metali

Mnoge kemijske reakcije uključuju jednostavne tvari, posebno metali. Međutim, različiti metali pokazuju različite aktivnosti u kemijskim interakcijama, a to ovisi o tome, reakcija će teći ili ne.

Što je veća aktivnost metala, energično je reagira s drugim tvarima. U aktivnosti, svi metali mogu se rasporediti u nizu, koji se naziva brojna metalna aktivnost ili ključni raspon metala, ili broj metalnih napona, kao i elektrokemijski broj napona metala. Ova serija je prvi studirala izvanredni ukrajinski znanstvenik M.M. Beketov, tako da se ova serija također naziva u blizini Beketov.

BIKETOV serija metalne aktivnosti ima takve vrste (prikazani su najčešći metali):

K\u003e Ca\u003e Na\u003e mg\u003e Al\u003e Zn\u003e Fe\u003e Ni\u003e SN \u003e\u003e H 2\u003e Cu\u003e Hg\u003e AG\u003e AU.

U ovom redu metali se nalaze s smanjenjem njihove aktivnosti. Među predstavljenim metalima najaktivniji kalij i najmanje aktivno - zlato. S ovom serijom možete odrediti koji je metal aktivniji od drugog. Također u ovoj seriji postoji vodik. Naravno, vodik nije metal, ali u tom retku je njegova aktivnost prihvaćena za referentnu točku (neobičnu nulu).

Metalna interakcija s vodom

Metali su sposobni nadmašiti vodik ne samo kiselinske otopine, već i iz vode. Kao i s kiselinama, aktivnost interakcije metala s vodom povećava s lijeva na desno.

Metali, koji su u nizu aktivnosti na magnezij, mogu reagirati s vodom u normalnim uvjetima. U interakciji ovih metala formiraju se alkalis i vodik, na primjer:

Drugi metali koji se suočavaju s vodikom u brojnim aktivnostima također mogu komunicirati s vodom, ali to se događa u strožim uvjetima. Za interakciju kroz vruću metalnu piljevinu, pregrijane vodene pare. U takvim uvjetima, hidroksidi ne mogu postojati, dakle, reakcijski proizvodi su oksid odgovarajućeg metalnog elementa i vodik:

Ovisnost kemijskih svojstava metala s mjesta u nizu aktivnosti

← povećava se metalna aktivnost

Stisnite vodik iz kiselina

Nemojte istisnuti vodik iz kiselina

Oscope vodik iz vode, oblika alkaliju

Vodik iscijediti iz vode na visokim temperaturama, tvoriti okside

3 voda ne komunicira

Nemoguće je istisnuti soli iz vodene soli

Može se dobiti aktivnijim metalom iz otopine soli ili tališta oksida

Metalna interakcija s solima

Ako je topiva sol u vodi, zatim atom metalnog elementa u njemu može biti supstituiran s atomom aktivnijeg elementa. Ako uronite u otopinu kupu (ii) sulfata, željezne ploče, a zatim će nakon nekog vremena istaknuti bakar u obliku crvenog letenja:

Ali ako ne postoji srebrna ploča u otopinu deponije (ii) sulfata, onda neće biti reakcije:

Cupups može biti zamjenjivan s bilo kojim metalom koji je lijevo u nizu metalne aktivnosti. Međutim, metali koji stoje na samom početku retka - natrij, kalij itd. - Za to nije prikladno, jer su tako aktivni da će ne biti u interakciji s soli, već s vodom u kojoj se ta sol otopi.

Premještanje metala od soli do aktivnih metala vrlo je naširoko koristi u industriji za vađenje metala.

Interakcija metala s oksidom

Oksidi metalnih elemenata mogu interakciju s metalima. Aktivniji metali pomičući manje aktivne okside:

No, za razliku od interakcije metala s solima, u ovom slučaju se oksidi moraju rastopiti tako da je došlo do reakcije. Za proizvodnju metala iz oksida, može se koristiti bilo koji metalni, koji se nalazi u nizu aktivnosti lijevo, čak i najaktivniji natrij i kalij, jer u rastaljenoj oksidskoj vodi nije sadržana.

Interakcija metala s oksidom koristi se u industriji za izdvajanje drugih metala. Većina praktične metalne - aluminijske metode za ovu metodu. To je dovoljno široko rasprostranjen u prirodi i jeftini u proizvodnji. Također možete koristiti aktivnije metale (kalcij, natrij, kalij), ali oni, prvo, skuplji aluminij, i drugo, kroz ultra-visoku kemijsku aktivnost, vrlo je teško održavati na tvornici. Ova metoda ekstrakcije metala pomoću aluminij naziva aluminijet.

Jasno je da ništa nije razumljivo.

Analizirat ćemo procese koji se mogu pojaviti kada je metalna ploča uronjena u otopinu soli istog metala, iz kojeg je sam ploča proizvedena, koja se u takvim slučajevima zove elektroda.

Moguće su dvije opcije.

Opcija 1 . Elektroda je izrađena od metala, koja je aktivno reducirajuće sredstvo (on ne "žao mi je da date elektrone), neka bude, recimo, cink.

Nakon što je cink elektroda uronjena u otopinu, vodeni dipoli prisutni u otopini, početi privlačiti određeni dio cinka atoma, koji se prenose u otopinu u obliku hidriranih iona, ali ostavi njihovi elektroni na površini elektroda.

Ja 0 + mh 2 o → ja n + · mh 2 o + ne - ja 0 → me n + + ne -

Postupno, površina cink elektrode akumulira sve više i više "napuštenih" negativnih elektrona, cink elektroda stječe negativni naboj. Paralelno s ovim postupkom povećala se količina pozitivno nabijenih cink iona, koja je ostavila elektrodu. Cink kacijete počinju privlače negativno nabijenu elektrodu, kao rezultat kojih je takozvana elektroda otopina nastaje na granici. dvostruki električni sloj (Des).

Opcija 2. Elektroda je izrađena od metala, što je slabo redukcijsko sredstvo (to je "žao" da se dijeli sa svojim elektronima). Neka ulogu takve metalne play play bakrene. Dakle, bakreni ioni sadržani u otopini su jaki oksidirajući agensi. Kada je bakrena elektroda uronjena u otopinu, dio bakrenih iona počinje kontaktirati površinu elektrode i obnovljena je zbog slobodnih elektrona prisutnih u bakra.

Ja n + + ne - → me 0

Postoji proces, obrnuta verzija 1. Postupno, sve više i više bakrenih kationa deponirana na površini elektrode. Vraćanje, kationi naplaćuju bakrenu ploču pozitivno, budući da se naknada povećava pozitivna bakrena elektroda i više privlači negativno nabijene ione, tako da se formira dvostruki električni sloj, ali obrnuti polaritet nego u verziji 1.

Na granici elektroda otopina Potencijalna razlika se zove potencijal elektrode.

Mjera takav potencijal je vrlo težak. Da bi izašli iz teške situacije, odlučili su ne apsolutne vrijednosti, već relativne, dok smo kao referenca, odlučili uzeti potencijal elektrode vodika, usvojen jednak nuli.

Potencijal određene metalne elektrode ovisi o prirodi metala, koncentracije i temperature otopine.

Budući da alkalne i alkalne zemlje metale u vodenim otopinama reagiraju s vodom - njihovi potencijali elektroda se izračunavaju teoretski.

Svi metali se uzimaju u redu povećanja vrijednosti njihovog standardnog potencijala elektroda - takav se broj zove elektrokemijski metalni naponi:

Što pokazuje potencijal elektroda

Potencijalni elektroda odražava se u numeričkoj vrijednosti sposobnosti metala da daju svoje elektrone ili obnovu, govoreći drugim riječima, odražava kemijsku aktivnost metala.

Lijevo u elektrokemijskom redu je metal (vidi gore), što lakše daje elektronima, tj. Je aktivniji, stupa na snagu s drugim elementima.

Ako uzmete krajnosti, onda:

• litij je najjači redukcijski agens, a litij ion je najslabiji oksidator;
• zlato najslabiji redukcijski agens i zlatni ion je najjači oksidirajući agens.

Posljedica iz elektrokemijskih serija napona metala:

• Metal za pomicanje svih ostalih metala od soli koji stoje u nizu na desno od njega (koji su više slabih sredstava za reduciranje);
• Metali imaju negativnu vrijednost elektrode potencijala, tj. Pripadaju lijevoj strani vodika, premjestite je iz kiselina;
• Najaktivniji metali imaju najniže vrijednosti potencijala elektroda (to su metali od litija u natrij), u vodenim otopinama, prije svega reagiraju s vodom.

Treba napomenuti da je položaj metala u periodnom stolu i položaj istih metala u elektrokemijskom redu naprezanja malo drugačiji. Ova činjenica objašnjava da vrijednost elektrode potencijala ne ovisi samo o energiji koja se zahtijeva za odvajanje elektrona iz izoliranog atoma, ali je energija potrebna za uništavanje kristalne rešetke + energije, koja se oslobađa tijekom hidratacije iona također uključuje.

Elektrokemijski sustavi

opće karakteristike

Elektrokemija - dio kemije, koji proučava procese potencijalne razlike i konverziju kemijske energije u električne (galvanske elemente), kao i implementaciju kemijskih reakcija zbog troškova električne energije (elektrolize). Ova dva procesa koji imaju zajedničku prirodu široko su korišteni u suvremenim tehnikama.

Galvanski elementi se koriste kao autonomni i mali izvori energije za strojeve, radio opreme i upravljačke uređaje. Uz pomoć elektrolize dobivene su različite tvari, površinske površine, stvaraju proizvode željenog oblika.

