan atas ke bawah terjadi peningkatan sifat pereduksi logam.
- Untuk menilai reaktivitas suatu logam dalam larutan asam dan garam, cukup dengan melihat rangkaian tegangan elektrokimia logam.
- Untuk menilai reaktivitas suatu logam dalam larutan asam dan garam, lihat saja tabel periodik D.I. Mendeleev
Pertanyaan untuk kelas? Apa arti entri tersebut? Saya 0 – ne —> Saya +n(Geser 4)
Menjawab: Me0 merupakan zat pereduksi, artinya berinteraksi dengan zat pengoksidasi. Berikut ini dapat bertindak sebagai zat pengoksidasi:
- Zat sederhana (+O 2, Cl 2, S...)
- Zat kompleks(H 2 O, asam, larutan garam...)
II. Memahami informasi baru.
Sebagai teknik metodologis, diusulkan untuk membuat diagram referensi.
Pertanyaan untuk kelas? Faktor apa saja yang menentukan sifat reduksi logam? (Geser 5)
Menjawab: Dari posisi dalam tabel periodik D.I. Mendeleev atau dari posisi dalam deret elektrokimia tegangan logam.
Guru memperkenalkan konsep: aktivitas kimia dan aktivitas elektrokimia.
Sebelum memulai penjelasan, anak diminta membandingkan aktivitas atom KE Dan Li posisi dalam tabel periodik D.I. Mendeleev dan aktivitas zat sederhana dibentuk oleh unsur-unsur tersebut menurut posisinya dalam rangkaian elektrokimia tegangan logam. (Geser 6)
Sebuah kontradiksi muncul:Sesuai dengan kedudukan logam alkali dalam PSCE dan menurut pola perubahan sifat unsur-unsur dalam subkelompoknya, aktivitas kalium lebih besar dibandingkan aktivitas litium. Berdasarkan posisinya dalam rangkaian tegangan, litium adalah yang paling aktif.
materi baru. Guru menjelaskan perbedaan aktivitas kimia dan aktivitas elektrokimia serta menjelaskan bahwa rangkaian tegangan elektrokimia mencerminkan kemampuan suatu logam untuk berubah menjadi ion terhidrasi, dimana ukuran aktivitas logam adalah energi, yang terdiri dari tiga istilah (energi atomisasi, ionisasi energi dan energi hidrasi). Kami menuliskan materi di buku catatan. (Slide 7-10)
Bersama-sama kami menulis di buku catatan kesimpulan: Semakin kecil jari-jari ion, semakin besar medan listrik yang tercipta di sekitarnya, semakin banyak energi yang dilepaskan selama hidrasi, sehingga semakin kuat sifat reduksi logam tersebut dalam reaksi.
Informasi sejarah: pidato siswa tentang kreasi Beketov tentang rangkaian perpindahan logam. (Geser 11)
Aksi rangkaian tegangan elektrokimia logam hanya dibatasi oleh reaksi logam dengan larutan elektrolit (asam, garam).
Memo:
- Sifat pereduksi logam menurun selama reaksi dalam larutan air pada kondisi standar (250°C, 1 atm);
- Logam di sebelah kiri menggantikan logam di sebelah kanan dari garamnya dalam larutan;
- Logam sebelum hidrogen menggantikannya dari asam dalam larutan (kecuali: HNO3);
- Saya (kepada Al) + H 2 O -> alkali + H 2
Lainnya Saya (sampai H 2) + H 2 O -> oksida + H 2 (kondisi keras)
Saya (setelah H 2) + H 2 O -> tidak bereaksi
(Geser 12)
Pengingat dibagikan kepada teman-teman.
Kerja praktek:“Interaksi logam dengan larutan garam” (Slide 13)
Lakukan transisi:
- CuSO 4 -> FeSO 4
- CuSO 4 -> ZnSO 4
Demonstrasi pengalaman interaksi antara larutan tembaga dan merkuri(II) nitrat.
AKU AKU AKU. Refleksi, refleksi.
Kita ulangi: dalam hal apa kita menggunakan tabel periodik, dan dalam hal apa rangkaian tegangan logam diperlukan? (Slide 14-15).
Mari kita kembali ke pertanyaan awal pelajaran. Kami menampilkan pertanyaan 6 dan 7 di layar. Kami menganalisis pernyataan mana yang salah. Ada kunci di layar (memeriksa tugas 1). (Geser 16).
Mari kita rangkum pelajarannya:
- Hal baru apa yang Anda pelajari?
