გროსე ე., ვაისმანტელ ჰ.

ქიმია ცნობისმოყვარეებისთვის. ქიმიის საფუძვლები და გასართობი ექსპერიმენტები.

თავი 3 (გაგრძელება)

ლითონების ელექტროქიმიის მცირე კურსი

ჩვენ უკვე გავეცანით ტუტე ლითონის ქლორიდების ხსნარების ელექტროლიზს და ლითონების წარმოებას დნობის გამოყენებით. ახლა შევეცადოთ გამოვიყენოთ რამდენიმე მარტივი ექსპერიმენტი წყალხსნარებისა და გალვანური უჯრედების ელექტროქიმიის ზოგიერთი კანონის შესასწავლად და ასევე გავეცნოთ დამცავი გალვანური საფარის წარმოებას.
ელექტროქიმიური მეთოდები გამოიყენება თანამედროვე ანალიტიკურ ქიმიაში და ემსახურება თეორიული ქიმიის ყველაზე მნიშვნელოვანი რაოდენობების განსაზღვრას.
საბოლოოდ, კოროზია ლითონის საგნები, რომელიც დიდ ზიანს აყენებს ეროვნულ ეკონომიკას, უმეტეს შემთხვევაში ელექტროქიმიური პროცესია.

METALS სტრესის სერია

ელექტროქიმიური პროცესების გაგების ფუნდამენტური რგოლი არის ლითონების ძაბვის სერია. ლითონები შეიძლება განლაგდეს რიგით, რომელიც იწყება ქიმიურად აქტიური და მთავრდება ყველაზე ნაკლებად აქტიური კეთილშობილური ლითონებით:
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.
ეს არის, უახლესი იდეების თანახმად, ძაბვის სერია ყველაზე მნიშვნელოვანი ლითონებისა და წყალბადისთვის. თუ გალვანური უჯრედის ელექტროდები მზადდება ზედიზედ ნებისმიერი ორი ლითონისგან, მაშინ უარყოფითი ძაბვა გამოჩნდება მწკრივის წინა მასალაზე.
ძაბვის მნიშვნელობა ( ელექტროქიმიური პოტენციალი) დამოკიდებულია ელემენტის პოზიციაზე ძაბვის სერიაში და ელექტროლიტის თვისებებზე.
ჩვენ დავადგინებთ ძაბვის სერიის არსს რამდენიმე მარტივი ექსპერიმენტიდან, რისთვისაც დაგვჭირდება დენის წყარო და ელექტრო საზომი ხელსაწყოები. გახსენით დაახლოებით 10 გ კრისტალური სპილენძის სულფატი 100 მლ წყალში და ჩაყარეთ ფოლადის ნემსი ან რკინის ფურცლის ნაჭერი ხსნარში. (გირჩევთ ჯერ გაასუფთავოთ რკინა, სანამ არ გაბრწყინდება წვრილი ქვიშის ქაღალდით.) შემდეგ მოკლე დრორკინა დაიფარება გამოთავისუფლებული სპილენძის მოწითალო ფენით. უფრო აქტიური რკინა აშორებს სპილენძს ხსნარიდან, რკინა იხსნება იონების სახით და სპილენძი გამოიყოფა ლითონის სახით. პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ხსნარი რკინასთან არის კონტაქტში. მას შემდეგ, რაც სპილენძი დაფარავს რკინის მთელ ზედაპირს, ის პრაქტიკულად გაჩერდება. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება სპილენძის საკმაოდ ფოროვანი ფენა, ამიტომ დამცავი საფარის მიღება შეუძლებელია დენის გამოყენების გარეშე.
შემდეგ ექსპერიმენტებში, ჩვენ ჩავდებთ თუთიის და ტყვიის ფურცლის პატარა ზოლებს სპილენძის სულფატის ხსნარში. 15 წუთის შემდეგ ამოვიღებთ, ვრეცხავთ და მიკროსკოპით ვამოწმებთ. ჩვენ შეგვიძლია განვასხვავოთ ლამაზი ყინულის მსგავსი ნიმუშები, რომლებიც არეკლილი შუქით წითელი ფერისაა და შედგება გამოთავისუფლებული სპილენძისგან. აქაც უფრო აქტიურმა ლითონებმა გარდაქმნა სპილენძი იონურიდან მეტალურ მდგომარეობაში.
თავის მხრივ, სპილენძს შეუძლია გადაანაცვლოს ლითონები, რომლებიც უფრო დაბალია ძაბვის სერიაში, ანუ ნაკლებად აქტიურია. დაასხით რამდენიმე წვეთი ვერცხლის ნიტრატის ხსნარი სპილენძის ფურცლის თხელ ზოლზე ან გაბრტყელებულ სპილენძის მავთულზე (ადრე გაასუფთავეთ ზედაპირი ბზინვარებამდე). შეუიარაღებელი თვალით ხედავთ მიღებულ მოშავო ფენას, რომელიც მიკროსკოპის ქვეშ არეკლილი შუქის ქვეშ თხელ ნემსებსა და მცენარეთა ნიმუშებს (ე.წ. დენდრიტებს) ჰგავს.
თუთიის დენის გარეშე იზოლირებისთვის საჭიროა უფრო აქტიური ლითონის გამოყენება. თუ არ ჩავთვლით ლითონებს, რომლებიც ძალადად რეაგირებენ წყალთან, ჩვენ ვპოულობთ მაგნიუმს თუთიის ზემოთ ძაბვის სერიაში. დაასხით თუთიის სულფატის ხსნარის რამდენიმე წვეთი მაგნიუმის ლენტის ნაჭერზე ან თხელ ელექტრონულ ნაჭრებზე. თუთიის სულფატის ხსნარს ვიღებთ განზავებულ გოგირდმჟავაში თუთიის ნაჭრის გახსნით. თუთიის სულფატთან ერთად, დაამატეთ რამდენიმე წვეთი დენატურირებული ალკოჰოლი. მაგნიუმზე, ხანმოკლე პერიოდის შემდეგ, ჩვენ შევამჩნევთ, განსაკუთრებით მიკროსკოპის ქვეშ, თხელი კრისტალების სახით გამოთავისუფლებულ თუთიას.
ზოგადად, ძაბვის სერიის ნებისმიერი წევრი შეიძლება გადაინაცვლოს ხსნარიდან, სადაც ის იონის სახით არსებობს და გარდაიქმნას მეტალის მდგომარეობაში. თუმცა, როდესაც ვცდილობთ ყველა სახის კომბინაციას, შეიძლება იმედგაცრუებული დავრჩეთ. როგორც ჩანს, თუ ალუმინის ზოლი ჩაეფლო სპილენძის, რკინის, ტყვიის და თუთიის მარილების ხსნარებში, ეს ლითონები მასზე უნდა გამოთავისუფლდეს. მაგრამ ეს, თუმცა, არ ხდება. წარუმატებლობის მიზეზი არ მდგომარეობს ძაბვის სერიის შეცდომაში, არამედ ეფუძნება რეაქციის სპეციალურ დათრგუნვას, რაც ამ შემთხვევაში განპირობებულია ალუმინის ზედაპირზე თხელი ოქსიდის ფირით. ასეთ ხსნარებში ალუმინს პასიური ეწოდება.