Elektrokemijski procesi ne koriste uvijek osobi, a ponekad donose veliku štetu, uzrokujući ojačanu koroziju i uništenje metalnih struktura. Vješto koristiti elektrokemijske procese i nositi se s neželjenim fenomenima, moraju se proučavati i moći prilagoditi.

Razlog za pojavu elektrokemijskih fenomena je prijelaz elektrona ili promjenu u stupnju oksidacije atoma tvari uključenih u elektrokemijske procese, odnosno oksidativne reducirajuće reakcije koje se pojavljuju u heterogenim sustavima. U oksidativnim redukcijskim reakcijama, elektroni se izravno prebacuju iz redukcijskog sredstva na oksidacijsko sredstvo. Ako su procesi oksidacije i obnove prostorno podijeljeni, a elektroni se šalju pomoću metalnog vodiča, tada će takav sustav biti galvanski element. Uzrok pojave i protoka električne struje u galvanskom elementu je razlika u potencijalima.

Potencijal elektroda. Mjerenje potencijala elektrode

Ako uzmete tanjur bilo kojeg metala i izostavio ga u vodu, tada je površinski sloj ione pod djelovanjem polarnih molekula vode poderane i hidrirane u tekućinu. Kao rezultat takve tranzicije, tekućina je pozitivno optužena, a metal je negativan, jer se pojavljuje višak elektrona. Akumulacija metalnih iona u tekućini počinje usporavati otapanje metala. Instalirana je montirana ravnoteža

Mogu 0 + mn 2 o \u003d i n + × m h 2 o + ne -

Stanje ravnoteže ovisi o aktivnostima metala i o koncentraciji njezinih iona u otopini. U slučaju aktivnih metala u nizu napona do vodika, interakcija s molekulama polarnih voda završava se odvajanje od površine pozitivnih metalnih iona i prijelaza hidriranih iona u otopinu (Sl. B). Negativno punjenje metala. Proces je oksidacija. Kako se koncentracija iona povećava, površina postaje vjerojatno obrnuti proces - restauracija iona. Elektrostatička atrakcija između kationa u otopini i viškom elektrona na površini tvori dvostruki električni sloj. To dovodi do pojave određene potencijalne razlike između potencijala na granici metala i tekućine, ili potencijalnog skoka. Poziva se potencijalna razlika između metala i okolnog vodenog okoliša potencijal elektroda. Kada je metal uronjen u otopinu soli ovog metala, ravnoteža je pomaknuta. Povećanje koncentracije iona ovog metala u otopini olakšava proces tranzitnih iona iz otopine u metal. Metali čiji su ioni imaju značajnu sposobnost prijelaza na rješenje će se naplaćivati \u200b\u200bi u takvom rješenju pozitivno, ali u manjoj mjeri nego u čistoj vodi.

Za neaktivne metale, koncentracija ravnoteže metalnih iona u otopini je vrlo mala. Ako se takav metal uronio u otopinu soli ovog metala, tada pozitivno nabijeni ioni označeni su na metalu s većom brzinom od prijelaza iona od metala u otopinu. Površina metala dobit će pozitivan naboj, a otopina je negativna zbog viška soli. U ovom slučaju, na granici, metal - otopina se javlja dvostruki električni sloj, dakle, određenu razliku u potencijalima (sl. B). U razmatranom slučaju, potencijal elektroda je pozitivan.

Sl. Proces prijelaza metala metala u otopinu:

a - ravnoteža; b - otapanje; u taloženju

Potencijal svake elektrode ovisi o prirodi metala, koncentraciji njegovih iona u otopini i temperaturi. Ako je metal izostavljen u otopinu njegove soli koja sadrži jedan metalni mol od 1 dm3 (čija je aktivnost 1), potencijal elektrode će biti konstantna vrijednost na temperaturi od 25 ° C i tlaka od 1 atm. Taj se potencijal naziva standardni električni potencijal (E).

Metalni ioni koji imaju pozitivan naboj koji prodiru u otopinu i kretanje u potencijalno polje sekcije metalne otopine, potrošiti energiju. Ova energija se kompenzira djelovanjem izotermnog ekspanzije iz veće koncentracije iona na površini do manjeg otopine. Pozitivni ioni akumuliraju se u blizu površinski sloj do koncentracije iz oko i onda uđe u otopinu gdje je koncentracija slobodnih iona iz, Rad ENF električnog polja jednaka je izotermnom radu ekspanzije RTLN (s O / C). Izjednačavanje oba izraza rada može se ukloniti iznos potencijala

En f \u003d Rtln (s O / C), -e \u003d RTLN (C / C O) / NF,

gdje je E potencijal metala, u; R je univerzalna konstanta plina, J / MOL do; T - Temperatura, K; N - punjenje iona; F - broj Faradaya; C je koncentracija slobodnih iona;

c o je koncentracija iona u površinskom sloju.

Izravno mjeriti iznos potencijala nije moguć, jer je nemoguće eksperimentalno odrediti s O. Vrijednosti elektroda potencijala u odnosu na veličinu druge elektrode su eksperimentalno određene, čiji je potencijal uvjetno odveden na nulu. Takva standardna elektroda ili usporedba elektroda je normalna vodikov elektroda (n.v.e.) , Uređaj elektrode vodika prikazan je na slici. Sastoji se od platine obložene elektrolitički istaloženom platinom. Elektroda je uronjena u 1M otopinu sumporne kiseline (aktivnost vodikovih iona je 1 mol / DM3) i ispere se mlazom plinovitih vodika pod tlakom 101 kPa i T \u003d 298 K. Kada je platina zasićena s vodikom Na metalnoj površini uspostavlja se ravnoteža, ukupni postupak se izražava jednadžbom

2N + + 2E ↔ H 2 .

Ako je metalna ploča uronjena u 1M otopinu soli ovog metala, spojite vanjski vodič sa standardnom vodikovom elektrodom i otopine s elektrolitičkim ključem, zatim dobivamo galvanski element (sl. 32). Elektromotivna sila ovog galvanskog elementa bit će vrijednost standardni električni potencijal ovog metala (e oko ).

Standardna shema električne kapaciteta

u odnosu na elektrodu vodika

Uzimajući otopinu cinka sulfata u 1 m cink sulfat otopine i spoj ga s vodikovom elektrodom, dobivamo galvanski element, koji će biti napisan na sljedeći način

(-) Zn / ZN 2+ // 2H + / h 2, pt (+).

U dijagramu, jedna osobina znači granicu dijela između elektrode i otopine, dvije značajke - granicu između otopina. Anoda je snimljena s lijeve strane, katode na desnoj strani. U takvom elementu, provodi se ZN O + 2H + \u003d ZN 2+ + H2 reakcija, a elektroni duž vanjskog kruga se kreću iz cinka do elektrode vodika. Standardni elektroda potencijala cink elektrode (-0,76 V).

Uzimanje bakrene ploče kao elektroda, pod navedenim uvjetima u kombinaciji sa standardnom vodikovom elektrodom, dobivamo galvanski element.

(-) pt, H2 / 2H + // Cu 2+ / Cu (+).

U tom slučaju, reakcija se odvija: Cu2 + + H2 \u003d Cu O + 2H +. Elektroni duž vanjskog kruga se premještaju s elektrode vodika do bakrene elektrode. Standardni elektroda potencijala bakrene elektrode (+0.34 V).

Brojni standardni elektrodni potencijali (naponi). Nernsta jednadžba

Imati metale u redu povećanja njihovih standardnih elektroda potencijala, dobivaju brojne stresove Nikolai Nikolayevich Beketove (1827-1911), ili brojne standardne potencijale elektrode. Numeričke vrijednosti standardnih potencijala elektroda za brojne tehnički važne metale prikazane su u tablici.

Nekoliko metala napona

Broj naprezanja karakteriziraju neka svojstva metala:

1. Što je niža vrijednost elektrode potencijala metala, kemijski aktivnija, lakše je oksidirati i da je teže obnoviti iz njezinih iona. Aktivni metali u prirodi postoje samo u obliku spojeva Na, K, ... nalaze se u prirodi, kako u obliku spojeva iu slobodnom stanju Cu, AG, Hg; Au, PT - samo u slobodnom stanju;

2. Metali imaju više negativnije elektrodni potencijal od magnezija, stisnuti vodik iz vode;

3. Metali su okrenuti niz napona na vodik, stisnuti vodik iz otopina razrijeđenih kiselina (čiji anioni ne pokazuju oksidativna svojstva);

4. svaki metalni metal, a ne raspršivanje vode, pomiču metale koji imaju više pozitivnih vrijednosti potencijala elektroda iz otopina njihovih soli;

5. Više metala se odlikuje vrijednostima potencijala elektrode, to je veća vrijednost E.D.S. Galvanski element izgrađen na njima.

Ovisnost veličine potencijala elektroda (E) o prirodi metala, aktivnost njezinih iona u otopini i temperaturi izražena je nernstom jednadžbom

E i \u003d e o meni + rtln (mene n +) / nf,

gdje je standardni electrodni potencijal metala, ME N + je aktivnost metalnih iona u otopini. Sa standardnom temperaturom od 25 o C, za razrijeđene otopine, zamjena aktivnosti (a) s koncentracijom (c), prirodnim logaritamom decimalnom i zamjenom vrijednosti r, t i f, dobivamo

E i \u003d e o meni + (0.059 / n) LGC.