- Dalam hal apa rangkaian tegangan elektrokimia logam dapat digunakan?
Pekerjaan rumah: (Geser 17)
- Mengulangi konsep “POTENSI” dari mata kuliah fisika;
- Lengkapi persamaan reaksinya, tulis persamaan keseimbangan elektron: Cu + Hg(NO 3) 2 →
- Logam diberikan ( Fe, Mg, Pb, Cu)– mengusulkan eksperimen yang mengkonfirmasi lokasi logam-logam ini dalam rangkaian tegangan elektrokimia.
Kami mengevaluasi hasil permainan gertakan, kerja di papan, jawaban lisan, komunikasi, dan kerja praktek.
Sastra yang digunakan:
- OS Gabrielyan, GG Lysova, A.G. Vvedenskaya “Buku Pegangan untuk guru. Kimia kelas 11, bagian II” Bustard Publishing House.
- N.L. Glinka "Kimia Umum".
Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, H 2 , Cu, Ag, Hg, Au
Semakin jauh ke kiri suatu logam pada rangkaian potensial elektroda standar, semakin kuat zat pereduksinya; zat pereduksi terkuat adalah logam litium, emas adalah yang terlemah, dan sebaliknya, ion emas (III) adalah pengoksidasi terkuat. agen, litium (I) adalah yang terlemah.
Setiap logam mampu mereduksi garam dalam larutan logam-logam yang berada dalam rangkaian tegangan setelahnya; misalnya, besi dapat menggantikan tembaga dari larutan garamnya. Namun perlu diingat bahwa logam alkali dan alkali tanah akan bereaksi langsung dengan air.
Logam yang berada pada rangkaian tegangan di sebelah kiri hidrogen mampu menggantikannya dari larutan asam encer dan melarutkannya di dalamnya.
Aktivitas reduksi suatu logam tidak selalu sesuai dengan posisinya dalam tabel periodik, karena dalam menentukan tempat suatu logam dalam suatu deret, tidak hanya kemampuannya menyumbangkan elektron yang diperhitungkan, tetapi juga energi yang dikeluarkan untuk penghancuran logam. kisi kristal logam, serta energi yang dikeluarkan untuk hidrasi ion.
Interaksi dengan zat sederhana
DENGAN oksigen Kebanyakan logam membentuk oksida - amfoter dan basa:
4Li + O 2 = 2Li 2 O,
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.
Logam alkali, kecuali litium, membentuk peroksida:
2Na + O 2 = Na 2 O 2.
DENGAN halogen logam membentuk garam asam hidrohalat, misalnya,
Cu + Cl 2 = CuCl 2.
DENGAN hidrogen logam paling aktif membentuk hidrida ionik - zat seperti garam di mana hidrogen memiliki bilangan oksidasi -1.
2Na + H2 = 2NaH.
DENGAN abu-abu logam membentuk sulfida - garam asam hidrogen sulfida:
DENGAN nitrogen Beberapa logam membentuk nitrida; reaksinya hampir selalu terjadi ketika dipanaskan:
3Mg + N2 = Mg3N2.
DENGAN karbon karbida terbentuk:
4Al + 3C = Al 3 C 4.
DENGAN fosfor – fosfida:
3Ca + 2P = Ca 3 P 2 .
Logam dapat berinteraksi satu sama lain, membentuk senyawa intermetalik :
2Na + Sb = Na 2 Sb,
3Cu + Au = Cu 3 Au.
Logam dapat larut satu sama lain pada suhu tinggi tanpa bereaksi atau terbentuk paduan.
Paduan
Paduan disebut sistem yang terdiri dari dua atau lebih logam, serta logam dan nonlogam, yang mempunyai sifat karakteristik yang hanya melekat pada keadaan logam.
Sifat-sifat paduan sangat beragam dan berbeda dengan sifat-sifat komponennya, misalnya agar emas menjadi lebih keras dan cocok untuk pembuatan perhiasan, ditambahkan perak ke dalamnya, dan paduan yang mengandung 40% kadmium dan 60% bismut. memiliki titik leleh 144 °C, jauh lebih rendah dibandingkan titik leleh komponen-komponennya (Cd 321 °C, Bi 271 °C).