მოდი კულისებს მიღმა გავიხედოთ

მიმდინარე პროცესების კანონების ფორმულირებისთვის შეგვიძლია შემოვიფარგლოთ კათიონების განხილვით და გამოვრიცხოთ ანიონები, რადგან ისინი თავად არ მონაწილეობენ რეაქციაში. (თუმცა დეპონირების სიჩქარეზე გავლენას ახდენს ანიონების ტიპი.) თუ სიმარტივისთვის ჩავთვლით, რომ როგორც ნალექი, ასევე გახსნილი ლითონები წარმოქმნიან ორმაგად დამუხტულ კატიონებს, მაშინ შეგვიძლია დავწეროთ:

მე 1 + მე 2 2+ = მე 1 2+ + მე 2

უფრო მეტიც, პირველი ექსპერიმენტისთვის Me 1 = Fe, Me 2 = Cu.
ასე რომ, პროცესი შედგება მუხტების (ელექტრონების) გაცვლაში ორივე ლითონის ატომებსა და იონებს შორის. თუ ცალკე განვიხილავთ (როგორც შუალედური რეაქციები) რკინის დაშლა ან სპილენძის ნალექი, მივიღებთ:

Fe = Fe 2+ + 2 ე --

Cu 2+ + 2 ე-- = კუ

ახლა განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც ლითონი ჩაეფლო წყალში ან მარილის ხსნარში, რომლის კატიონთან გაცვლა შეუძლებელია დაძაბულობის სერიაში მისი პოზიციის გამო. ამის მიუხედავად, ლითონი იონის სახით ხსნარში გადადის. ამ შემთხვევაში ლითონის ატომი თმობს ორ ელექტრონს (თუ ლითონი ორვალენტიანია), ხსნარში ჩაძირული ლითონის ზედაპირი ხსნართან შედარებით უარყოფითად დამუხტული ხდება და ინტერფეისზე წარმოიქმნება ორმაგი ელექტრული ფენა. ეს პოტენციური განსხვავება ხელს უშლის ლითონის შემდგომ დაშლას, ასე რომ პროცესი მალე შეჩერდება.
თუ ორი განსხვავებული ლითონი ჩაეფლო ხსნარში, ისინი ორივე დამუხტავს, მაგრამ ნაკლებად აქტიური იქნება გარკვეულწილად სუსტი, იმის გამო, რომ მისი ატომები ნაკლებად არიან მიდრეკილნი ელექტრონების დაკარგვისკენ.
შევაერთოთ ორივე ლითონი გამტართან. პოტენციური განსხვავების გამო, ელექტრონების ნაკადი მიედინება უფრო აქტიური მეტალიდან ნაკლებად აქტიურში, რაც ქმნის ელემენტის დადებით პოლუსს. ხდება პროცესი, რომლის დროსაც უფრო აქტიური ლითონი გადადის ხსნარში და კათიონები ხსნარიდან გამოიყოფა უფრო კეთილშობილ ლითონზე. მოდით ახლა ავღნიშნოთ ზემოთ მოყვანილი გარკვეულწილად აბსტრაქტული მსჯელობა (რომელიც, უფრო მეტიც, წარმოადგენს უხეში გამარტივებას) რამდენიმე ექსპერიმენტით.
ჯერ 250 მლ-იანი ჭიქა შუამდე შეავსეთ გოგირდმჟავას 10%-იანი ხსნარით და ჩაყარეთ მასში თუთიისა და სპილენძის არც თუ ისე პატარა ნაჭრები. ორივე ელექტროდს ვამაგრებთ ან ვამაგრებთ სპილენძის მავთულს, რომლის ბოლოები არ უნდა ეხებოდეს ხსნარს.
სანამ მავთულის ბოლოები ერთმანეთთან არ არის დაკავშირებული, ჩვენ დავაკვირდებით თუთიის დაშლას, რასაც თან ახლავს წყალბადის გამოყოფა. თუთია, როგორც ძაბვის სერიიდან ჩანს, წყალბადზე უფრო აქტიურია, ამიტომ ლითონს შეუძლია წყალბადის იონური მდგომარეობიდან გადაადგილება. ორივე მეტალზე წარმოიქმნება ელექტრო ორმაგი ფენა. ელექტროდებს შორის პოტენციური განსხვავების დასადგენად უმარტივესი გზა არის ვოლტმეტრი. მოწყობილობის წრედთან დაკავშირებისთანავე, ისარი მიუთითებს დაახლოებით 1 ვ, მაგრამ შემდეგ ძაბვა სწრაფად დაეცემა. თუ ელემენტს დააკავშირებთ პატარა ნათურას, რომელიც მოიხმარს 1 ვოლტს, ის ანათებს - ჯერ საკმაოდ ძლიერად, შემდეგ კი ბზინვარება სუსტდება.
მოწყობილობის ტერმინალების პოლარობიდან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სპილენძის ელექტროდი არის დადებითი პოლუსი. ეს შეიძლება დადასტურდეს მოწყობილობის გარეშე პროცესის ელექტროქიმიის გათვალისწინებით. მოვამზადოთ სუფრის მარილის გაჯერებული ხსნარი პატარა ჭიქაში ან სინჯარაში, დავამატოთ ფენოლფთალეინის ინდიკატორის დაახლოებით 0,5 მლ სპირტიანი ხსნარი და ჩავყაროთ მავთულით დახურული ორივე ელექტროდი ხსნარში. ნეგატიურ პოლუსთან შეინიშნება მკრთალი მოწითალო ფერი, რაც გამოწვეულია კათოდზე ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წარმოქმნით.
სხვა ექსპერიმენტებში შეიძლება უჯრედში მოათავსოთ სხვადასხვა წყვილი ლითონი და დაადგინოთ მიღებული ძაბვა. მაგალითად, მაგნიუმი და ვერცხლი მისცემს განსაკუთრებით დიდ პოტენციურ განსხვავებას მათ შორის და ძაბვის სერიის მნიშვნელოვანი მანძილის გამო, ხოლო თუთია და რკინა, პირიქით, მისცემს ძალიან მცირეს, ვოლტის მეათედზე ნაკლებს. ალუმინის გამოყენებით ჩვენ პრაქტიკულად არ მივიღებთ დენს პასივაციის გამო.
ყველა ამ ელემენტს, ან, როგორც ელექტროქიმიკოსები ამბობენ, სქემებს აქვთ მინუსი, რომ დენის გაზომვისას მათზე ძაბვა ძალიან სწრაფად ეცემა. ამიტომ, ელექტროქიმიკოსები ყოველთვის გაზომავენ ძაბვის ნამდვილ მნიშვნელობას დეენერგიულ მდგომარეობაში ძაბვის კომპენსაციის მეთოდის გამოყენებით, ანუ ადარებენ მას სხვა დენის წყაროს ძაბვასთან.
მოდით განვიხილოთ პროცესები სპილენძ-თუთიის ელემენტში ცოტა უფრო დეტალურად. კათოდზე თუთია გადადის ხსნარში შემდეგი განტოლების მიხედვით:

Zn = Zn 2+ + 2 ე --

გოგირდმჟავას წყალბადის იონები გამოიყოფა სპილენძის ანოდში. ისინი ამაგრებენ თუთიის კათოდიდან მავთულის გავლით გამოსულ ელექტრონებს და შედეგად წარმოიქმნება წყალბადის ბუშტები:

2H + + 2 ე-- = N 2

ხანმოკლე პერიოდის შემდეგ სპილენძი დაიფარება წყალბადის ბუშტების თხელი ფენით. ამ შემთხვევაში, სპილენძის ელექტროდი გადაიქცევა წყალბადად და პოტენციური განსხვავება შემცირდება. ამ პროცესს ელექტროდის პოლარიზაცია ეწოდება. სპილენძის ელექტროდის პოლარიზაცია შეიძლება აღმოიფხვრას ძაბვის ვარდნის შემდეგ უჯრედში ცოტაოდენი კალიუმის დიქრომატის ხსნარის დამატებით. ამის შემდეგ, ძაბვა კვლავ გაიზრდება, რადგან კალიუმის დიქრომატი წყალბადს წყალში დაჟანგავს. კალიუმის დიქრომატი ამ შემთხვევაში მოქმედებს როგორც დეპოლარიზატორი.
პრაქტიკაში გამოიყენება გალვანური სქემები, რომელთა ელექტროდები არ არის პოლარიზებული, ან სქემები, რომელთა პოლარიზაცია შეიძლება აღმოიფხვრას დეპოლარიზატორების დამატებით.
როგორც არაპოლარიზებული ელემენტის მაგალითი, განვიხილოთ დანიელის ელემენტი, რომელიც ხშირად გამოიყენებოდა წარსულში, როგორც მიმდინარე წყარო. ეს ასევე არის სპილენძ-თუთიის ელემენტი, მაგრამ ორივე ლითონი ჩაეფლო სხვადასხვა ხსნარებში. თუთიის ელექტროდი მოთავსებულია ფოროვან თიხის უჯრედში, რომელიც სავსეა განზავებული (დაახლოებით 20%) გოგირდის მჟავით. თიხის უჯრედი შეჩერებულია დიდ მინაში, რომელიც შეიცავს სპილენძის სულფატის კონცენტრირებულ ხსნარს, ხოლო ბოლოში არის სპილენძის სულფატის კრისტალების ფენა. ამ ჭურჭელში მეორე ელექტროდი არის სპილენძის ფურცლისგან დამზადებული ცილინდრი.
ეს ელემენტი შეიძლება დამზადდეს შუშის ქილისგან, კომერციულად ხელმისაწვდომი თიხის უჯრედისგან (უკიდურეს შემთხვევაში ვიყენებთ ყვავილის ქოთანს, რომელიც ბოლოში ხვრელს ვხურავთ) და შესაბამისი ზომის ორი ელექტროდისგან.
ელემენტის მუშაობის დროს თუთია იხსნება თუთიის სულფატის წარმოქმნით, ხოლო სპილენძის იონები გამოიყოფა სპილენძის ელექტროდზე. მაგრამ ამავდროულად, სპილენძის ელექტროდი არ არის პოლარიზებული და ელემენტი აწარმოებს ძაბვას დაახლოებით 1 ვ. სინამდვილეში, თეორიულად, ძაბვა ტერმინალებზე არის 1.10 ვ, მაგრამ დენის შეგროვებისას ჩვენ ვზომავთ ოდნავ დაბალ მნიშვნელობას ელექტროენერგიის გამო. უჯრედის წინააღმდეგობა.
თუ ელემენტს არ მოვაცილებთ დენს, საჭიროა თუთიის ელექტროდი ამოვიღოთ გოგირდმჟავას ხსნარიდან, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში ის დაიშლება წყალბადის წარმოქმნით.
მარტივი უჯრედის დიაგრამა, რომელიც არ საჭიროებს ფოროვან დანაყოფის, ნაჩვენებია სურათზე. თუთიის ელექტროდი მდებარეობს შუშის ქილის ზედა ნაწილში, ხოლო სპილენძის ელექტროდი მდებარეობს ბოლოში. მთელი უჯრედი ივსება სუფრის მარილის გაჯერებული ხსნარით. ქილის ძირში მოათავსეთ მუჭა სპილენძის სულფატის კრისტალები. მიღებული კონცენტრირებული სპილენძის სულფატის ხსნარი ძალიან ნელა ერევა სუფრის მარილის ხსნარს. ამიტომ, როდესაც უჯრედი მუშაობს, სპილენძი გამოიყოფა სპილენძის ელექტროდზე, ხოლო თუთია დაიშლება უჯრედის ზედა ნაწილში სულფატის ან ქლორიდის სახით.
დღესდღეობით ბატარეები იყენებენ თითქმის ექსკლუზიურად მშრალ უჯრედებს, რომელთა გამოყენება უფრო მოსახერხებელია. მათი წინაპარი არის Leclanche ელემენტი. ელექტროდები არის თუთიის ცილინდრი და ნახშირბადის ღერო. ელექტროლიტი არის პასტა, რომელიც ძირითადად შედგება ამონიუმის ქლორიდისგან. თუთია იხსნება პასტაში და წყალბადი გამოიყოფა ნახშირზე. პოლარიზაციის თავიდან აცილების მიზნით, ნახშირბადის ღერო ჩაედინება თეთრეულის ჩანთაში, რომელიც შეიცავს ნახშირის ფხვნილისა და პიროლუზიტის ნარევს. ნახშირბადის ფხვნილი ზრდის ელექტროდის ზედაპირს, ხოლო პიროლუზიტი მოქმედებს როგორც დეპოლარიზატორი, ნელ-ნელა ჟანგვის წყალბადს.
მართალია, პიროლუზიტის დეპოლარიზაციის უნარი უფრო სუსტია, ვიდრე ადრე ნახსენები კალიუმის დიქრომატის. ამიტომ, როდესაც დენი მიიღება მშრალ უჯრედებში, ძაბვა სწრაფად ეცემა. დაიღალე"პოლარიზაციის გამო. მხოლოდ გარკვეული დროის შემდეგ ხდება წყალბადის დაჟანგვა პიროლუზიტით. ამრიგად, ელემენტები " დასვენება“, თუ დენი არ გადიხართ გარკვეული დროით. მოდით, ეს შევამოწმოთ აკუმულატორის ფანრისთვის, რომელსაც ვუერთებთ ნათურას. ნათურის პარალელურად, ანუ პირდაპირ ტერმინალებთან, ვუერთებთ ვოლტმეტრს.
თავდაპირველად, ძაბვა იქნება დაახლოებით 4,5 ვ. (ყველაზე ხშირად, ასეთ ბატარეებს აქვთ სამი უჯრედი, რომლებიც დაკავშირებულია სერიაში, თითოეულს აქვს თეორიული ძაბვა 1,48 ვ). დასუსტება. ვოლტმეტრის ჩვენებიდან გამომდინარე, შეგვიძლია ვიმსჯელოთ რამდენი ხანი სჭირდება ბატარეას დასვენება.
განსაკუთრებული ადგილი უკავია რეგენერატორ ელემენტებს, რომლებიც ცნობილია როგორც ბატარეები. ისინი განიცდიან შექცევად რეაქციებს და მათი დამუხტვა შესაძლებელია უჯრედის განმუხტვის შემდეგ გარე DC წყაროსთან შეერთებით.
ამჟამად, ტყვიის მჟავა ბატარეები ყველაზე გავრცელებულია; მათში არსებული ელექტროლიტი არის განზავებული გოგირდის მჟავა, რომელშიც ჩაეფლო ორი ტყვიის ფირფიტა. დადებითი ელექტროდი დაფარულია ტყვიის დიოქსიდით PbO 2, უარყოფითი არის მეტალის ტყვია. ძაბვა ტერმინალებზე არის დაახლოებით 2,1 ვ. განმუხტვისას ორივე ფირფიტაზე წარმოიქმნება ტყვიის სულფატი, რომელიც დატენვისას კვლავ იქცევა მეტალის ტყვიად და ტყვიის პეროქსიდში.

გალვანური საფარის გამოყენება

ლითონების დეპონირება წყალხსნარებიდან ელექტრო დენის გამოყენებით არის ელექტროლიტური დაშლის საპირისპირო პროცესი, რომელსაც გავეცანით გალვანური უჯრედების განხილვისას. უპირველეს ყოვლისა, ჩვენ განვიხილავთ სპილენძის დეპონირებას, რომელიც გამოიყენება სპილენძის კულომეტრში ელექტროენერგიის რაოდენობის გასაზომად.

