Электрохимиялық потенциалдар қатары

1.

§47. Электрохимиялық
потенциалдар қатары
Оқу мақсаты:
10.2.3.3 «стандартты электродтық потенциал»
ұғымын сипаттау
Тотығу – тотықсыздану реакциясын
пайдаланып химия өнеркəсібінде, техникада
маңызды заттар – таза металдар, аммиак, сілті,
қышқылдар алады. Осы реакциялар көмегімен
химиялық энергия электр энергиясына
айналады. Химиялық процестер кезінде
электр тоғы түзілетін болса, ондай
процестерді электрохимиялық дейді.
Электрохимиялық процестерге гальвани
элементтерінде, электролиз, металдар
коррозиясы кезінде жүретін тотығу –
тотықсыздану реакциялары жатады.
Электрохимия

2. Қосарланған электрлік қабат

Егер металл тақташасын суға батырса, онда
судың полюсті молекулаларының əсерінен металдың
иондары тақташаның бетінен ажырап, гидратталған
күйде сұйық фазаға ауысады Ерітіндіде оң заряд
жиналып, ал металл тақташада — электрондардың
көбеюі нəтижесінде теріс заряд жиналады.
Ерітіндідегі катиондар мен металдардың
артық электрондарының электростатикалық
тартылуы нәтижесінде, фазалардың бөліну бетінде
қосарланған электрлік қабат пайда болады. Ол
металл иондарының əрі қарай ерітіндіге өтуін тежейді.
Электродты потенциал
Металл мен ерітінді арасында біршама потенциал айырмасы түзіледі.
Металл иондарының ерітіндіге бөлінуі қайтымды процесс. Бір кезде
динамикалық тепе - теңдік орнайды. Оны былай қысқаша жазуға болады:
Ме Mеn+ + ne Мұнда, n – металдың заряды.
Тепе – теңдік орнаған кездегі металл мен оны қоршаған ерітінді
арасында пайда болған потенциалдар айырмасын электродтық потенциал
дейді. Электродтық потенциал Е0 деп белгіленеді және оның өлшем бірілігі
вольт –В.

3. Стандартты сутекті электродпен –электродтық потенциалдарды өлшейді. Оның электродтық потенциалы нөлге тең деп қабылданған.

Стандартты сутекті электрод Н +
ион дарының концентрациясы 1 моль/л
қышқыл ерітіндісіне батырылған платина
тақташасынан тұрады.
Платинаға адсорбцияланған сутек газтектес
сутекпен тепе-теңдікте болады. Электродта
пайда болатын кернеу былайша түсіндіріледі.
Газ тəрізді сутек платинаға адсорбцияланып,
атомға айналады: H2 ↔ 2H
Электродты былай бейнелейді Pt, H2/H+.
Тақташа бетінде түзілетін атомдық сутек,
ерітіндідегі сутек иондары жəне платина
арасында динамикалық тепе-теңдік орнайды:
H ↔H+ + ē
Процестің жиынтық теңдеуі: H2(г) ↔ 2H+ + 2ē
Тақташа тотығу-тотықсыздану процесіне
қатыспайды тек сутек атомдарынының
түзілуін қамтамасыз етеді.
Стандартты жағдайда
Қысым: р꞊1,013-10 5 Па (1атм)
Температура: t = 250C , T = 298 K

4. Гальваникалық элемент

Гальваникалық элемент - тотығу-тотықсыздану реакциясының
химиялық энергиясы тікелей электр тогына айналатын құрылғы.
Егер қандай да бір металды концентрациясы 1 моль/л сол металдың
тұзының ерітіндісіне батырып, стандартты сутектік электродпен қосса,
гальваникалық элемент түзіледі
25°С температурада өлшенген электр қозғаушы күші (ЭҚК) металдың
электрод тық потенциалын сипаттайды.
Гальваникалық элементтің электр
қозғаушы күші (ЭҚК) деп, катод пен
анодтың (тотықтырғыш пен
тотықсыздандырғыштың) электродтық
потен циалдарының айырымын айтады.
E = φk – φa

5.

6.

7.

8.