Na primjer, za cink elektrodu smještenu u otopini njegove soli, koncentracija hidriziranog Zn2 + × MH20 Abbrevoretno označava Zn 2+, a zatim

E zn \u003d e o Zn + (0.059 / n) LG [ZN 2+].

Ako \u003d 1 mol / dm 3, zatim e zn \u003d e o zn.

Elementi za elektro prevlačenje, njihova elektromotorna sila

Dva metala, uronjena u otopine njihovih soli spojenih vodiča, tvore galvanskog elementa. Prvi galvanski element izumio je Alexander Volt 1800. Element se sastojao od bakar i cinkovih ploča odvojenih zatvorenim, navlaženim otopinom sumporne kiseline. Uz dosljedan spoj velikog broja ploča, element Volta ima značajnu elektromotornu silu (ED).

Pojava električne struje u galvanskom elementu posljedica je razlike između potencijala elektrode napravljenih metala i popraćena kemijskim transformacijama koje teče na elektrode. Razmotrite rad galvanskog elementa na primjer elementa bakrenog cinka (J. Daniel - B.S. Jacobi).

Shema bakrenog cinka galvanskog elementa Daniel-Jacobi

Na cinkovoj elektrodi, spušta se na Cink sulfat otopinu (C \u003d 1 mol / DM 3), cinkov oksidacija (otapanje cinka) ZN O - 2e \u003d Zn 2+ dolazi. Elektroni dolaze do vanjskog lanca. Zn - Izvor elektrona. Izvor elektrona smatra se negativnom elektrodom - anodom. Na elektrodi od bakra uronjenog u bakrenu sulfatnu otopinu (c \u003d 1 mol / dm 3), metalni ioni se obnovi. Atomi bakra su istaloženi na Cu 2+ + 2E \u003d Cu elektrodu. Elektroda bakra. To je katoda. U isto vrijeme, dio tako 4 iona 2- se kreću kroz most soli u posudi s otopinom Znso 4 . Nakon jednadžbe procesa koji se pojavljuju na anodi i katodi, dobivamo ukupnu jednadžbu

Boris Semenovich Jacobi (Moritz Hermann) (1801-1874)

ili u molekularnom obliku

To je obična oksidativna - reakcija rehabilitacije javlja se na granici metalnog morta. Električna energija galvanskog elementa dobiva se zbog kemijske reakcije. Smatra se da se galvanski element može pisati kao kratka elektrokemijska shema.

(-) Zn / Zn 2+ // Cu 2+ / Cu (+).

Preduvjet za djelovanje galvanskog elementa je razlika potencijala, to se zove električna snaga galvanskog elementa (ED) , E.d.S. Svaki operativni element za elektro obličje je pozitivan. Za izračunavanje EDS-a. Galvanski element potreban je od veličine pozitivnijeg potencijala da se veličina manje pozitivnog potencijala. Tako e.d.S. Bakar-cink galvanski element pod standardnim uvjetima (t \u003d 25 ° C, C \u003d 1 mol / dm 3, p \u003d 1 atm) jednak je razlici između standardnih elektroda potencijala bakra (katode) i cinka (anode), tj.

e.d.S. = E ov s u 2+ / cu - e o zn 2+ / zn \u003d +0.34 v - (-0.76 v) \u003d +1.10 V.

Par s cink ion Cu 2+ je obnovljen.

Razlika u elektroda potencijala potrebnih za rad može se stvoriti korištenjem iste otopine različitih koncentracija i istih elektroda. Takav galvanski element zove koncentracija I radi zbog izravnavanja koncentracije otopine. Primjer je element izrađen od dvije vodikove elektrode.

Pt, H2 / h 2 SO 4 (C0) // H2S04 (C ') / H2, pt,

gdje s` \u003d `; s`` ``.

Ako je p \u003d 101 kPa, s`< с``, то его э.д.с. при 25 о С определяется уравнением

E \u003d 0,059 lg (s` / s`).

S c '\u003d 1 mol-ion / dm 3 eds Element se određuje koncentracijom vodikovih iona u drugoj otopini, tj.

Određivanje koncentracije vodikovih iona i posljedično, pH medija koji mjeri E.D.S. Odgovarajući galvanski element naziva se potenciometrija.

Baterije

Baterije nazvali su galvanski elementi ponovne i reverzibilne akcije. Oni su u mogućnosti pretvoriti akumuliranu kemijsku energiju u električnu tijekom ispuštanja, a električni u kemikaliji, stvarajući dionice u procesu punjenja. Od E.D.S. Baterije su male, za vrijeme rada obično su spojene u bateriji.

Olovna baterija . Vodska baterija se sastoji od dvije perforirane olovne ploče, od kojih je jedna (negativna) nakon punjenja sadrži alat za ispunjavanje - spužva, a drugi (pozitivan) - olovni dioksid. Obje ploče su uronjene u 25-30% -tnu otopinu sumporne kiseline (sl. 35). Shema baterije

(-) PB / p-PH2S04 / PBO 2 / Pb (+) .

Prije punjenja poračkih olovnih elektroda, pasta je prazna koja sadrži osim organskog veziva PBO olovnog oksida. Kao rezultat interakcije oksida s olovom s sumpornom kiselinom u porama ploča elektrode, oblikovan je sulfat

PBO + H2S04 \u003d PBSO 4 + H20 .

Punjenje baterija, preskakanje električne struje

Procesni iscjedak

Ukupni procesi koji se pojavljuju tijekom punjenja i ispuštanja baterije mogu se predstavljati kako slijedi.

Prilikom punjenja baterije se povećava gustoća elektrolita (sumporne kiseline) i kada se iscjedak smanjuje. Gustoću elektrolita, sudi stupanj blokade baterije. E.d.S. Olovna baterija 2.1 V.

Prednosti Vodska baterija je veliki električni kapacitet, stabilnost u radu, veliki broj ciklusa (punjenje ispuštanja). nedostaci - Velika masa i, dakle, mali specifični kapacitet, oslobađanje vodika tijekom punjenja, a ne stezanje u prisutnosti koncentrirane otopine sumporne kiseline. U tom smislu, bolje alkalne baterije.

Alkalne baterije. To uključuje kadmij nikla i željezne baterije T. Edison.

Edison sheme baterije i olovne baterije

Thomas Edison (1847-1931)

Slični su jedni drugima. Razlika se sastoji u materijalu ploča negativne elektrode. U prvom slučaju, oni su kadmij, u drugom željezu. Elektrolit je otopina Con ω \u003d 20% . Cammium-nickel baterije imaju najveću praktičnu važnost. Shema baterije udmij

(-) CD / otopina KOH / NI2O3 / NI (+).

Rad baterije udmij-niklova se temelji na redoks reakciji uz sudjelovanje ni 3+

E.d.S. Naplaćeni Cadmium-Nickel baterija je 1,4 V.

Tablica prikazuje karakteristike baterije Edisona i olova baterija.

U udžbenicima kemije, s predstavljanjem "kiseline" tema u jednom ili drugom obliku, takozvani ključni raspon metala se spominje, kompilacija od kojih se često pripisuje betokovu.

Na primjer, u najčešće udžbeniku za 8. razred G. E. Rudsites i F. G. Feldman (od 1989. do 1995. godine objavljen je s ukupnom cirkulacijom od 8,3 milijuna primjeraka), kaže sljedeće. Lako je osigurati da magnezij brzo reagira s kiselinama (na primjeru klorovodične kiseline), pomalo sporije - cink, čak i sporiji - željezo i bakar s klorovodičnom kiselinom ne reagira. "Slični eksperimenti su obavili ruski znanstvenici N. N. Beketov, - napisuju autore udžbenika. - Na temelju eksperimenata, napravio je mnoštvo metala: k, na, mg, al, Zn, Fe, Ni, SN, PB (H), Cu, Hg, AG, PT, AU. U ovom redu, svi metali koji se suočavaju s vodikom mogu ga ponositi iz kiselina. " Također je izvijestio da je Beketov "osnivač fizičke kemije. Godine 1863., ključni raspon metala, koji se naziva imenom znanstvenika. " Nadalje, studenti izvješćuju da u nizu Beketov, metalni stoji lijevo, metali imaju pravo na desno, od rješenja svojih soli. Iznimka je najaktivniji metali. Slične informacije mogu se naći iu drugim školskim udžbenicima i koristima, na primjer: "Ruski kemičar N. N. Beketov je istražio sve metale i stavio ih u kemijsku aktivnost u ključnom broju (brojne aktivnosti)", itd.

Može nastati na nekoliko pitanja.

Prvo pitanje. Stvarno prije Beketovljevih eksperimenata (tj. Do 1863.), kemičari nisu znali da magnezij, cink, željezo i brojni drugi metali reagiraju s kiselinama s otpuštanjem vodika, i bakar, živin, srebro, platina i zlato ne posjeduju tu imovinu?

Pitanje je drugo. Da li neki kemičari ne primjećuju Beketovu da neki metali mogu nadmašiti druge iz rješenja svojih soli?

Pitanje je treće. U knjizi V. A. Volkov, E. V. Vonsky, G. I. Kuznetsova "Izvanredni kemičari svijeta. Biografska referentna knjiga "(M.: Viša škola, 1991) Rečeno je da Nikolai Nikolayevich Beketon (1827-1911) -" Ruski fizičar, akademik ... jedan od osnivača fizičke kemije ... istražili su ponašanje organskih kiselina na visokim temperaturama. Sintetizirana (1852) benzureida i acetura. Brojne teorijske odredbe o ovisnosti reakcije reakcija na stanje reagensa i vanjskih uvjeta ... određuje toplinu formiranja oksida i klorida alkalijskih metala, najprije primljeni (1870) bezvodni alkalni metalni oksidi. Koristeći sposobnost aluminija za obnovu metala iz oksida, položio temelje aluminijevog ... Predsjednik ruskog fizičkog kemijskog društva .... " A ne riječ o kompilaciji serije raseljavanja, koja je ušla (na kontrast, na primjer, od Ureyida - urea derivati) do školskih udžbenika objavljenih od strane cirkulacija multimilion-dolar!