ლითონი დეპონირდება დენით

ორი თხელი ფურცლის სპილენძის ფირფიტის ბოლოების მოხრილი, ჩვენ მათ ჭიქის მოპირდაპირე კედლებზე ან, კიდევ უკეთესი, პატარა მინის აკვარიუმზე ვკიდებთ. ჩვენ ვამაგრებთ მავთულს ფირფიტებზე ტერმინალებით.
ელექტროლიტიმოვამზადოთ შემდეგი რეცეპტის მიხედვით: 125გრ კრისტალური სპილენძის სულფატი, 50გრ კონცენტრირებული გოგირდმჟავა და 50გრ სპირტი (დენატურირებული სპირტი), დანარჩენი წყალი 1 ლიტრამდე. ამისათვის ჯერ გახსენით სპილენძის სულფატი 500 მლ წყალში, შემდეგ ფრთხილად დაამატეთ გოგირდმჟავა მცირე ულუფებით ( გათბობა! სითხემ შეიძლება დაასხას!), შემდეგ დაამატეთ ალკოჰოლი და დაამატეთ წყალი 1 ლიტრი მოცულობით.
შეავსეთ კულომეტრი მომზადებული ხსნარით და შეაერთეთ ცვლადი წინააღმდეგობა, ამპერმეტრი და ტყვიის ბატარეა წრედში. წინააღმდეგობის გამოყენებით ვარეგულირებთ დენს ისე, რომ მისი სიმკვრივე იყოს ელექტროდის ზედაპირის 0,02-0,01 ა/სმ 2. თუ სპილენძის ფირფიტას აქვს 50 სმ2 ფართობი, მაშინ დენი უნდა იყოს 0,5-1 ა-ის დიაპაზონში.
გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ღია წითელი მეტალის სპილენძი დაიწყებს დალექვას კათოდში (უარყოფითი ელექტროდი), ხოლო სპილენძი გადავა ხსნარში ანოდში (დადებითი ელექტროდი). სპილენძის ფირფიტების გასაწმენდად კულომეტრში დენს გავავლებთ დაახლოებით ნახევარი საათის განმავლობაში. შემდეგ ვიღებთ კათოდს, ფრთხილად ვაშრობთ ფილტრის ქაღალდით და ზუსტად ავწონით. დავაყენოთ ელექტროდი საკანში, დავხუროთ წრედი რეოსტატის გამოყენებით და შევინარჩუნოთ მუდმივი დენი, მაგალითად 1 ა. ერთი საათის შემდეგ გავხსნათ წრე და ისევ ავწონოთ გამხმარი კათოდი. 1 ა დენის დროს მისი მასა გაიზრდება 1,18 გ-ით მუშაობის საათში.
მაშასადამე, ხსნარში გავლისას 1 ამპერ საათის ტოლი ელექტროენერგიის რაოდენობამ შეიძლება გამოყოს 1,18 გრ სპილენძი. ან საერთოდ: გამოთავისუფლებული ნივთიერების რაოდენობა პირდაპირპროპორციულია ხსნარში გამავალი ელექტროენერგიის რაოდენობისა.
იონის 1 ეკვივალენტის გამოსაყოფად საჭიროა ხსნარში გადავიდეს ელექტროდენის ტოლი ელექტროდის მუხტის e და ავოგადროს რიცხვის ნამრავლის. ნ A:
e*N A = 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 = 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 ეს მნიშვნელობა მითითებულია სიმბოლოთი ფდა ეწოდა ელექტროლიზის რაოდენობრივი კანონების აღმომჩენის სახელს ფარადეის ნომერი(ზუსტი ღირებულება ფ- 96,498 A*s*mol -1). მაშასადამე, ხსნარიდან მოცემული რაოდენობის ეკვივალენტების გამოყოფა ნ e ელექტროენერგიის რაოდენობა უნდა გაიაროს ხსნარში ტოლი F*n e A*s*mol -1 . სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ,
მე*ტ =F*nაუ აქ მე- მიმდინარე, ტ- ხსნარში დენის გავლის დრო. განყოფილებაში " ტიტრების საფუძვლები„უკვე ნაჩვენებია ნივთიერების ეკვივალენტთა რაოდენობა ნ e უდრის მოლების რაოდენობის ნამრავლს და ეკვივალენტურ რიცხვს:
ნ e = ნ*ზაქედან გამომდინარე:

მე*ტ = F*n*Z

ამ შემთხვევაში ზ- იონური მუხტი (Ag +-ისთვის ზ= 1, Cu 2+-ისთვის ზ= 2, Al 3+-ისთვის ზ= 3 და ა.შ.). თუ მოლების რაოდენობას გამოვხატავთ, როგორც მასის შეფარდება მოლურ მასასთან ( ნ = მ/მ), შემდეგ ვიღებთ ფორმულას, რომელიც საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ ელექტროლიზის დროს მიმდინარე ყველა პროცესი:

მე*ტ =F*m*Z/M

ამ ფორმულის გამოყენებით შეგიძლიათ გამოთვალოთ მიმდინარეობა:

მე = F*m*Z/(t*M)= 9.65*10 4 *1.18*2 / (3600*63.54) A*s*g*mol/(s*mol*g) = 0.996 ა

თუ შემოვიყვანთ მიმართებას ელექტრო სამუშაოსთვის ველ

ვ el = U*I*tდა ვფოსტა/ უ = მე*ტ

შემდეგ, იცის დაძაბულობა უ, შეგიძლიათ გამოთვალოთ:

ვ el = F*m*Z*U/M

ასევე შესაძლებელია გამოვთვალოთ რამდენი დრო სჭირდება ნივთიერების გარკვეული რაოდენობის ელექტროლიტურ გამოყოფას, ან რამდენი ნივთიერება გამოიყოფა გარკვეულ დროში. ექსპერიმენტის დროს დენის სიმკვრივე უნდა შენარჩუნდეს მითითებულ საზღვრებში. თუ ის 0,01 A/cm2-ზე ნაკლებია, მაშინ ძალიან ცოტა მეტალი გამოიყოფა, რადგან ნაწილობრივ წარმოიქმნება სპილენძის(I) იონები. თუ დენის სიმკვრივე ძალიან მაღალია, საფარის გადაბმა ელექტროდზე სუსტი იქნება და როდესაც ელექტროდი ამოღებულია ხსნარიდან, ის შეიძლება დაიმსხვრას.
პრაქტიკაში, ლითონებზე გალვანური საფარი გამოიყენება ძირითადად კოროზიისგან დასაცავად და სარკისებრი ბზინვის მისაღებად.
გარდა ამისა, ლითონები, განსაკუთრებით სპილენძი და ტყვია, იწმინდება ანოდური დაშლით და შემდგომი გამოყოფით კათოდზე (ელექტროლიტური გადამუშავება).
რკინის სპილენძის ან ნიკელის დასაფენად, ჯერ კარგად უნდა გაასუფთაოთ ობიექტის ზედაპირი. ამისათვის გააპრიალეთ იგი გარეცხილი ცარცით და თანმიმდევრულად წაუსვით ცხიმი კაუსტიკური სოდის, წყლისა და ალკოჰოლის განზავებული ხსნარით. თუ ნივთი ჟანგით არის დაფარული, საჭიროა წინასწარ დაწუროთ იგი გოგირდმჟავას 10-15%-იან ხსნარში.
გასუფთავებულ პროდუქტს ვკიდებთ ელექტროლიტურ აბაზანაში (პატარა აკვარიუმში ან ჭიქაში), სადაც ის იქნება კათოდური.
სპილენძის საფარის გამოსაყენებელი ხსნარი შეიცავს 250 გ სპილენძის სულფატს და 80-100 გ კონცენტრირებულ გოგირდმჟავას 1 ლიტრ წყალში (ფრთხილად!). ამ შემთხვევაში, სპილენძის ფირფიტა იქნება ანოდი. ანოდის ზედაპირი დაახლოებით უნდა იყოს დაფარული ობიექტის ზედაპირის ტოლი. ამიტომ, თქვენ ყოველთვის უნდა უზრუნველყოთ, რომ სპილენძის ანოდი აბანოში დაკიდებული იყოს იმავე სიღრმეზე, როგორც კათოდი.
პროცესი განხორციელდება 3-4 ვ ძაბვით (ორი ბატარეა) და დენის სიმკვრივით 0,02-0,4 ა/სმ 2. ხსნარის ტემპერატურა აბაზანაში უნდა იყოს 18-25 °C.
მივაქციოთ ყურადღება, რომ ანოდის სიბრტყე და დასაფარი ზედაპირი ერთმანეთის პარალელურია. უმჯობესია არ გამოიყენოთ რთული ფორმის ობიექტები. ელექტროლიზის ხანგრძლივობის ცვლილებით შესაძლებელია სხვადასხვა სისქის სპილენძის საფარის მიღება.
ხშირად ისინი მიმართავენ წინასწარ სპილენძის მოპირკეთებას, რათა ამ ფენაზე სხვა ლითონის გამძლე საფარი გამოიყენონ. ეს განსაკუთრებით ხშირად გამოიყენება რკინის ქრომირებისთვის, თუთიის ჩამოსხმის ნიკელისთვის და სხვა შემთხვევებში. მართალია, ამ მიზნით ძალიან შხამიანი ციანიდის ელექტროლიტები გამოიყენება.
ნიკელის დასაფენად ელექტროლიტის მოსამზადებლად 450 მლ წყალში გახსენით 25 გ კრისტალური ნიკელის სულფატი, 10 გ ბორის მჟავა ან 10 გ ნატრიუმის ციტრატი. ნატრიუმის ციტრატი თავად შეგიძლიათ მოამზადოთ 10 გ ხსნარის ნეიტრალიზებით ლიმონის მჟავაგანზავებული ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი ან სოდა ხსნარი. მოდით ანოდი იყოს ნიკელის ფირფიტა ყველაზე დიდი ფართობით და მიიღეთ ბატარეა, როგორც ძაბვის წყარო.
ცვლადი წინააღმდეგობის გამოყენებით, ჩვენ შევინარჩუნებთ დენის სიმკვრივეს 0,005 ა/სმ 2-ის ტოლი. მაგალითად, ობიექტის ზედაპირის 20 სმ 2, თქვენ უნდა იმუშაოთ მიმდინარე ძალა 0.1 A. ნახევარი საათის მუშაობის შემდეგ, ობიექტი უკვე იქნება ნიკელის მოოქროვილი. ამოვიღოთ აბანოდან და გავწმინდოთ ტილოთი. თუმცა, უმჯობესია არ შეწყვიტოთ ნიკელის დაფარვის პროცესი, რადგან ამის შემდეგ ნიკელის ფენა შეიძლება გახდეს პასივირებული და შემდგომი ნიკელის საფარი კარგად არ შეიწოვება.
სარკისებური ბზინვის მისაღწევად მექანიკური გაპრიალების გარეშე, გალვანურ აბაზანაში შეგვყავს ე.წ. ასეთ დანამატებს მიეკუთვნება, მაგალითად, წებო, ჟელატინი, შაქარი. შეგიძლიათ, მაგალითად, რამდენიმე გრამი შაქარი დაუმატოთ ნიკელის აბაზანას და შეისწავლოთ მისი ეფექტი.
ელექტროლიტის მოსამზადებლად რკინის ქრომის მოსამზადებლად (წინასწარი სპილენძის დაფარვის შემდეგ), 100 მლ წყალში გახსენით 40 გ ქრომის მჟავას ანჰიდრიდი CrO 3 (ფრთხილად! შხამი!) და ზუსტად 0,5 გ გოგირდის მჟავა (არავითარ შემთხვევაში მეტი!). . პროცესი ხდება დაახლოებით 0,1 ა/სმ 2 დენის სიმკვრივით და ანოდად გამოიყენება ტყვიის ფირფიტა, რომლის ფართობი ოდნავ ნაკლები უნდა იყოს ქრომირებული ზედაპირის ფართობზე.
ნიკელის და ქრომის აბაზანები უმჯობესია ოდნავ გაცხელდეს (დაახლოებით 35 ° C-მდე). გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ელექტროლიტები ქრომირებული საფარისთვის, განსაკუთრებით ხანგრძლივი პროცესის დროს და მაღალი სიძლიერემიმდინარე, გამოყოფს ქრომის მჟავას შემცველ ორთქლს, რომელიც ძალიან საზიანოა ჯანმრთელობისთვის. ამიტომ, ქრომირებული მოპირკეთება უნდა განხორციელდეს წევის ქვეშ ან ღია ცის ქვეშ, მაგალითად აივანზე.
ქრომირებული მოოქროვებისას (და ნაკლებად ნიკელის მოოქროვებისას), მთელი დენი არ გამოიყენება ლითონის დეპონირებისთვის. ამავდროულად, წყალბადი გამოიყოფა. რიგი ძაბვებიდან გამომდინარე, მოსალოდნელია, რომ წყალბადის წინ მყოფი ლითონები საერთოდ არ უნდა განთავისუფლდნენ წყალხსნარებიდან, არამედ პირიქით, ნაკლებად აქტიური წყალბადი უნდა გამოიყოს. თუმცა, აქ, ისევე როგორც ლითონების ანოდური დაშლის შემთხვევაში, წყალბადის კათოდური ევოლუცია ხშირად ინჰიბირებულია და შეინიშნება მხოლოდ მაშინ, როდესაც მაღალი ძაბვის. ამ ფენომენს წყალბადის ზეძაბვა ეწოდება და ის განსაკუთრებით დიდია, მაგალითად, ტყვიაზე. ამ გარემოების წყალობით, ტყვიის მჟავა ბატარეას შეუძლია ფუნქციონირება. ბატარეის დატენვისას, PbO 2-ის ნაცვლად, წყალბადი უნდა გამოჩნდეს კათოდზე, მაგრამ, გადაჭარბებული ძაბვის გამო, წყალბადის ევოლუცია იწყება მაშინ, როდესაც ბატარეა თითქმის სრულად დამუხტულია.

პოტენციური განსხვავება "ელექტროდის ნივთიერება - ხსნარი" ზუსტად ემსახურება ნივთიერების (როგორც ლითონები, ასევე) უნარის რაოდენობრივ მახასიათებელს.არამეტალები) გადადის ხსნარში იონების სახით, ე.ი. პერსონაჟიიონის და მისი შესაბამისი ნივთიერების OB უნარის სტაბილურობა.

ამ პოტენციურ განსხვავებას ე.წელექტროდის პოტენციალი.

თუმცა, ასეთი პოტენციური განსხვავებების გაზომვის პირდაპირი მეთოდებიარ არსებობს, ამიტომ შევთანხმდით, რომ განვსაზღვროთ ისინიეგრეთ წოდებული სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი, პოტენციაal, რომელიც პირობითად მიიღება ნულად (ხშირად ასევე უწოდებენსაცნობარო ელექტროდი). სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი შედგებამჟავას შემცველ ხსნარში ჩაძირული პლატინის ფირფიტიდანH იონების კონცენტრაცია + 1 მოლ/ლ და გარეცხილია აირისებური ნაკადითწყალბადი სტანდარტულ პირობებში.

სტანდარტულ წყალბადის ელექტროდზე პოტენციალის გაჩენა შეიძლება წარმოვიდგინოთ შემდეგნაირად. წყალბადის გაზი, რომელიც შეიწოვება პლატინის მიერ, გადადის ატომურ მდგომარეობაში:

H22H.

დინამიური წონასწორობის მდგომარეობა რეალიზებულია ფირფიტის ზედაპირზე წარმოქმნილ ატომურ წყალბადს, ხსნარში წყალბადის იონებსა და პლატინას (ელექტრონებს!) შორის:

HH + + e.

მთლიანი პროცესი გამოიხატება განტოლებით:

H 2 2H + + 2e.

პლატინა არ მონაწილეობს რედოქს რეაქციებშიდა პროცესი, მაგრამ მხოლოდ ატომური წყალბადის მატარებელია.

თუ გარკვეული ლითონის ფირფიტა, ჩაეფლო მისი მარილის ხსნარში, ლითონის იონების კონცენტრაციით ტოლია 1 მოლ/ლ, უკავშირდება სტანდარტულ წყალბადის ელექტროდს, მიიღება გალვანური უჯრედი. ამ ელემენტის ელექტრომოძრავი ძალა(emf), გაზომილი 25°C-ზე, ახასიათებს ლითონის სტანდარტულ ელექტროდულ პოტენციალს, რომელიც ჩვეულებრივ აღინიშნება როგორც E 0.