Jenis paduan berikut ini dimungkinkan:
Logam-logam cair bercampur satu sama lain dalam perbandingan berapa pun, larut satu sama lain tanpa batas waktu, misalnya Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni dan lain-lain. Paduan ini memiliki komposisi yang homogen, memiliki ketahanan kimia yang tinggi, dan menghantarkan arus listrik;
Logam-logam yang diluruskan dicampur satu sama lain dalam perbandingan berapa pun, tetapi ketika didinginkan, mereka terpisah, dan diperoleh massa yang terdiri dari kristal-kristal komponen individu, misalnya Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb dan lain-lain.
Jika dari seluruh rangkaian potensial elektroda standar kita hanya memilih proses elektroda yang sesuai dengan persamaan umum
kemudian kita mendapatkan serangkaian tekanan logam. Selain logam, seri ini akan selalu menyertakan hidrogen, sehingga Anda dapat melihat logam mana yang mampu menggantikan hidrogen dari larutan asam dalam air.
Tabel 19. Rangkaian tegangan logam
Sejumlah tekanan untuk logam terpenting diberikan dalam tabel. 19. Posisi logam tertentu dalam deret tegangan mencirikan kemampuannya untuk mengalami interaksi redoks dalam larutan air pada kondisi standar. Ion logam merupakan zat pengoksidasi, dan logam dalam bentuk zat sederhana merupakan zat pereduksi. Selain itu, semakin jauh suatu logam terletak pada rangkaian tegangan, semakin kuat zat pengoksidasi dalam larutan berair adalah ion-ionnya, dan sebaliknya, semakin dekat logam tersebut ke awal rangkaian, semakin kuat sifat pereduksinya. zat - logam.
Potensi proses elektroda
di lingkungan netral sama dengan B (lihat halaman 273). Logam aktif pada awal rangkaian, yang memiliki potensi jauh lebih negatif daripada -0,41 V, menggantikan hidrogen dari air. Magnesium menggantikan hidrogen hanya dari air panas. Logam yang terletak di antara magnesium dan kadmium umumnya tidak menggantikan hidrogen dari air. Lapisan oksida terbentuk pada permukaan logam ini, yang memiliki efek perlindungan.
Logam yang terletak di antara magnesium dan hidrogen menggantikan hidrogen dari larutan asam. Pada saat yang sama, lapisan pelindung juga terbentuk pada permukaan beberapa logam, sehingga menghambat reaksi. Dengan demikian, lapisan oksida pada aluminium membuat logam ini stabil tidak hanya dalam air, tetapi juga dalam larutan asam tertentu. Timbal tidak larut dalam asam sulfat pada konsentrasi yang lebih rendah, karena garam yang terbentuk ketika timbal bereaksi dengan asam sulfat tidak larut dan membentuk lapisan pelindung pada permukaan logam. Fenomena penghambatan mendalam terhadap oksidasi logam karena adanya lapisan oksida atau garam pelindung pada permukaannya disebut kepasifan, dan keadaan logam dalam hal ini disebut keadaan pasif.
Logam mampu saling menggantikan dari larutan garam. Arah reaksi ditentukan oleh posisi relatifnya dalam rangkaian tegangan. Ketika mempertimbangkan kasus-kasus spesifik dari reaksi tersebut, harus diingat bahwa logam aktif menggantikan hidrogen tidak hanya dari air, tetapi juga dari larutan berair apa pun. Oleh karena itu, perpindahan timbal balik logam dari larutan garamnya secara praktis hanya terjadi dalam kasus logam yang terletak di deret setelah magnesium.
Beketov adalah orang pertama yang mempelajari secara rinci perpindahan logam dari senyawanya oleh logam lain. Hasil karyanya, ia menyusun logam menurut aktivitas kimianya menjadi rangkaian perpindahan, yang merupakan prototipe rangkaian tekanan logam.
Sepintas, posisi relatif beberapa logam dalam deret tegangan dan dalam tabel periodik tidak berhubungan satu sama lain. Misalnya, menurut posisi dalam tabel periodik, aktivitas kimia kalium harus lebih besar dari natrium, dan natrium - lebih besar dari litium. Dalam rangkaian tegangan, litium adalah yang paling aktif, dan kalium menempati posisi tengah antara litium dan natrium. Seng dan tembaga, menurut posisinya dalam tabel periodik, seharusnya memiliki aktivitas kimia yang kira-kira sama, tetapi dalam rangkaian tegangan, seng terletak jauh lebih awal daripada tembaga. Alasan ketidakkonsistenan semacam ini adalah sebagai berikut.
