فعالیت شیمیایی فلزات در سری افزایش می یابد. فلزات فعال استفاده عملی از طیف وسیعی از ولتاژها

لی، پتاسیم، کلسیم، سدیم، منیزیم، آل، روی، کروم، آهن، سرب، اچ 2 , مس، نقره، جیوه، طلا

هر چه فلز در ردیف پتانسیل‌های استاندارد الکترود در سمت چپ قرار گیرد، قوی‌ترین عامل احیاکننده، فلز لیتیوم، طلا ضعیف‌ترین و برعکس، یون طلا (III) قوی‌ترین اکسیدکننده است. عامل، لیتیوم (I) ضعیف ترین است.

هر فلزی می‌تواند از نمک‌های موجود در محلول، فلزاتی را که در یک سری تنش‌ها قرار دارند، کاهش دهد، به عنوان مثال، آهن می‌تواند مس را از محلول‌های نمک خود جابجا کند. با این حال، به یاد داشته باشید که فلزات قلیایی و قلیایی خاکی مستقیماً با آب واکنش می دهند.

فلزاتی که در سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن قرار دارند، می توانند آن را از محلول های اسیدهای رقیق جابجا کرده و در آنها حل شوند.

فعالیت کاهنده یک فلز همیشه با موقعیت آن در داخل مطابقت ندارد جدول تناوبیزیرا هنگام تعیین مکان یک فلز در یک سری، نه تنها توانایی آن در اهدای الکترون در نظر گرفته می شود، بلکه انرژی صرف شده برای تخریب شبکه کریستالی فلز و همچنین انرژی صرف شده برای هیدراتاسیون یون ها نیز در نظر گرفته می شود. .

تعامل با مواد ساده

با اکسیژن بیشتر فلزات اکسیدهای آمفوتریک و اساسی را تشکیل می دهند:

4Li + O 2 = 2Li 2 O،

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

فلزات قلیایی، به استثنای لیتیوم، پراکسیدها را تشکیل می دهند:

2Na + O 2 = Na 2 O 2.

با هالوژن ها فلزات نمک اسیدهای هیدروهالیک را تشکیل می دهند، به عنوان مثال،

Cu + Cl 2 = CuCl 2.

با هیدروژن فعال ترین فلزات هیدریدهای یونی را تشکیل می دهند - مواد نمک مانند که در آنها هیدروژن حالت اکسیداسیون -1 دارد.

2Na + H2 = 2NaH.

با خاکستری فلزات سولفید تشکیل می دهند - نمک های اسید سولفید هیدروژن:

با نیتروژن برخی از فلزات نیترید تشکیل می دهند، واکنش تقریباً همیشه هنگام گرم شدن رخ می دهد:

3Mg + N2 = Mg3N2.

با کربن کاربیدها تشکیل می شوند:

4Al + 3C = Al 3 C 4.

با فسفر - فسفیدها:

3Ca + 2P = Ca 3 P 2 .

فلزات می توانند با یکدیگر برهم کنش داشته باشند و تشکیل شوند ترکیبات بین فلزی :

2Na + Sb = Na 2 Sb،

3Cu + Au = Cu 3 Au.

فلزات می توانند در دماهای بالا بدون واکنش در یکدیگر حل شوند و تشکیل شوند آلیاژها.

آلیاژها

آلیاژها به سیستم‌هایی گفته می‌شود که از دو یا چند فلز و همچنین فلزات و غیرفلزاتی تشکیل شده‌اند که دارای خواص مشخصه‌ای هستند که فقط در حالت فلزی ذاتی هستند.

خواص آلیاژها بسیار متنوع است و با خواص اجزای آنها متفاوت است، مثلاً برای اینکه طلا سخت‌تر شود و برای ساخت جواهرات مناسب‌تر شود به آن نقره و آلیاژی حاوی 40 درصد کادمیوم و 60 درصد بیسموت اضافه می‌کنند. دارای نقطه ذوب 144 درجه سانتیگراد، یعنی بسیار کمتر از نقطه ذوب اجزای آن (Cd 321 ° C، Bi 271 ° C).