H 2 / 2H + სისტემასთან დაკავშირებით, ზოგიერთი ნივთიერება იქცევა როგორც ჟანგვის აგენტი, ზოგი კი როგორც შემცირების აგენტი. ამჟამად მიღებულია სტანდარტული პოტენციალი თითქმის ყველა ლითონისა და მრავალი არალითონისთვის, რაც ახასიათებს შემცირების ან ჟანგვის აგენტების შედარებით უნარს ელექტრონების შემოწირულობის ან დაჭერისთვის.

ელექტროდების პოტენციალებს, რომლებიც მოქმედებენ როგორც შემცირების აგენტები წყალბადთან მიმართებაში, აქვთ "-" ნიშანი, ხოლო "+" ნიშანი მიუთითებს ელექტროდების პოტენციალებზე, რომლებიც წარმოადგენენ ჟანგვის აგენტებს.

თუ ლითონებს მოვაწყობთ მათი სტანდარტული ელექტროდული პოტენციალის გაზრდის თანმიმდევრობით, მაშინ ე.წ ლითონების ელექტროქიმიური ძაბვის სერია:

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.

ახასიათებს რიგი სტრესები ქიმიური თვისებებილითონები

1. რაც უფრო უარყოფითია ლითონის ელექტროდის პოტენციალი, მით მეტია მისი შემცირების უნარი.

2. თითოეულ ლითონს შეუძლია მარილის ხსნარებიდან გადაანაცვლოს (შეამციროს) ის ლითონები, რომლებიც მის შემდეგ არიან ლითონის ძაბვის სერიაში. ერთადერთი გამონაკლისი არის ტუტე და ტუტე მიწის ლითონები, რომლებიც არ შეამცირებენ სხვა ლითონების იონებს მათი მარილების ხსნარებიდან. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ამ შემთხვევებში ლითონების რეაქცია წყალთან უფრო სწრაფი ტემპით ხდება.

3. ყველა ლითონი, რომელსაც აქვს უარყოფითი სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი, ე.ი. წყალბადის მარცხნივ ლითონების ძაბვის სერიაში მდებარე ლითონებს შეუძლიათ მისი გადაადგილება მჟავა ხსნარებიდან.

უნდა აღინიშნოს, რომ წარმოდგენილი სერია ახასიათებს ლითონებისა და მათი მარილების ქცევას მხოლოდ წყალხსნარებში, ვინაიდან პოტენციალი ითვალისწინებს კონკრეტული იონის ურთიერთქმედების თავისებურებებს გამხსნელის მოლეკულებთან. ამიტომ ელექტროქიმიური სერია იწყება ლითიუმით, ხოლო ქიმიურად უფრო აქტიური რუბიდიუმი და კალიუმი მდებარეობს ლითიუმის მარჯვნივ. ეს გამოწვეულია ლითიუმის იონების ჰიდრატაციის პროცესის განსაკუთრებულად მაღალი ენერგიით, სხვა ტუტე ლითონების იონებთან შედარებით.

სტანდარტული რედოქს პოტენციალის ალგებრული მნიშვნელობა ახასიათებს შესაბამისი დაჟანგული ფორმის ჟანგვის აქტივობას. ამრიგად, სტანდარტული რედოქს პოტენციალის მნიშვნელობების შედარება საშუალებას გვაძლევს ვუპასუხოთ კითხვას: ხდება თუ არა ესა თუ ის რედოქს რეაქცია?

ამრიგად, ჰალოგენური იონების დაჟანგვის ყველა ნახევრად რეაქცია თავისუფალ ჰალოგენებამდე

2 Cl – – 2 e = C l 2 E 0 = -1,36 V (1)

2 Br – -2e = V r 2 E 0 = -1.07 V (2)

2I – -2 e = I 2 E 0 = -0.54 V (3)

შეიძლება განხორციელდეს სტანდარტულ პირობებში ტყვიის ოქსიდის, როგორც ჟანგვის აგენტის გამოყენებისას ( IV ) (E 0 = 1,46 ვ) ან კალიუმის პერმანგანატი (E 0 = 1,52 ვ). კალიუმის დიქრომატის გამოყენებისას ( E 0 = 1,35 ვ) მხოლოდ რეაქციები (2) და (3) შეიძლება განხორციელდეს. და ბოლოს, აზოტის მჟავის გამოყენება, როგორც ჟანგვის აგენტი ( E 0 = 0,96 ვ) იძლევა მხოლოდ ნახევრად რეაქციას, რომელიც მოიცავს იოდიდის იონებს (3).

ამრიგად, რაოდენობრივი კრიტერიუმია კონკრეტული რედოქს რეაქციის წარმოქმნის შესაძლებლობის შესაფასებლად დადებითი ღირებულებაგანსხვავებები ჟანგვის და შემცირების ნახევრად რეაქციების სტანდარტულ რედოქს პოტენციალს.

ლითონებს, რომლებიც ადვილად რეაგირებენ, აქტიურ ლითონებს უწოდებენ. მათ შორისაა ტუტე, ტუტე დედამიწის ლითონები და ალუმინი.

მდებარეობა პერიოდულ სისტემაში

პერიოდულ სისტემაში ელემენტების მეტალის თვისებები მცირდება მარცხნიდან მარჯვნივ. ამიტომ I და II ჯგუფების ელემენტები ყველაზე აქტიურებად ითვლება.

ბრინჯი. 1. აქტიური ლითონები პერიოდულ სისტემაში.

ყველა ლითონი შემცირების აგენტია და ადვილად ეყოფა ელექტრონებს გარე ენერგიის დონეზე. აქტიურ ლითონებს აქვთ მხოლოდ ერთი ან ორი ვალენტური ელექტრონი. ამ შემთხვევაში, მეტალის თვისებები იზრდება ზემოდან ქვემოდან ენერგიის დონის მატებასთან ერთად, რადგან რაც უფრო შორს არის ელექტრონი ატომის ბირთვიდან, მით უფრო ადვილია მისი გამოყოფა.

ტუტე ლითონები ითვლება ყველაზე აქტიურებად:

• ლითიუმი;
• ნატრიუმი;
• კალიუმი;
• რუბიდიუმი;
• ცეზიუმი;
• ფრანგული

ტუტე დედამიწის ლითონები მოიცავს:

• ბერილიუმი;
• მაგნიუმი;
• კალციუმი;
• სტრონციუმი;
• ბარიუმი;
• რადიუმი.

ლითონის აქტივობის ხარისხი შეიძლება განისაზღვროს ლითონის ძაბვების ელექტროქიმიური სერიით. რაც უფრო შორს მდებარეობს წყალბადის მარცხნივ ელემენტი, მით უფრო აქტიურია იგი. წყალბადის მარჯვნივ მდებარე ლითონები არააქტიურია და შეუძლიათ მხოლოდ კონცენტრირებულ მჟავებთან რეაგირება.

ბრინჯი. 2. ლითონის ძაბვების ელექტროქიმიური სერია.

ქიმიაში აქტიური ლითონების სიაში ასევე შედის ალუმინი, რომელიც მდებარეობს III ჯგუფში და წყალბადის მარცხნივ. თუმცა, ალუმინი აქტიური და შუალედურად აქტიური ლითონების საზღვარზეა და ნორმალურ პირობებში არ რეაგირებს ზოგიერთ ნივთიერებასთან.

თვისებები

აქტიური ლითონები რბილია (იჭრება დანით), მსუბუქი და აქვს დაბალი დნობის წერტილი.

ლითონების ძირითადი ქიმიური თვისებები წარმოდგენილია ცხრილში.