Saat membandingkan logam yang menempati posisi tertentu dalam tabel periodik, energi ionisasi atom bebas diambil sebagai ukuran aktivitas kimianya - kemampuan reduksi. Memang saat bergerak, misalnya dari atas ke bawah subgrup utama Grup I tabel periodik energi ionisasi atom berkurang, yang berhubungan dengan peningkatan jari-jarinya (yaitu, dengan semakin jauhnya jarak elektron terluar dari inti) dan dengan meningkatnya penyaringan muatan positif inti oleh lapisan elektronik perantara (lihat § 31) . Oleh karena itu, atom kalium menunjukkan aktivitas kimia yang lebih besar - sifat pereduksinya lebih kuat - dibandingkan atom natrium, dan atom natrium menunjukkan aktivitas lebih besar daripada atom litium.
Saat membandingkan logam dalam serangkaian tegangan, usaha mengubah logam dalam keadaan padat menjadi ion terhidrasi dalam larutan air diambil sebagai ukuran aktivitas kimia. Pekerjaan ini dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari tiga istilah: energi atomisasi - transformasi kristal logam menjadi atom terisolasi, energi ionisasi atom logam bebas dan energi hidrasi ion yang dihasilkan. Energi atomisasi mencirikan kekuatan kisi kristal suatu logam tertentu. Energi ionisasi atom - penghilangan elektron valensi darinya - secara langsung ditentukan oleh posisi logam dalam tabel periodik. Energi yang dilepaskan selama hidrasi bergantung pada struktur elektronik ion, muatan dan jari-jarinya.
Ion litium dan kalium, yang muatannya sama tetapi jari-jarinya berbeda, akan menghasilkan muatan yang tidak sama medan listrik. Medan yang dihasilkan di dekat ion litium kecil akan lebih kuat dibandingkan medan di dekat ion kalium besar. Dari sini jelas bahwa ion litium akan terhidrasi dengan pelepasan energi yang lebih banyak dibandingkan ion kalium.
Jadi, selama transformasi yang dipertimbangkan, energi dikeluarkan untuk atomisasi dan ionisasi, dan energi dilepaskan selama hidrasi. Semakin rendah konsumsi energi total, semakin mudah seluruh proses dan semakin dekat ke awal deret tegangan logam tersebut akan ditempatkan. Namun dari tiga suku keseimbangan energi umum, hanya satu - energi ionisasi - yang secara langsung ditentukan oleh posisi logam dalam tabel periodik. Oleh karena itu, tidak ada alasan untuk mengharapkan bahwa posisi relatif logam tertentu dalam deret tegangan akan selalu sesuai dengan posisinya dalam tabel periodik. Jadi, untuk litium, total konsumsi energinya ternyata lebih kecil dibandingkan kalium, yang menurutnya litium berada sebelum kalium dalam rangkaian tegangan.
Untuk tembaga dan seng, pengeluaran energi untuk ionisasi atom bebas dan perolehan energi selama hidrasi ion hampir sama. Namun bentuk logam tembaga lebih kuat kisi kristal, dibandingkan seng, seperti terlihat dari perbandingan titik leleh logam-logam berikut: seng meleleh pada , dan tembaga hanya pada . Oleh karena itu, energi yang dikeluarkan untuk atomisasi logam-logam ini berbeda secara signifikan, akibatnya total biaya energi untuk seluruh proses dalam kasus tembaga jauh lebih besar daripada dalam kasus seng, yang menjelaskan posisi relatif logam-logam ini. logam dalam deret tegangan.
Ketika berpindah dari air ke pelarut tidak berair, posisi relatif logam dalam rangkaian tegangan dapat berubah. Alasannya adalah energi solvasi ion logam yang berbeda berubah secara berbeda ketika berpindah dari satu pelarut ke pelarut lainnya.
Khususnya, ion tembaga terlarut cukup kuat dalam beberapa pelarut organik; Hal ini mengarah pada fakta bahwa dalam pelarut tersebut tembaga berada pada rangkaian tegangan sebelum hidrogen dan menggantikannya dari larutan asam.
Jadi, tidak seperti tabel periodik unsur, rangkaian tegangan logam bukanlah refleksi pola umum, atas dasar itu dimungkinkan untuk memberikan karakterisasi komprehensif tentang sifat kimia logam. Serangkaian tegangan hanya mencirikan kemampuan redoks sistem Elektrokimia "logam - ion logam" dalam kondisi yang ditentukan secara ketat: nilai yang diberikan di dalamnya mengacu pada larutan berair, suhu dan satuan konsentrasi (aktivitas) ion logam.