انواع آلیاژهای زیر امکان پذیر است:

فلزات مذاب با هر نسبتی با یکدیگر مخلوط می شوند و به طور نامحدود در یکدیگر حل می شوند، به عنوان مثال، Ag-Au، Ag-Cu، Cu-Ni و دیگران. این آلیاژها از نظر ترکیب همگن هستند، مقاومت شیمیایی بالایی دارند و جریان الکتریکی را هدایت می کنند.

فلزات صاف شده به هر نسبت با یکدیگر مخلوط می شوند، اما هنگامی که سرد می شوند از هم جدا می شوند و جرمی متشکل از کریستال های جداگانه اجزاء، به عنوان مثال، Pb-Sn، Bi-Cd، Ag-Pb و غیره به دست می آید.

همه فلزات، بسته به فعالیت اکسیداسیون و کاهش، در یک سری به نام سری ولتاژ فلز الکتروشیمیایی (از آنجایی که فلزات موجود در آن به ترتیب افزایش پتانسیل های الکتروشیمیایی استاندارد مرتب شده اند) یا سری فعالیت فلز ترکیب می شوند:

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

فعال ترین فلزات از نظر شیمیایی در سری فعالیت تا هیدروژن قرار دارند و هر چه فلز در سمت چپ بیشتر قرار گیرد، فعالیت آن بیشتر است. فلزاتی که پس از هیدروژن در سری فعالیت ها جای می گیرند غیر فعال در نظر گرفته می شوند.

آلومینیوم

آلومینیوم یک رنگ سفید نقره ای است. خواص فیزیکی اصلی آلومینیوم سبکی، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا است. در حالت آزاد، هنگامی که آلومینیوم در معرض هوا قرار می گیرد، با یک فیلم بادوام از اکسید Al 2 O 3 پوشیده می شود که آن را در برابر عمل اسیدهای غلیظ مقاوم می کند.

آلومینیوم به فلزات خانواده p تعلق دارد. پیکربندی الکترونیکیسطح انرژی خارجی - 3s 2 3p 1. آلومینیوم در ترکیبات خود حالت اکسیداسیون "+3" را نشان می دهد.

آلومینیوم از الکترولیز اکسید مذاب این عنصر تولید می شود:

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

اما به دلیل بازده کم محصول، روش تولید آلومینیوم با الکترولیز مخلوط Na 3 و Al 2 O 3 بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. واکنش زمانی که تا دمای 960 درجه سانتیگراد گرم می شود و در حضور کاتالیزورها - فلوریدها (AlF 3، CaF 2 و غیره) رخ می دهد، در حالی که آزاد شدن آلومینیوم در کاتد اتفاق می افتد و اکسیژن در آند آزاد می شود.

آلومینیوم پس از برداشتن لایه اکسیدی از سطح خود (1)، با مواد ساده (اکسیژن، هالوژن، نیتروژن، گوگرد، کربن) (2-6)، اسیدها (7) و بازها (8) قادر به تعامل با آب است.

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

کلسیم

در شکل آزاد خود، Ca یک فلز نقره ای-سفید است. هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد، فوراً با یک لایه زرد رنگ پوشیده می شود که محصول تعامل آن با اجزای هوا است. کلسیم یک فلز نسبتاً سخت است که مکعبی در مرکز صورت دارد شبکه کریستالی.

پیکربندی الکترونیکی سطح انرژی بیرونی 4s 2 است. در ترکیبات خود، کلسیم حالت اکسیداسیون "+2" را نشان می دهد.

کلسیم از الکترولیز نمک های مذاب به دست می آید که اغلب کلریدها هستند:

CaCl 2 = Ca + Cl 2

کلسیم قادر به حل شدن در آب برای تشکیل هیدروکسیدها، از خود نشان دادن خواص پایه قوی (1)، واکنش با اکسیژن (2)، تشکیل اکسید، تعامل با غیر فلزات (3-8)، حل شدن در اسیدها (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)

آهن و ترکیبات آن

آهن یک فلز خاکستری است. در شکل خالص آن کاملا نرم، چکش خوار و چسبناک است. پیکربندی الکترونیکی سطح انرژی بیرونی 3d 6 4s 2 است. آهن در ترکیبات خود حالت های اکسیداسیون «2+» و «+3» را نشان می دهد.