Teško je biti potrebno povratiti autore biografske referentne knjige u zaboravu važnog otkrića ruskog znanstvenika: nakon svega, di mendeleev, koji se, koji se toliko ne može prigovoriti u neparizu, u svojim klasičnim udžbenikom "Osnove kemije" "I, nikada ne spominje seriju premještanja Beketov, iako se 15 puta odnosi na razne radove. Da bismo odgovorili na sva ova pitanja, morat ćemo obići povijest kemije, da se bave tko i kada su predložili brojne aktivnosti metala, koji su eksperimenti proveli N. N. Beketov i koji je njegov presudni red.

Možete odgovoriti na prva dva pitanja. Naravno, oslobađanje vodika iz kiselina s metalima i raznim primjerima premještanja s njima iz soli bili su poznati mnogo prije Bettova. Na primjer, u jednom od vodstva švedskog kemičara i mineraloške Thornberne Ulaf Bergman, objavljen je 1783. godine, preporučuje se kada se analiziraju polimetrične rude za olakšice i srebra iz rješenja s željeznim pločama. Prilikom izračunavanja sadržaja željeza u rudi treba uzeti u obzir taj dio njega, koji se preselio u otopinu iz tanjura. U istom vodstvu, Bergman piše: "Metali se mogu izblijediti od rješenja njihovih soli s drugim metalima, dok se uočava određena sekvenca. U nizu cinka, željeza, olovo, kositar, bakar, srebrni i živinci cink raselje itd. I, naravno, nije Bergman prvi put otkrio te reakcije: takva opažanja se vraćaju u alkemijsko vrijeme. Najpoznatiji primjer takve reakcije korišten je u srednjim godinama Charlatana, koji je javno pokazao "transformaciju" željeznog nokta u crveno zlato, kada su spustili nokat u otopinu bakra sulfata. Sada se ova reakcija prikazana u nastavima kemije u školi. Što je bit nove bekovoj teorije? Prije pojave kemijske termodinamike, protok reakcije u jednom ili drugom smjeru kemičara objasnio je konceptom afiniteta nekih tijela na drugu. Isti Bergman, na temelju poznatih reakcija pomaka, razvila je teoriju izbornog afiniteta od 1775. godine. Prema toj teoriji, kemijski afinitet između dviju tvari u tim uvjetima ostaje konstantan i ne ovisi o relativnim masama reagiranja tvari. To jest, ako se tijela a i u kontaktu s tijelom C, zatim povezivanje sa C bi bilo tijelo koje ima puno afiniteta. Na primjer, željezo ima veći afinitet za kisik od žive, i stoga će se najprije oksidirati. Pretpostavljalo se da je smjer reakcije određeno isključivo kemijskim afinitetom reaktivnih tijela, a reakcija ide do kraja. Bergman je bio tablica kemijskog afiniteta koje su kemičari koristili prije početka XIX stoljeća. Ove tablice su posebno uključene različite kiseline i baze.

Gotovo istovremeno s Bergmanom, francuski kemičar Claude Louis Bertoll razvio je još jednu teoriju. Kemijski afinitet također je bio povezan s privlačenjem tijela jedni drugima, ali su zaključci napravili drugi. Po analogiji sa zakonom svjetske atrakcije Bertoll, vjerovao je da u kemiji, privlačnost treba ovisiti o masi reaktivnih tijela. Stoga, tijek reakcije i njegov rezultat ne ovisi samo o kemijskom afinitetu reagensa, već i na njihovim količinama. Na primjer, ako tijelo A i C može reagirati s C, tada se tijelo s kojom će se distribuirati između a i uzastopne afiniteti i mase i ne reagiju će doći do kraja, jer će doći do ravnoteže kada je AC, sunce i besplatno A i B će istovremeno doći. Vrlo je važno da se raspodjela između A i B može varirati ovisno o višku A ili V. Stoga s velikim viškom, tijelo s malim afinitetom može gotovo "odabrati" tijelo njegov "protivnik". Ali ako se ukloni jedan od reakcijskih proizvoda (AC ili Sunce), reakcija će proći do kraja i samo taj proizvod nastaje da napušta opseg djelovanja.

Burtoll ima vlastite zaključke, promatranje procesa oborina iz rješenja. Ovi nalazi zvuče iznenađujuće moderno, osim za zastarjele terminologije. Međutim, Bertoll je bila kvalitativna teorija, nije dala načine za mjerenje veličine afiniteta.

Daljnji napredak teorije temeljio se na otkrićima u području električne energije. Talijanski fizičar Alessandro Volta na kraju XVIII stoljeća. Pokazalo je da se električni naboj nastaje prilikom dodirivanja različitih metala. Provođenje eksperimenata s raznim parovima metala i određivanjem znaka i vrijednosti naknade nekih metala u odnosu na drugi, napon postavljen broj napona: Zn, PB, SN, Fe, Cu, AG, AU. Koristeći parove različitih metala, volt je izgradio galvanski element, čija je snaga bila veća, skuplji članovi ove serije. Razlog za to u tim godinama bio je nepoznat. Istina, 1797. godine, njemački znanstvenik Johann Wilhelm Ritter predvidio je da, u nizu napona, metali trebaju stajati kako bi se smanjila sposobnost povezivanja s kisikom. U slučaju cinka i zlata, ovaj zaključak nije uzrokovao sumnju; Što se tiče drugih metala, treba napomenuti da njihova čistoća nije bila vrlo visoka, tako da brojni volta ne odgovaraju uvijek modernom.

Teorijski pogledi o prirodi nastajanja procesa bili su vrlo nejasni i često kontradiktorni. Poznati švedski kemičar Jonx Jacob Burtsellius na početku XIX stoljeća. Stvorio elektrokemijski (ili dualistic, od lat , Dualis - "Dvostruka") teorija kemijskih spojeva. U skladu s ovom teorijom, pretpostavlja se da se svaki kemijski spoj sastoji od dva dijela - pozitivno i nepovoljno napunjena. Godine 1811., Burtsluus, na temelju kemijskih svojstava elemenata poznatih, uredio ih zaredom, tako da je svaki član u njemu bio elektronegativan u odnosu na prethodnu i elektropozitivnost u odnosu na naknadno. U skraćenoj verziji, sljedeće (u silaznom redoslijedu) pripisano je elektronegativnim elementima:

O, S, N, Cl, Br, S, SE p, kao, CR, B, C, SB, TE, SI.

Zatim je slijedio prijelazni element - vodik i iza nje - elektropozitivni elementi (kako bi se povećalo ovo svojstvo):

AU, PT, Hg, AG, Cu, BI, SN, Pb, CD, CO, ni, Fe, Zn, Mn, Al, Mg, CA, SR, BA, Li, K.

Ova serija, ako prepišete sve metale u obrnutom redoslijedu, vrlo blizu modernog. Neke razlike u redoslijedu metala u ovom redu vjerojatno su posljedica nedovoljnog pročišćavanja tvari tijekom dana bezera, kao i neka druga svojstva metala, koje su vođene bercelyusom. Prema Britareliusu, dalje su elemente jedni od drugih u ovoj seriji, to su veće suprotne električne naknade i trajnije kemijske spojeve, oni se međusobno tvore.

Teorija dualizma Berzeliusa usred XIX stoljeća. Bio je dominantan. Njezin je neuspjeh prikazan osnivači termopemije francuskog znanstvenika Marineelena Berla i danski istraživač Julius Tomsen. Mjerili su kemijsku afinitetu za rad koji kemijska reakcija može proizvesti. U praksi se mjeri na toplinskom učinku reakcije. Ove radove dovele su do stvaranja kemijske termodinamike - znanosti, koji, posebno, izračunati položaj ravnoteže u reakcijskom sustavu, uključujući ravnotežu u elektrokemijskim procesima. Teoretska osnova niza aktivnosti (i brojnih stresa) postavljen je u rješenja na kraju XIX stoljeća. Njemački fizičkookemičar Walter Nernst. Umjesto visoko kvalitetnih karakteristika - afinitet ili sposobnost metala i njenog iona na jednu ili drugu reakciju - pojavila se točna kvantitativna vrijednost, karakterizirajući sposobnost svakog metala da se presele u otopinu u obliku iona, kao i za vraćanje iz ione do metala na elektrodi. Takva magnituda je standardni potencijal elektroda metala, a odgovarajuća serija, izgrađena u redoslijedu potencijalnih promjena, naziva se brojni standardni elektrodni potencijali. (Standardno stanje sugerira da je koncentracija iona u otopini 1 mol / l, a tlak plina je 1 atm; najčešće se standardno stanje izračunava za temperaturu od 25 ° C.)

