Дополнительный материал к § 48

Электрохимический ряд напряжений металлов и его использование при выполнении самостоятельных работ (окончание)

Согласно этому ряду каждый металл, стоящий в нем, в принципе может вытеснить все следующие за ним металлы из растворов их солей, но практически такие реакции не всегда осуществимы. Это связано с рядом реальных причин, например с образованием на поверхности металлов плохо растворимых защитных пленок, которые нарушают контакт раствора с металлом, с характером раствора, и с другими причинами. Так, например, алюминий вытесняет медь из раствора хлорида меди, но не вытесняет ее из сульфата меди. Это связано с тем, что хлорид-ионы способны намного быстрее, чем сульфат-ионы, разрушать защитную пленку алюминия.

При решении вопроса о практическом протекании окислительно-восстановительных реакций следует учитывать характер реагентов и реальные условия протекания реакции.

Для подбора конкретных примеров окислительно-восстановительных реакций металлов и для написания уравнений реальных процессов следует учитывать такие рекомендации.

1. Активные металлы, стоящие в начале ряда напряжений до магния, окисляются ионом водорода Н⁺(H₃О⁺) как воды, так и растворов кислот и солей, вытесняя при реакции с ними молекулярный водород. (Практически при обычных условиях водой окисляются металлы, стоящие до цинка, но магний реагирует только с горячей водой, а алюминий окисляется ее ионом Н⁺ лишь после снятия защитной пленки.)

2. Металлы средней активности (Mn—Н) окисляются ионом гидроксония, как правило, лишь в кислой среде; металлы, имеющие амфотерные защитные пленки, — как в кислой, так и в щелочной среде.

3. Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из растворов кислот, за исключением азотной, у которой окислительные свойства ее нитрат-иона NO^ сильнее, чем иона гидроксония Н⁺(Н₃О⁺).

4. При взаимодействии металлов с растворами солей практически вытесняются из них менее активные металлы (от Мп и вправо):

активные металлы окисляются ионами Н⁺ воды и вытесняют молекулярный водород, а не металл;
многие металлы средней активности при взаимодействии с кислотами и солями покрываются труднорастворимыми пленками, что является причиной затруднения контакта с ионами раствора.

Часто, решая вопрос о химической активности металлов, мы обращаемся к периодической системе Д.И. Менделеева, но положение металлов в периодической системе и в ряду напряжений различно, так как в них отражены разные объекты; в первом случае — элементы, во втором — реальные вещества.

Так, в соответствии с положением щелочных металлов в периодической системе и согласно закономерным изменениям свойств элементов в подгруппе активность калия больше, чем лития, а активность натрия меньше, чем калия. По положению в ряду напряжений наиболее активным является литий, а калий занимает промежуточное положение между литием и натрием. В периодической системе и ее IV периоде медь и цинк стоят рядом, имеют близкие энергии ионизации и приблизительно равную химическую активность. А в электрохимическом ряду они далеко отстоят друг от друга и имеют различные электродные потенциалы.

Дело в том, что в периодической системе расположены химические элементы, мерой химической активности которых служат особенности строения их атомов и значения их энергии ионизации.

В электрохимическом ряду напряжений расположены кристаллические простые вещества — металлы и их ионы. Мерой их восстановительной и окислительной активности является их стандартный электродный потенциал.

Электрохимический ряд напряжений отражает также способность металла переходить в гидратированный ион, где мерой активности металла является энергия, которая складывается из трех слагаемых:

энергия атомизации — энергия превращения кристалла металла в изолированные атомы;
энергия ионизации — энергия отрыва валентных электронов от атома;
энергия гидратации образующихся ионов металла.

Первые два процесса — эндотермические, последний — экзотермический.

<<< К началу параграфа