9. Электродты потенциал

Металдардың стандартты электродтық қатары олардың химиялық
қасиетін көрсетеді. Металдың стандартты электродтық потенциалының
алгебралық мәні неғұрлым кіші болса, оның соғұрлым
тотықсыздандырғыш қасиеті жоғары, тотықтырғыш қасиеті төмен
болады.
Ең күшті тотықсыздандырғыш литий (Е0 = -3,045) ,
ал алтын әлсіз (Е0 = + 1,438) Сондықтан алтын ионы Au+3 ең күшті
тотықтырғыш, ал литий ионы Li + ең әлсіз.
Егер металдарды стандартты электродтық потенциалдарының өсу реті
бойынша орналастырса, Н.Н. Бекетов ұсынған металдардың
электрохимиялық кернеу қатары алынады

10. Электродты потенциал

Салыстырмалы электрод ретінде стандарт сутегі электроды
қолданылады. Осы сутегі электродына басқа металл электродтарды жалғау
арқылы олардың стандартты электродтық потенциалдарын табады. Мұнда
сутегінен активті металдар оған электрон береді де электродтық потенциал
мəндері «теріс», ал сутегіне қарағанда активсіз металдар электрон
қабылдап, олардың электродтық потенциалдарының мəндері «оң» болады.
Кернеу қатарын негізге ала отырып, металдардың химиялық белсенділігі
туралы маңызды тұжырымдар жасауға болады.
1. Стандартты электродтық потенциалдың үлкен мəніне ие əрбір металл,
тотықсыздандырғыш қасиеті əлсіздеу басқа металдарды тұздарының
ерітіндісінен ығыстырып шығарады.
2. Стандартты электродтық потенциалы нөлден төмен (яғни стандартты сутекті
электродтың потенциалынан) металдар, сутекті қышқылдан ығыстыруға
қабілетті.
3. Стандартты электродтық потенциалдың ең төмен мəндеріне ие металдар күшті
тотықсыздандырғыш болады (литийден натрийге дейін), сулы ерітінділерде
сумен өздері əрекеттеседі

11.

Металдардың
стандартты
электродты
потенциалы
катион/металл
Li+/Li
Rb+/Rb
K+/K
Cs+/Cs
Ra2+/Ra
Ba2+/Ba
Sr2+/Sr
Ca2+/Ca
Na+/Na
Ac3+/Ac
La3+/La
Y3+/Y
Mg2+/Mg
Sc2+/Sc
Pu3+/Pu
Be2+/Be
U3+/U
Е0, В
-3,045
-2,924
-2,923
-2,923
-2,916
-2,905
-2,888
-2,79
-2,713
-2,600
-2,522
-2,372
-2,370
-2,077
-2,03
-1,97
-1,80

12.

Мыс (II) тұзының ерітіндісімен мырыштың әрекеттесуі
Реакция өздігінен жүреді,
себебі мырыштың белсенділі
мыстың белсенділігінен
жоғары.

13. Сабақты бекіту:

1.Металдардың химиялық белсенділігін өсу ретімен орналастырыңдар:
Ni,Na, Fe, Mg, Pt, Cu, Ba,Pb
2.Металдардың химиялық белсенділігін кему ретімен орналастырыңдар:
Mn, Ca, Co, Au, Hg, Pb, K, Sn
3.Келесі қатардағы ең белсенді металл: Fe, Zn, Mn, K, Au. Себебін түсіндіріңдер.
4.Тотықтырғыш қасиеті ең жоғары катион: Cr3+; Ca2+; Mn2+; Ag+?
5. Келтірілген реакциялардың қайсысы жүруі мүмкін:
а) Zn + HCl →
ə) Hg + H2SO4 →
б) Cu + NiSO4 →
в) Sn + CuCl2 →
г) Zn + NaCl →
ғ) Ag + H3PO4 →
д) Al + AuCl3 →
е) Cu + HgCl2→
Сулы ерітінділердегі жүруі мүмкін реакцияларды аяқтаңдар.
6. Алюминий келесі заттармен əрекеттескенде қандай өнімдер алынады:
a) CuSO4 сулы ерітіндісі;
ə) күкірт қышқылының сұйылтылған ерітіндісі. Реакция теңдеулерін жазыңдар.
7. Мырыш никель (ІІ) сульфатының сулы ерітіндісімен əрекеттескенде, реакция
нəтижесінде қандай өнім түзіледі? Бұл реакция тотығутотықсыздану реакциясына
жата ма? Түсіндіріңдер.