Standardni potencijali najaktivnijih alkalijskih metala izračunati su teoretski, jer ih je nemoguće izmjeriti eksperimentalno u vodenim otopinama. Izračunati potencijale metala u različitim koncentracijama njihovih iona (tj. U ne-standardnim državama) upotrijebite jednadžbu NERNST. Potencijali elektroda definiraju se ne samo za metale, već i za množinu redoks reakcija koje uključuju i kation i anions. To teoretski omogućuje predviđanje mogućnosti raznih redoks reakcija u različitim uvjetima. Također treba napomenuti da će se u nevodenim otopinama potencijali metala biti različiti, tako da se sekvenca metala u nizu može značajno promijeniti. Na primjer, u vodenim otopinama, potencijal bakrene elektrode je pozitivan (+0.24 V) i bakar je u pravu od vodika. U otopini acetonitrila CH3CN, potencijal bakra je negativan (-0.28 V), tj. Bakar se nalazi lijevo od vodika. Stoga, u ovom otapalu postoji takva reakcija: Cu + 2HCl \u003d CuCl2 + H2.

Sada je vrijeme da odgovorimo na treće pitanje i saznajte što je točno studirao Bekete i kakve zaključke došli.

Jedan od najistaknutijih ruskih kemičara N. N. Beketov nakon diplomiranja (1848.), Sveučilište Kazan radio je već neko vrijeme na medicinskoj i kirurškoj akademiji u laboratoriju N. N. Vinin, zatim na Sveučilištu St. Petersburg, a od 1855. do 1886. - na Sveučilištu Kharkov , Ubrzo nakon primitka 1857. godine, Sveučilišni odjel za kemiju Beketov otišao je na godinu dana u inozemstvu "s imenovanjem ukupnog sadržaja tisuća rubalja godišnje", u to vrijeme to je bio veliki iznos. Tijekom boravka u Parizu objavio je (na francuskim) rezultate njegove prethodno provedene istraživanja o premještanju nekih metala iz otopina vodika i restorativnog učinka cinkovog pare. Na sastanku Pariškog kemijskog društva Beketov izvijestio je o restauraciji SICL4 i BF3 vodika. To su bile prve veze u lancu studija posvećenih premještanju nekih elemenata od strane drugih koji su započeli Beketov 1856. godine i diplomirali su na 1865.

Već u inozemstvu, Beketov je platio pozornost. Dovoljno je citirati riječi D. I. Mendeleev, s kojim se Beketov susreo u Njemačkoj: "Od ruskih kemičara u inozemstvu, naučio sam Beketov ... Savich, Sechenov. To je sve ... takve osobe koje rade čast Rusije, ljudi s kojima je Rad-Radhechonek, koji je izašao. "

Godine 1865., u Kharkov je objavljen disertacija Beketove "proučavanja nad pojavama premještanja nekih elemenata od strane drugih". Ovaj rad je ponovno objavljen u Kharkov 1904. (u zbirci "u sjećanju 50. obljetnice znanstvene djelatnosti N. N. Beketov") i 1955. godine (u zbirci "N. Beketov. Odabrana djela na fizičkoj kemiji").

Upoznat ćete se s ovim radom Beketov detaljnije. Sastoji se od dva dijela. U prvom dijelu (u njoj šest dijelova), rezultati autorovih eksperimenata su vrlo detaljni. Prva tri dijela posvećena je djelovanju vodika na otopinama srebrnih soli i žive na različitim tlakovima. Beketov je izgledao iznimno važan zadatak pronalaženja mjesta vodika u brojnim metalima, kao i ovisnost o smjeru reakcije od vanjskih uvjeta - tlaka, temperature, koncentracije reagensa. Izvršio je eksperimente u rješenjima i suhim tvarima. Kemikalije su dobro poznate da vodik jednostavno pomiče neke metale iz oksida na visokim temperaturama, ali neaktivno na niskim temperaturama. Beketov je saznao da se aktivnost vodika povećava s povećanjem tlaka, koje je povezan s "većim gustom" reagensom (sada bi im rekli - s višim tlakom, odnosno koncentraciju plina).

Proučavanje mogućnosti premještanja metala s vodikom iz otopina, Beketov je stavio nekoliko prilično rizičnih eksperimenata. Po prvi put u povijesti kemije Betesa, pritisci koji prelaze 100 bankomata. Proveo je eksperimente u mraku, u zapečaćenim staklenim cijevima s nekoliko zavoja (koljena). U jednom koljenu, smještena je solna otopina, u drugu - kiselinu, a na kraju cijevi - metalni cink. Naginjanje cijevi, Beketov prisili cink pasti u kiselinu uzetu u višak. Znajući masu otopljenog cinka i volumena cijevi, bilo je moguće procijeniti dostignut tlak vodika. U nekim eksperimentima, Beketi su pojasnili pritisak prema stupnju kompresije zraka s tekućinom u tankoj kapilarnoj lemljenoj u cijev. Otvaranje cijevi oduvijek je popraćeno eksplozijom. U jednom od eksperimenata, u kojima je pritisak dostigao 110 bankomata, eksplozija na otvaranju cijevi (provedena je u vodi ispod nagnutog cilindra) smita debelog cilindara, čiji je volumen tisuću puta premašio volumen cijevi s reagensima.

Eksperimenti su pokazali da učinak vodika ne ovisi samo na pritisku, već i iz "tvrđave metalne otopine", tj. Iz njegove koncentracije. Oporavak srebra iz otopine amonijaka AGCL počinje čak i dok se cink potpuno otopi na tlaku od oko 10 atm - transparentno rješenje će se utopiti (prvo na granici s plinom, zatim po cijeloj masi), a nakon nekoliko Dani sivi srebrni prah se smjestio na zidove. Pri atmosferskom tlaku, reakcija je opažena. Srebro je također obnovljeno od nitrata i sulfata, a srebrni acetat vodik je djelovao na atmosferskom tlaku. Od soli žive na visokim tlakom, metalne kuglice su se razlikovale, a bakar i vodeći nitrati nisu se mogli obnoviti ni na visokom tlaku vodika. Obnova bakra promatrana je samo u prisutnosti srebra i platine na tlaku do 100 atm. Platinum Beketov nekada je ubrzao proces, tj. Kao katalizator. Napisao je da platina više doprinosi ekstruziji nekih metala od tlaka, jer vodik na platinasti površini je "podvrgnut većoj privlačnosti i treba imati najveću gustoću." Sada znamo da je vodik adsorbiran na platinu aktiviran zbog svoje kemijske interakcije s metalnim atomima.

U četvrtom dijelu prvog dijela Beketon opisuje eksperimente s ugljičnim dioksidom. Studirao je svoj učinak na kalcijeve acetatne otopine na različitim tlakovima; Otkrio je da je obrnuta reakcija otapanja mramora u octenoj kiselini pri određenom tlaku plina zaustavlja čak i viška kiseline.

U posljednjim dijelovima eksperimentalnog dijela Beketon, djelovanje cinkovog para opisan je na visokim temperaturama na spojevima barije, silicij, aluminij (posljednji element on naziva globus, kao što je bio uobičajeno u tim godinama). Vraćanje silicija tetraklorida cinka, Beckets je prvi put dobio prilično čist kristalni silicij. Također je otkrio da magnezij vraća aluminij od kriolitisa (natrijev fluoroalumut "vlastite pripravke") i silicij iz njegovog dioksida. U tim eksperimentima se također uspostavlja aluminijska sposobnost obnavljanja barijevog oksida i kalija - iz hidroksida. Dakle, nakon kalcine aluminija s bezvodnom barij oksidom (s malim dodavanjem barijevog klorida kako bi se smanjila točka taljenja), legura se sastoji od rezultata analize, za 33,3% barijevog, ostatak je aluminij. U isto vrijeme, mnogo sati kalciniranja aluminija s kloridom barijevog, zbunjenog u prahu, nije doveo do promjena.

Nije prilično uobičajena aluminijska reakcija s kobom provedena u zakrivljenom prtljažnik, u zatvorenom kraju koji su postavljeni kriške Con i aluminij. Uz snažnu moć ovog kraja pojavili su se kalij parovi, koji su kondenzirani u hladnom dijelu trupa, "gdje je proizvedeno nekoliko komada mekog metalnog gorućeg s ljubičastim plamenom." Kasnije se na sličan način razlikovali su rubidij i cezija.

Drugi dio rada Beketove posvećen je teoriji raseljavanja nekih elemenata od strane drugih. U ovom dijelu Beketon, prvi je analizirao brojne eksperimentalne podatke - i svoje vlastite i proveli drugi istraživači, uključujući Breslav profesor Fisher, kao i Davy, Galessak, Burtslius, Völer. "Nekoliko zanimljivih činjenica o taloženju metala mokri mokrim mokrim, pronađeno engleskog kemičara William Rediring. U ovom slučaju, slučajevi premještanja nekih elemenata drugim "vlažnim stazom", tj. U rješenjima i "suhom putu", to jest, pri izračunavanju reagensa, Beketov razmatra zajednički. Bilo je logično, jer je nemoguće eksperimentalno provesti reakcije u vodenim napadima uz sudjelovanje alkalnih i alkalnih zemaljskih metala, koliko god aktivno reagiraju s vodom.

Tada Beketov određuje svoju teoriju osmišljenu da objasni razne aktivnosti elemenata. Postavljanjem svih metala u nizu za njihovu specifičnu težinu (tj. Gustoću), Beketov je otkrio da je vrlo dobro u skladu s poznatim pomakom u blizini. "Stoga, to čini povlačenje repe," mjesto metala ... u broju za pomicanje može biti vrlo ispravno određen i, tako da se govori, unaprijed predviđa svoju specifičnu težinu unaprijed. " Neke neizvjesnosti se promatraju samo između "susjedne specifične težine metala". Dakle, kalij - obično "više energičniji" element i, na primjer, pomiče natrij iz NaCl kada kalcinira, iako kalij i više lete. Međutim, inverzni procesi su također poznati: na primjer, natrija može pokazati kalij iz njegovog hidroksida i acetata. "S obzirom na stav prve alkalne skupine na drugi i odnos metala druge skupine među njima, oni su još uvijek ozbiljno istraženi", piše Beckets.