რეაქცია	განტოლება	გამონაკლისი
ტუტე ლითონები ჟანგბადთან ურთიერთობისას ჰაერში სპონტანურად ანთებენ	K + O 2 → KO 2	ლითიუმი რეაგირებს ჟანგბადთან მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე
მიწის ტუტე ლითონები და ალუმინი ქმნიან ოქსიდის ფენებს ჰაერში და სპონტანურად ანთებენ გაცხელებისას.	2Ca + O 2 → 2CaO
რეაგირება მარტივ ნივთიერებებთან მარილების წარმოქმნით	Ca + Br 2 → CaBr 2; - 2Al + 3S → Al 2 S 3	ალუმინი არ რეაგირებს წყალბადთან
მძაფრად რეაგირებს წყალთან, წარმოქმნის ტუტეებს და წყალბადს	- Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2	ლითიუმთან რეაქცია ნელია. ალუმინი წყალთან რეაგირებს მხოლოდ ოქსიდის ფირის ამოღების შემდეგ
რეაგირება მჟავებთან მარილების წარმოქმნით	Ca + 2HCl → CaCl 2 + H 2; 2K + 2HMnO 4 → 2KMnO 4 + H 2
ურთიერთქმედება მარილის ხსნარებთან, ჯერ წყალთან და შემდეგ მარილთან	2Na + CuCl 2 + 2H 2 O: 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2; - 2NaOH + CuCl 2 → Cu(OH) 2 ↓ + 2NaCl

აქტიური ლითონები ადვილად რეაგირებენ, ამიტომ ბუნებაში ისინი გვხვდება მხოლოდ ნარევებში - მინერალებში, ქანებში.

ბრინჯი. 3. მინერალები და სუფთა ლითონები.

რა ვისწავლეთ?

აქტიურ ლითონებს მიეკუთვნება I და II ჯგუფების ელემენტები - ტუტე და მიწის ტუტე ლითონები, ასევე ალუმინი. მათი აქტივობა განისაზღვრება ატომის სტრუქტურით - რამდენიმე ელექტრონი ადვილად გამოყოფილია გარე ენერგეტიკული დონიდან. ეს არის რბილი მსუბუქი ლითონები, რომლებიც სწრაფად რეაგირებენ მარტივ და რთულ ნივთიერებებთან, წარმოქმნიან ოქსიდებს, ჰიდროქსიდებს და მარილებს. ალუმინი უფრო ახლოს არის წყალბადთან და საჭიროა მისი რეაქცია ნივთიერებებთან დამატებითი პირობები - მაღალი ტემპერატურა, ოქსიდის ფილმის განადგურება.

ტესტი თემაზე

ანგარიშის შეფასება

საშუალო რეიტინგი: 4.4. სულ მიღებული შეფასებები: 388.

ლითონების ელექტროქიმიური აქტივობის სერია(ძაბვის სერია, სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალების სერია) - თანმიმდევრობა, რომელშიც ლითონები განლაგებულია მათი სტანდარტული ელექტროქიმიური პოტენციალების გაზრდის თანმიმდევრობით φ 0, რაც შეესაბამება ლითონის კატიონის შემცირების ნახევრად რეაქციას Me n+: Me n+ + nē → მე

ლითონების აქტივობის სერიის პრაქტიკული გამოყენება

მთელი რიგი ძაბვები გამოიყენება პრაქტიკაში ლითონების ქიმიური აქტივობის შედარებითი შეფასებისთვის მარილებისა და მჟავების წყალხსნარებთან რეაქციებში და ელექტროლიზის დროს კათოდური და ანოდური პროცესების შესაფასებლად:

• წყალბადის მარცხნივ მდებარე ლითონები უფრო ძლიერი აღმდგენი აგენტებია, ვიდრე ლითონები მარჯვნივ: ისინი ანაცვლებენ ამ უკანასკნელს მარილის ხსნარებიდან. მაგალითად, ურთიერთქმედება Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu შესაძლებელია მხოლოდ წინა მიმართულებით.
• წყალბადის მარცხნივ მწკრივში მყოფი ლითონები ცვლიან წყალბადს არაჟანგვის მჟავების წყალხსნარებთან ურთიერთობისას; ყველაზე აქტიური ლითონები (ალუმინის ჩათვლით) - და წყალთან ურთიერთობისას.
• წყალბადის მარჯვნივ სერიების ლითონები ნორმალურ პირობებში არ ურთიერთქმედებენ არაჟანგვის მჟავების წყალხსნარებთან.
• ელექტროლიზის დროს წყალბადის მარჯვნივ მდებარე ლითონები გამოიყოფა კათოდზე; ზომიერად აქტიური ლითონების შემცირებას თან ახლავს წყალბადის გამოყოფა; ყველაზე აქტიური ლითონები (ალუმინამდე) არ შეიძლება იზოლირებული იყოს მარილის წყალხსნარებიდან ნორმალურ პირობებში.

ტუტე ლითონები ითვლება ყველაზე აქტიურებად:

• ლითიუმი;
• ნატრიუმი;
• კალიუმი;
• რუბიდიუმი;
• ცეზიუმი;
• ფრანგული

ყველა ლითონი, მათი რედოქსული აქტივობიდან გამომდინარე, გაერთიანებულია სერიაში, რომელსაც ეწოდება ელექტროქიმიური ლითონის ძაბვის სერია (რადგან მასში ლითონები განლაგებულია სტანდარტული ელექტროქიმიური პოტენციალის გაზრდის მიზნით) ან ლითონის აქტივობის სერიაში:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

ქიმიურად ყველაზე აქტიური ლითონები წყალბადამდე აქტივობის სერიაშია და რაც უფრო მარცხნივ მდებარეობს ლითონი, მით უფრო აქტიურია იგი. ლითონები, რომლებიც იკავებს ადგილს წყალბადის შემდეგ აქტივობის სერიაში, ითვლება არააქტიურად.

ალუმინის

ალუმინი არის ვერცხლისფერი თეთრი ფერი. ძირითადი ფიზიკური თვისებებიალუმინი - სიმსუბუქე, მაღალი თერმული და ელექტროგამტარობა. თავისუფალ მდგომარეობაში, ჰაერის ზემოქმედებისას, ალუმინი დაფარულია Al 2 O 3 ოქსიდის გამძლე ფილმით, რაც მას გამძლეს ხდის კონცენტრირებული მჟავების მოქმედების მიმართ.

ალუმინი მიეკუთვნება p-ოჯახის ლითონებს. გარე ენერგიის დონის ელექტრონული კონფიგურაცია არის 3s 2 3p 1. თავის ნაერთებში ალუმინი ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას "+3".

ალუმინი იწარმოება ამ ელემენტის გამდნარი ოქსიდის ელექტროლიზით:

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

თუმცა, პროდუქტის დაბალი მოსავლიანობის გამო, უფრო ხშირად გამოიყენება ალუმინის წარმოების მეთოდი Na 3 და Al 2 O 3 ნარევის ელექტროლიზით. რეაქცია ხდება 960C-მდე გაცხელებისას და კატალიზატორების - ფტორიდების (AlF 3, CaF 2 და სხვ.) თანდასწრებით, ხოლო ალუმინის გამოყოფა ხდება კათოდზე, ხოლო ჟანგბადი გამოიყოფა ანოდზე.

ალუმინს შეუძლია წყალთან ურთიერთქმედება მისი ზედაპირიდან ოქსიდის ფირის ამოღების შემდეგ (1), ურთიერთქმედება მარტივ ნივთიერებებთან (ჟანგბადი, ჰალოგენები, აზოტი, გოგირდი, ნახშირბადი) (2-6), მჟავები (7) და ფუძეები (8):

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (1)

2Al +3/2O 2 = Al 2 O 3 (2)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al +3S = Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C = Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al +2NaOH +3H 2 O = 2Na + 3H 2 (8)

კალციუმი

თავისუფალ ფორმაში Ca არის მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონი. ჰაერის ზემოქმედებისას ის მყისიერად იფარება მოყვითალო გარსით, რაც ჰაერის კომპონენტებთან მისი ურთიერთქმედების პროდუქტს წარმოადგენს. კალციუმი საკმაოდ მყარი ლითონია და აქვს სახეზე ორიენტირებული კუბური ბროლის ბადე.