Beketov se susreo s ozbiljnijim poteškoćama. Na primjer, uspio je obnoviti cink aluminija iz otopine ZnCl2 i nije uspio - iz otopine Znso4. Osim toga, aluminij "nije obnovio željezo, nikal, kobalt, kadmij iz rješenja uopće. Beketov je to objasnio činjenicom da aluminij "djeluje uglavnom u vodi" i pretpostavlja se da bi te reakcije trebale ući u odsutnost vode ", sušiti". Doista, u kasnijim je odabranim takvim reakcijama i zapravo otvorila aluminijet.

Još jedna poteškoća bila je da su neki metali pali iz pravila specifičnih vaga. Dakle, bakar (gustoća 8.9) ne nalazi se u nizu aktivnosti, ali nakon olova (gustoća 11.4 - vrijednosti gustoća u Beketovu malo se razlikuju od modernog). Takva "anomalija" prisiljena Becketov pokušati još više aktivni vod biti manje aktivni bakar. Postavila je bakrene ploče u vruće zasićena otopina olovnog klorida - neutralna i kisela, u otopini amonijaka oksida, grijanog bakra sa suhim oksidom i olovom kloridom. Sva iskustva su bila neuspješna, a Beketov je bio prisiljen prepoznati "povlačenje iz općeg pravila". Ostale "anomalije" u pitanju srebro (10,5 gustoća) i olovo, kao i srebro i živa (13.5 gustoća), od olova, i Merkur vratiti "lakši" srebro iz rješenja njegovih soli. Anomalija s živom Beketov objasnila je da je ovaj metal tekući i stoga je njegova aktivnost veća nego što slijedi iz pravila specifičnih vaga.

Beketov je distribuirao svoje pravilo i ne-metalima. Na primjer, u rednom kloru (gustoća tekući klora 1.33), brom (gustoća 2.86), jod (gustoća 4.54) Najlakši element je i najaktivniji (fluor je dobio Moissana samo 20 godina kasnije). Isto se primjećuje u seriji O, S, SE: kisik - najaktivniji i vrlo lako odvajaju ostale elemente iz njihovih spojeva s vodikom ili s alkalnim metalom.

Beketov je njegovo pravilo analogijom s mehanikom: omjer povezan s masom čestica (tj. Atoma) i s udaljenosti između njih u jednostavnoj tvari. Znajući gustoću metala i njihove relativne atomske mase, možete izračunati relativne udaljenosti između atoma. Što je veća udaljenost između njih, lakše, na Beketovu, atomi se isključuju u kemijskim procesima. Međusobni "afinitet" različitih elemenata povezani su s ovim i sposobnost da se međusobno guraju iz spojeva. Nakon što je izračunala relativnu udaljenost između atoma u različitim metalima i usvajanju kalijevog standarda, Beckets je dobio sljedeće vrijednosti: K - 100, Na-80, CA - 65, Mg - 53, Al - 43, itd., Sve do platine ,

Daljnji sažetak Beketovljeve teorije o relativnoj snazi \u200b\u200bkemijskih spojeva (naime, sposobnost nekih elemenata za druge) može se naći u udžbeniku D. I. MENDELEEV "Osnove kemije" (navodi 1947. godine. Koristeći suvremenu terminologiju): ". .. profesor Nn Beketov u sastavu "Istraživanja o fenomenima pomaka" (Kharkov, 1865), ponudio je posebnu hipotezu da ćemo predstaviti gotovo riječi autora.

Za aluminij al2O3 oksid, AlCl3 i Ali3 halide. U oksidu, omjer al: o \u003d 112: 100, za Al: C \u003d 25: 100 klorid, za jodid al: i \u003d 7: 100. Za srebrni ag2o oksid (omjer 1350: 100) manje izdržljivi od klorida (AG : Cl \u003d \u003d 100: 33), a jodid je najtrajniji (AG: I \u003d 85: 100). Od tih i sličnih primjera, može se vidjeti da su oni spojevi u kojima mase spojnih elemenata postaju gotovo jednake su najčešći. Stoga postoji težnja za velikim masama za povezivanje s velikim i malim, na primjer: ag2o + 2Ka daje K2O + 2Gi. Iz istog razloga, na povišenim temperaturama, Ag2o, HGO, HG03 i slični oksidi sastavljeni od nejednakih masa se razgrađuju, dok se oksidi lakih metala, kao i voda ne mogu tako lako razgraditi. Najviše oksidi otporni na toplinu su MgO, CaO, Si02, Al2O3 približavaju stanje ravnopravnosti uvjeta. Iz istog razloga, Bok se lakše razgrađuje od HCl. Klor ne djeluje na MgO i Al2O3, ali djeluje na Cao, Ag2o itd.

Da biste razumjeli istinske odnose izvršenih, - zaključuju Mendeleev, još uvijek dovoljno daleko i one dodatke mehaničke teorije kemijskih fenomena, koji daje Bekets. Ipak, na način objašnjavanja relativne čvrstoće mnogih spojeva, vidljivo je vrlo zanimljivo okruženje primarne važnosti. Bez takvih pokušaja nemoguće je zagrliti složene objekte iskusnog znanja. "

Dakle, bez zadržavanja zasluge prekrasnog kemičara, to bi trebalo prepoznati da je, iako je teorija NN Beketove odigrala istaknutu ulogu u razvoju teorijske kemije, pripisuje je uspostavi relativne aktivnosti metala u reakciji Promjena vodika vodika iz kiselina i odgovarajući broj metala ne bi trebao biti: Njegova mehanička teorija kemijskih fenomena ostala je u povijesti kemije kao jedne od brojnih faza.

Zašto u nekim knjigama, Betheov se pripisuje onome što nije otvoren? Ova tradicija, poput mnogih drugih, pojavila se, vjerojatno u kasnim 40-ih - ranih 50-ih. XX. Stoljeća, kada je kampanja "niskog puta West" bila bijesna u SSSR-u, a autori su jednostavno bili dužni pripisati autorima u znanosti u znanosti, pa čak i citat stranih autora smatra se Kramolom (bio je u tim Godine se rodila šala o činjenici da je "Rusija rodno mjesto slonova"). Na primjer, M. V. Lomonosov pripisuje otvaranje zakona očuvanja energije, koji je otvoren samo usred XIX stoljeća. Ovdje je specifičan primjer predstavljanja povijesti znanosti tih vremena. U knjizi Vladimira Orlova "na podebljanoj misli" (M.: Mlada straža, 1953.) iz izuma u području električne energije opisane su takvim riječima: "Stranci su uništili kolijevku električnog svjetla ... Amerikanci su oteli a Divan ruski izum ... Edison u Americi željno je počeo poboljšavati ruski izum ... Strani znanstvenici Električne svjetiljke koje je stvorio genija ruski narod ... Američki imperijalisti osramotili su električnu energiju ... nakon njih, jugoslavenske fašisti osramotili su električno svjetlo ... "- itd, itd. Sedam odjeka onih neljubaznih sjećanja vremena, očito i ostao u nekim udžbenicima, i trebali bi biti učitani. Kao jedan od povjesničara kemije je rekao: "Lomonosov je dovoljno velik da mu ne pripisuju otkrića."

"Svijeća je spaljena ..."

Fenomene promatrane tijekom spaljivanja svijeća su takve da ne postoji niti jedan zakon prirode, koji neće biti na ovaj ili onaj način.

Michael Faraday. Povijest candack

Ova priča posvećena je "eksperimentalnom istraživanju". Glavna stvar u kemiji je eksperiment. U laboratorijima cijelog svijeta stavljaju i nastavljaju stavljati milijune različitih eksperimenata, ali iznimno rijetki profesionalni istraživač to čini kao neki mladi kemičari: što ako će se dogoditi nešto zanimljivo? Najčešće, istraživač ima jasno formuliranu hipotezu, koju traži ili potvrđuje ili pokusuju eksperimentalno. No, iskustvo je dovršeno, rezultat se dobiva. Ako se ne slaže s hipotezom, to znači da je netočan (naravno, ako se eksperiment ispravno dostavi i reproducira se nekoliko puta). A ako ste dosljedni? Znači li to da je hipoteza istinita i vrijeme je za prevođenje kategorije teorije? Novice istraživač ponekad vjeruje da, ali iskusni sa zaključcima nije u žurbi, a to je uvijek čvrsto razmišljanje je li nemoguće objasniti rezultat kao inače.

Primjeri koliko je slično "razmišljanje" korisno, povijest kemije zna tisuće. Sljedeće tri priče su samo o tome koliko se opasno događa da je "uspješan" eksperiment dokazuje odanost hipoteze. Ponekad postoje takvo iskustvo u lekcijama. Mali drveni ili pjenjeni krug je dopušteno plivati \u200b\u200bu tanjuru s vodom, na kojoj je ojačana goruća svijeća. Na krug s svijećom spuštaju obrnutu staklenu posudu i stavljaju ga u ovaj položaj na dnu ploča. Nakon nekog vremena, svijeća se izlazi, a dio banke je ispunjen vodom. Ovo iskustvo trebalo bi navodno pokazati da samo peti dio zraka (kisik) podržava gori. Doista, na prvi pogled čini se da je voda porasla oko petog dijela, iako se obično ne provode točnija mjerenja. Na prvi pogled, iskustvo je jednostavno i prilično uvjerljivo: nakon svega, kisik u zraku je zaista 21% po volumenu. Međutim, s gledišta kemije, nije u redu. Doista, svijeće su napravljene od parafina, a parafin se sastoji od ograničavanja ugljikovodika pripravka s n. H2. n. +2 s 18-35 atoma ugljika. Jednadžba reakcije spaljivanja može se snimiti općenito: s n. H2. n. +2 + (3 n. + 1) / 2 O2 → n. CO2 + ( n. + 1) H2O. Kao n. Veliko, zatim koeficijent pred kisikom je vrlo blizu 1,5 n. (za n. \u003d 18 razlika između (3 n. + +1) / 2 i 1.5 n. će biti manji od 2% n. \u003d 30 bit će još manje). Prema tome, 1 volumen CO2 se odlikuje 1,5 volumena kisika. Stoga, čak i ako se potroši svi kisik iz limenke (u volumenu), tada je 0,21: 1,5 \u003d 0,14 volumena ugljičnog dioksida treba izolirati umjesto nakon izgaranja. Dakle, voda ne bi trebala ispuniti petinu banke na sve!

Ali je li to ispravno? Uostalom, ugljični dioksid, kao što je dobro poznato, dobro je topljiv u vodi. Možda će ići u vodu? " Međutim, proces otapanja ovog plina je vrlo spor. To je pokazano posebnim eksperimentima: čistom vodom u obrnutom posudu, ispunjenom CO2, gotovo se ne diže za sat vremena. Eksperiment s svijećom nastavlja manje od minute, dakle, čak i ako je voda potpuna, voda treba ući u posudu od samo 0,21 - 0,1 \u003d 0,07 njezina volumena (oko 7%).

Ali to nije sve. Ispada da svijeća "gori" u banci je daleko od svih kisika, ali samo mali dio njega. Analiza zraka u kojoj je svijeća izašla, pokazala je da još uvijek sadrži 16% kisika (zanimljivo je da o istoj razini smanjuje sadržaj kisika u normalnom izdisanju osobe). Dakle, voda ne bi trebala ići u banku! Iskustvo, međutim, pokazuje da nije. Kako to objasniti?

Najjednostavnija pretpostavka: zapaljena svijeća zagrijava zrak, njegov se volumen povećava, a dio zraka izlazi iz banke. Nakon hlađenja zraka u banci (to se događa vrlo brzo) tlak pada u njoj, a voda dolazi u banku pod djelovanjem vanjskog atmosferskog tlaka. U skladu sa zakonom idealnih plinova (a zrak u prvoj aproksimaciji može se smatrati idealnim plinom), tako da se količina zraka povećava za 1/5, njegova temperatura (apsolutna) također treba povećati za 1/5, tj. Povećanje od 293 K (20 ° C) do 1,2 × 293 \u003d 352 K (oko 80 ° C). Ne tako puno! Grijanje zraka s plamenom svijeće na 60 ° je sasvim moguće. Ostaje samo provjeriti eksperimentalno, da li zrak napusti banku tijekom iskustva.

Prvi eksperimenti, međutim, ova pretpostavka nije potvrđena. Dakle, u nizu eksperimenata provedenih s širokom banci s volumenom od 0,45 litara, nije bilo znakova "raspršivanja" zraka ispod ruba posude. Još jedno neočekivano promatranje: voda u posudi, dok je svijeća gorjela, gotovo nije došla.

I tek nakon što je tenska svijeća, razina vode u obrnutu banku brzo je porasla. Kako to objasniti?

Može se pretpostaviti da, dok svijeća gori, zrak u banci se zagrijava, ali ne povećava svoj volumen, već tlak, koji sprječava usisavanje vode. Nakon prestanka gorunja, zrak se hladi u posudu, njezin tlak pada, a voda se uzdiže. Međutim, ovo objašnjenje nije prikladno. Prvo, voda nije teška živa, koja ne bi dala zrak da napusti posudu s blagim povećanjem tlaka. (Merkurni okidač koji se koristi jednom svi fizičari i kemičari koji su studirali plinove.) Doista, voda je 13,6 puta lakše za živu, a visina vodotvoriva između ruba limenki i razine vode na ploči je mala. Stoga, čak i mali porast tlaka neizbježno uzrokuje "bušilicu" zraka kroz zatvarač.

Još ozbiljnije, drugi prigovor. Čak i ako bi razina vode na ploči bila velika i voda ne bi proizvela grijani zrak iz banke, koji je pod visokim tlakom, zatim nakon hlađenja zraka u limenku i njegovu temperaturu, a tlak bi se vratio na početne vrijednosti , Dakle, ne bi bilo razloga za odlazak u banku.

Riddle je uspio dopustiti samo promjenom malog dijela tijekom eksperimenta. Obično je banka "stavljena na" na svijeću odozgo. Dakle, možda to leži razlog za čudno ponašanje zraka u banci? Burning svijeća stvara prema gore tok grijanog zraka, a kada se banka kreće odozgo, vrući zrak postaje najhladniji do ruba čak i prije ruba limenki dotakne vode. Nakon toga, temperatura zraka u banci sve dok svijeća ne gori, malo se mijenja, ovdje je zrak i ne ostavlja ga (i također ne ulazi unutra). I nakon prestanka spaljivanja i hlađenja vrućeg zraka u banci, tlak u njemu se značajno smanjuje, a vanjski atmosferski tlak pokreće dio vode u banku.

Da biste testirali ovu pretpostavku, u nekoliko eksperimenata, banka je bila "stavljena na" svijeću na vrhu, a sa strane, gotovo dodirivši rub banaka plamena, nakon čega je posuda podignuta na dno tanjura s brzom pokret. I odmah iz ispod ruba, banke su počele mjehurići zrak brzo! Naravno, nakon zaustavljanja zapaljenja svijeće, voda je bila upotrijebljena prema unutra - o istoj razini kao iu prethodnim eksperimentima.

Dakle, ovo iskustvo s svijećom ne može ilustrirati sastav zraka. Ali ponovno potvrđuje mudar izjavu o velikoj fizici, donesenoj na epigraf.

Pristup ravnoteži ...

Razmotrite drugo pogrešno objašnjenje eksperimenta, u kojem se javljaju grijaći plinovi. Ovo objašnjenje je ušlo u popularne članke u kemiji, pa čak iu sveučilišnim udžbenicima. Dakle, u brojnim stranim udžbenicima na ukupnoj kemiji opisani su prekrasan eksperiment, esencija koju ćemo ilustrirati citat iz udžbenika Noel čekaju "kemijske kinetike". "Metoda opuštanja. Eigen metoda za koju je autor dodijeljen 1967. godine Nobelova nagrada u kemiji, naziva se metoda opuštanja. Sustav reakcije postiže stanje ravnoteže pod određenim uvjetima. Ovi uvjeti (temperatura, tlak, električno polje) se zatim brzo krše - brže od ravnotežnih promjena. Sustav ponovno dolazi u ravnotežu, ali sada pod novim uvjetima; To se zove "opuštanje u novom ravnotežnom položaju". Dok se događa za opuštanje, nadzire se promjena neku vrstu svojstava sustava ...

Eksperiment koji pokazuje fenomen opuštanja.

U nekim slučajevima, stanje ravnoteže se uspostavlja tako polako u novim uvjetima, da se promjena koncentracije može pratiti korištenjem konvencionalnih laboratorijskih tehnika i na taj način promatrati fenomen opuštanja. Kao primjer, razmislite o tranziciji dušikovog dioksida (tamno smeđi plin) u dimera (bezbojni plin):

Napunite štrcaljku staklenog plina približno 80 cm3 plina. Brzo pritisnite klip štrcaljke i stisnite plin na 50-60 cm3. Provjerite je li se boja plina promijenila. Prvo, bit će brzo zamračenje plina, budući da će se koncentracija NO2 povećati, ali će doći do polaganja disanja, jer visoki tlak doprinosi formiranju N2O4, a ravnoteža će se postići s novim vanjskim uvjetima. "

U nizu udžbenika, sličan opis je osiguran za ilustraciju načela Le Chatele: Kada se tlak plina poveća, ravnoteža se pomakne prema smanjenju broja molekula, u ovom slučaju, u smjeru bezbojnog dimera N2O4 , U isto vrijeme, tekst je popraćen tri fotografije u boji. Oni mogu vidjeti kako odmah nakon kompresije, žućkasto-smeđi, prvo, mješavina postaje tamno smeđa, a na trećoj fotografiji snimljena nakon nekoliko minuta, smjesa plina u štrcaljci će se primjetno osvijetliti.

Ponekad dodaju da je klip mora biti pritisnut što je brže moguće, tako da ne postoji ravnoteža za to vrijeme za pomicanje.