გარე ენერგიის დონის ელექტრონული კონფიგურაცია არის 4s 2. თავის ნაერთებში კალციუმი ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას "+2".

კალციუმი მიიღება გამდნარი მარილების, ყველაზე ხშირად ქლორიდების ელექტროლიზით:

CaCl 2 = Ca + Cl 2

კალციუმს შეუძლია წყალში დაშლა და შექმნას ჰიდროქსიდები, ავლენს ძლიერ ძირითად თვისებებს (1), რეაგირებს ჟანგბადთან (2), წარმოქმნის ოქსიდებს, ურთიერთქმედებს არალითონებთან (3-8), იხსნება მჟავებში (9):

Ca + H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 = 2CaO (2)

Ca + Br 2 = CaBr 2 (3)

3Ca + N2 = Ca3N2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2 C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca 3 P 2 (7)

Ca + H 2 = CaH 2 (8)

Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 (9)

რკინა და მისი ნაერთები

რკინა ნაცრისფერი ლითონია. IN სუფთა ფორმაის საკმაოდ რბილი, ელასტიური და ბლანტია. გარე ენერგიის დონის ელექტრონული კონფიგურაცია არის 3d 6 4s 2. თავის ნაერთებში რკინა ავლენს ჟანგვის მდგომარეობებს "+2" და "+3".

ლითონის რკინა რეაგირებს წყლის ორთქლთან, წარმოქმნის შერეულ ოქსიდს (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

ჰაერში რკინა ადვილად იჟანგება, განსაკუთრებით ტენიანობის არსებობისას (ჟანგი):

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

სხვა ლითონების მსგავსად, რკინა რეაგირებს მარტივ ნივთიერებებთან, მაგალითად, ჰალოგენებთან (1) და იხსნება მჟავებში (2):

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (2)

რკინა ქმნის ნაერთების მთელ სპექტრს, რადგან ის ავლენს რამდენიმე დაჟანგვის მდგომარეობას: რკინის (II) ჰიდროქსიდი, რკინის (III) ჰიდროქსიდი, მარილები, ოქსიდები და ა.შ. ამრიგად, რკინის (II) ჰიდროქსიდის მიღება შესაძლებელია ტუტე ხსნარების მოქმედებით რკინის (II) მარილებზე ჰაერის წვდომის გარეშე:

FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

რკინის (II) ჰიდროქსიდი ხსნადია მჟავებში და იჟანგება რკინის (III) ჰიდროქსიდად ჟანგბადის თანდასწრებით.

რკინის (II) მარილები ავლენენ შემამცირებელ თვისებებს და გარდაიქმნებიან რკინის (III) ნაერთებად.

რკინის (III) ოქსიდი არ მიიღება ჟანგბადში რკინის წვით, საჭიროა რკინის სულფიდების დაწვა ან რკინის სხვა მარილების კალცინატირება;

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

რკინის (III) ნაერთები ავლენენ სუსტ ჟანგვის თვისებებს და შეუძლიათ შევიდნენ რედოქს რეაქციებში ძლიერი შემცირების აგენტებით:

2FeCl 3 + H 2 S = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl

რკინისა და ფოლადის წარმოება

ფოლადები და თუჯები რკინისა და ნახშირბადის შენადნობებია, ფოლადში ნახშირბადის შემცველობა 2%-მდეა, თუჯში 2-4%. ფოლადები და თუჯები შეიცავს შენადნობ დანამატებს: ფოლადებს – Cr, V, Ni და თუჯს – Si.

მონიშნეთ სხვადასხვა სახისმაგალითად, ფოლადები დანიშნულების მიხედვით იყოფა სტრუქტურულ, უჟანგავი, ხელსაწყოების, სითბოს მდგრად და კრიოგენულ ფოლადებად. მათი ქიმიური შემადგენლობის მიხედვით, ისინი იყოფა ნახშირბადად (დაბალი, საშუალო და მაღალი ნახშირბადის) და შენადნობებად (დაბალი, საშუალო და მაღალი შენადნობი). სტრუქტურის მიხედვით განასხვავებენ ავსტენიტურ, ფერიტულ, მარტენზიტულ, პერლიტურ და ბაინიტურ ფოლადებს.

ფოლადებმა იპოვეს გამოყენება ეროვნული ეკონომიკის ბევრ სექტორში, როგორიცაა მშენებლობა, ქიმიური, ნავთობქიმიური, უსაფრთხოება გარემოსატრანსპორტო ენერგეტიკა და სხვა ინდუსტრიები.

თუჯის ნახშირბადის შემცველობის ფორმის მიხედვით - ცემენტიტი ან გრაფიტი, ისევე როგორც მათი რაოდენობა, განასხვავებენ თუჯის რამდენიმე ტიპს: თეთრი (მოტეხილობის ღია ფერი ცემენტიტის სახით ნახშირბადის არსებობის გამო), ნაცრისფერი. (მოტეხილობის ნაცრისფერი ფერი გრაფიტის სახით ნახშირბადის არსებობის გამო), ელასტიური და სითბოს მდგრადია. თუჯები ძალიან მყიფე შენადნობებია.

თუჯის გამოყენების სფეროები ფართოა - მხატვრული დეკორაციები (ღობეები, კარიბჭე), კაბინეტის ნაწილები, სანტექნიკა, საყოფაცხოვრებო ნივთები (ტაფები) მზადდება თუჯისგან და გამოიყენება საავტომობილო ინდუსტრიაში.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ვარჯიში	მაგნიუმის და ალუმინის შენადნობი, რომლის წონა იყო 26,31 გ, იხსნება მარილმჟავაში. ამ შემთხვევაში 31.024 ლიტრი უფერო აირი გამოიცა. განსაზღვრეთ ლითონების მასური ფრაქციები შენადნობაში.
გამოსავალი	ორივე ლითონს შეუძლია რეაგირება მარილმჟავასთან, რის შედეგადაც გამოიყოფა წყალბადი: Mg +2HCl = MgCl 2 + H 2 2Al +6HCl = 2AlCl3 + 3H2 მოდით ვიპოვოთ გამოთავისუფლებული წყალბადის მოლების საერთო რაოდენობა: v(H 2) =V(H 2)/V m v(H 2) = 31,024/22,4 = 1,385 მოლი Mg ნივთიერების რაოდენობა იყოს x mol, ხოლო Al იყოს y mol. შემდეგ, რეაქციის განტოლებაზე დაყრდნობით, შეგვიძლია დავწეროთ გამონათქვამი წყალბადის მოლების საერთო რაოდენობისთვის: x + 1.5y = 1.385 მოდით გამოვხატოთ ლითონების მასა ნარევში: შემდეგ, ნარევის მასა გამოისახება განტოლებით: 24x + 27y = 26.31 ჩვენ მივიღეთ განტოლებების სისტემა: x + 1.5y = 1.385 24x + 27y = 26.31 მოდი მოვაგვაროთ: 33.24 -36y+27y = 26.31 v(Al) = 0.77 მოლი v(Mg) = 0.23 მოლი შემდეგ ნარევში ლითონების მასა არის: მ(მგ) = 24×0,23 = 5,52 გ m(Al) = 27×0.77 = 20.79 გ მოდით ვიპოვოთ ლითონების მასური წილადები ნარევში: ώ =m(Me)/m ჯამი ×100% ώ(მგ) = 5,52/26,31 ×100%= 20,98% ώ(Al) = 100 – 20.98 = 79.02%
უპასუხე	ლითონების მასური ფრაქციები შენადნობაში: 20,98%, 79,02%