Na prvi pogled, takvo objašnjenje izgleda vrlo uvjerljivo. Međutim, kvantitativno razmatranje procesa u štrcaljki u potpunosti opovrgava sve zaključke. Činjenica je da je određena ravnoteža između dušikovog dioksida NO2 i njegovog dimera (nitroksida dušika) N2O4 ugrađen iznimno brzo: za milijune boja sekundi! Stoga je nemoguće iscijediti plin u štrcaljki brže od ove ravnoteže. Čak i ako pomaknete klip u čeličnu "štrcaljku" uz pomoć eksplozije, ravnoteže, najvjerojatnije se uspio uspostaviti kao klip se kreće zbog svoje inercije. Kako još mogu objasniti fenomen u ovom eksperimentu? Naravno, smanjenje volumena i odgovarajuće povećanje koncentracije plina dovodi do povećanja boje. Ali to nije glavni razlog. Svatko tko je pumpa ručno pumpe biciklističke komore zna da je crpka (posebno aluminij) vrlo zagrijana. Trerenje klipa o cijevi crpke ovdje nije ništa što treba vidjeti u tome, čineći neke mirovne promjene kada zrak nije komprimiran u pumpi. Grijanje se događa kao posljedica tzv. Adijabatske kompresije - kada toplina nema vremena za raspršivanje u okolnom prostoru. To znači da, pri komprimiranju smjese dušikovih oksida, mora se zagrijati. A kada se zagrijava, ravnoteža u ovoj smjesi snažno se pomakne u kroniranju dioksida.

Koliko je topla smjesa u kompresiji? U slučaju kompresije zraka u pumpi, grijanje je lako izračunati, koristeći adijabatsku jednadžbu za savršeni plin: TELEVIZOR. y-1 \u003d const, gdje T. - Temperatura plina (u Kelvinu), Vlan - Njegov volumen, γ \u003d S R. / S V. - omjer kapaciteta topline pri konstantnom tlaku na toplinski kapacitet pri konstantnom volumenu. Za pojedinačne (plemenite) plinove γ \u003d 1.66, za diatomik (zrak pripada njima) γ \u003d 1.40, za trokatomski (na primjer, za NO2) γ \u003d 1.30, itd. Adiaba jednadžba, komprimibilna od glasnoće 1 do glasnoće 2, možete prepisati u obrascu T. 2/ T. 1 = (Vlan 1/ Vlan 2) γ-1. Ako klip oštro donira do sredine crpke, kada je volumen zraka u njoj udvostručen, zatim za temperaturu temperatura prije i nakon kompresije dobivamo jednadžbu T. 2/ T. 1 \u003d \u003d 20,4 \u003d 1.31. I ako T. 1 \u003d 293 K (20 ° C), zatim T. 2 \u003d 294 K (111 ° C)!

Odmah primijeniti jednadžbu idealnih plinova za izračunavanje stanja mješavine dušikovih oksida odmah nakon kompresije, to je nemoguće, jer taj proces mijenja ne samo volumen, tlak i temperaturu, već i broj mola (omjer N02 N2O4) tijekom kemijska reakcija. Zadatak se može riješiti samo numeričkom integracijom diferencijalne jednadžbe, koja uzima u obzir da se rad proizveden u svakom trenutku pomicanjem klipa troši s jedne strane, za zagrijavanje smjese, s druge - na disocijaciji dimera , Pretpostavlja se da je poznata energija disocijacije N2O4, toplinski kapacitet oba plina, vrijednost γ za njih i ovisnost ravnotežnog položaja na temperaturi (svi ovi tablični podaci). Izračun pokazuje da ako se početna smjesa plinova na atmosferskom tlaku i sobnu temperaturu brzo stisne do pola volumena, smjesa se zagrijava samo na 13 ° C. Ako komprimirate smjesu na smanjenje putovanja, temperatura će se povećati za 21 ° C. Čak i malo grijanje mješavine snažno pomiče položaj ravnoteže prema disocijaciji N2O4.

A onda postoji jednostavno sporo hlađenje smjese plina, što uzrokuje isto polagani ravnotežni pomak prema N2O4 i slabim boju, koja se uočava u eksperimentu. Brzina hlađenja ovisi o materijalu zidova štrcaljke, njihove debljine i drugih uvjeta izmjene topline s okolnim zrakom, na primjer, od nacrta u prostoriji. Značajno je da s postupnim pomicanjem ravnoteže udesno, u smjeru N2O4, postoji dimerizacija molekula NO2 s otpuštanjem topline, što smanjuje brzinu hlađenja smjese (približno, zamrzavanje vode u velikim vodnim tijelima na Početak zime brzo ne daje temperaturu zraka).

Zašto nitko od eksperimentatora ne osjeća zagrijavanje štrcaljke kad je stisnuo klip? Odgovor je vrlo jednostavan. Toplinski kapacitet plinske smjese i stakla (po jedinici mase) ne razlikuje se mnogo. No, masa staklenog klipa je u desecima, a ponekad i stotine puta više od mase plina. Stoga, čak i ako se cijela toplina mješavine rashladnog plina prenese na zidove štrcaljke, ovi zidovi se zagrijavaju do udjela stupnjeva.

Smatrani sustav s ravnotežom između dva dušična oksida ima praktičnu vrijednost. S blagim tlakom, smjesa NO2 i N2O4 i lako se ukapljuje. To omogućuje da se koristi kao učinkovito rashladno sredstvo, unatoč visokoj kemijskoj aktivnosti i djelovanju korozije na opremi. Za razliku od vode, koji, uzimajući toplinu, na primjer, od nuklearnog reaktora, čvrsto se zagrijava i može čak i ispariti, prijenos topline na mješavinu dušikovih oksida dovodi uglavnom do njenog grijanja, te na kemijsku reakciju - spajanje NN veze u molekuli N2O4. Doista, ruptura N-N komunikacije u jednom molu tvari (92 g) bez zagrijavanja zahtijeva troškove od 57,4 KJ energije. Ako postoji takva energija od 92 g vode na temperaturi od 20 ° C, tada će 30,8 KJ otići u toplinu vodu, a preostalih 26,6 KJ će dovesti do uparavanja od oko 11 g vode! U slučaju dušikovih oksida, smjesa se ne zagrijava, u hladnijim mjestima ugradnje, cirkulirajuća smjesa se lagano ohladi, ravnoteža se pomiče prema N2O4, i smjesa je ponovno spremna za odabir topline.

Metali, lako ulaze reakciju, nazivaju se aktivni metali. To uključuje alkalne, alkalne zemlje i aluminij.

Položaj u tablici mendaleev

Metalna svojstva elemenata oslabljuju s lijeva na desno u periodnom sustavu mendeleev. Dakle, elementi I i II grupe su najaktivniji.

Sl. 1. Aktivni metali u tablici mendaleev.

Svi metali se reduciraju sredstva i lako se dijele s elektronima na vanjskoj razini energije. U aktivnim metalima, samo jedan ili dva valence elektrona. U ovom slučaju, svojstva metala su poboljšana od vrha do dna s povećanjem količine energije, jer Daljnji elektron je iz jezgre atoma, lakše ga je odvojiti.

Alkalinski metali se smatraju najaktivnijim:

• litij;
• natrij;
• kalij;
• rubidij;
• cezij;
• francuska.

Alkalijski metali Zemlje uključuju:

• berilijum;
• magnezij;
• kalcij;
• stroncij;
• barij;
• radij.

Stupanj metala možete saznati elektrokemijskim redom metala. Lijevo od vodika je element, što je više aktivan. Metali, desno od vodika, su nisko aktivni i mogu samo interakcije s koncentriranim kiselinama.

Sl. 2. Elektrokemijski red metalnih napona.

Popis aktivnih metala u kemiji također uključuje aluminij koji se nalazi u skupini III i lijevo od spuštanja vodika. Međutim, aluminij je na granici aktivnih i srednjim metalima i ne reagira s nekim tvarima u normalnim uvjetima.

Svojstva

Aktivni metali su lagano mekani (mogu se rezati nožem), lakoćom, niskom točkom tališta.

Glavna kemijska svojstva metala prikazana su u tablici.

Reakcija	Jednadžba	Iznimka
Alkalni metali se samo-okreću u zraku, interagiraju se s kisikom	K + O 2 → KO 2	Litij reagira s kisikom samo na visokoj temperaturi
Alkalne zemlje metali i aluminij u zraku tvore oksidne filmove, a kada se grije ne-okretanje	2CA + O 2 → 2Cao
Reagirati s običnim tvarima, formiranje soli	Ca + Br 2 → CabR 2; - 26 + 3S → al2 s 3	Aluminij ne reagira s vodikom
Burno reagira s vodom, formirajući haringu i vodik	- ca + 2H20 → ca (OH) 2 + h 2	Reakcija s litijom polako teče. Aluminij reagira s vodom tek nakon uklanjanja oksidnog filma
Reagirati s kiselinama koje tvore soli	Ca + 2HCl → CaCl 2 + H2; 2k + 2HmNo 4 → 2kmNo 4 + h 2
Interakciju s otopinama soli, prvo reagiraju s vodom, a zatim sa soli	2NA + CUCl 2 + 2H 2 O: 2NA + 2H20 → 2NAOH + H2; - 2NAOH + CuCl 2 → Cu (OH) 2 ↓ + 2NACL

Aktivni metali lako ulaze u reakciju, tako da u prirodi postoji samo kao dio mješavina - minerala, stijena.

Sl. 3. Minerali i čisti metali.

Što smo znali?

Aktivni metali uključuju elemente I i II skupine - alkalne i alkalne zemlje, kao i aluminij. Njihova aktivnost je posljedica strukture atoma - nekoliko elektrona lako se odvaja od vanjske razine energije. To su mekani metali, brzo reagiraju s jednostavnim i složenim tvarima, tvoreći okside, hidrokside, soli. Aluminij je bliže vodiku i potrebni su dodatni uvjeti za njegovu reakciju s tvari - visoke temperature, uništavanje oksidnog filma.

Testirajte na temu

Procjena izvješća

Prosječna ocjena: 4.4. Ukupne ocjene primljene: 388.