آهن فلزی با بخار آب واکنش می دهد و اکسید مخلوط (II, III) Fe 3 O 4 را تشکیل می دهد:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

در هوا، آهن به راحتی اکسید می شود، به خصوص در حضور رطوبت (زنگ):

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

مانند سایر فلزات، آهن با مواد ساده مانند هالوژن (1) واکنش می دهد و در اسیدها (2) حل می شود:

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

آهن طیف کاملی از ترکیبات را تشکیل می دهد، زیرا چندین حالت اکسیداسیون را نشان می دهد: هیدروکسید آهن (II)، هیدروکسید آهن (III)، نمک ها، اکسیدها و غیره. بنابراین، هیدروکسید آهن (II) را می توان با عمل محلول های قلیایی روی نمک های آهن (II) بدون دسترسی به هوا به دست آورد:

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

هیدروکسید آهن (II) در اسیدها محلول است و در حضور اکسیژن به هیدروکسید آهن (III) اکسید می شود.

نمک های آهن (II) خاصیت کاهنده دارند و به ترکیبات آهن (III) تبدیل می شوند.

اکسید آهن (III) را نمی توان از طریق احتراق آهن در اکسیژن به دست آورد، برای به دست آوردن آن، سوزاندن سولفیدهای آهن یا کلسینه کردن سایر نمک های آهن ضروری است.

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

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

ترکیبات آهن (III) ضعیف هستند خواص اکسید کنندهو می توانند با عوامل کاهنده قوی وارد ORR شوند:

2FeCl 3 + H 2 S = Fe(OH) 3 ↓ + 3 NaCl

تولید آهن و فولاد

فولادها و چدن ها آلیاژهای آهن و کربن هستند که میزان کربن آن در فولاد تا ۲ درصد و در چدن ۲ تا ۴ درصد است. فولادها و چدن ها حاوی مواد افزودنی آلیاژی هستند: فولادها – کروم، V، نیکل و چدن – Si.

انواع مختلفی از فولادها وجود دارد، به عنوان مثال، فولادهای ساختاری، ضد زنگ، ابزاری، مقاوم در برابر حرارت و برودتی بر اساس هدف مورد نظرشان متمایز می شوند. توسط ترکیب شیمیاییکربن (کم، متوسط ​​و پرکربن) و آلیاژی (کم، متوسط ​​و پر آلیاژ) متمایز می شوند. بسته به ساختار، فولادهای آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، پرلیتی و بینیتی متمایز می شوند.

فولاد در بسیاری از صنایع کاربرد پیدا کرده است اقتصاد ملیمانند صنایع ساختمانی، شیمیایی، پتروشیمی، حفاظت از محیط زیست، انرژی حمل و نقل و سایر صنایع.

بسته به شکل محتوای کربن در چدن - سمنتیت یا گرافیت و همچنین مقدار آنها، چند نوع چدن متمایز می شود: سفید (رنگ روشن شکستگی به دلیل وجود کربن به شکل سمنتیت)، خاکستری. (رنگ خاکستری شکستگی به دلیل وجود کربن به شکل گرافیت)، چکش خوار و مقاوم در برابر حرارت. چدن ها آلیاژهای بسیار شکننده ای هستند.

زمینه های کاربرد چدن گسترده است - تزئینات هنری (نرده ها، دروازه ها)، قطعات کابینت، تجهیزات لوله کشی، وسایل خانگی (ماهیتابه) از چدن ساخته می شود و در صنعت خودروسازی استفاده می شود.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش کنید	آلیاژی از منیزیم و آلومینیوم به وزن 26.31 گرم در اسید هیدروکلریک حل شد. در همان زمان 31.024 لیتر آزاد شد گاز بی رنگ. کسر جرمی فلزات در آلیاژ را تعیین کنید.
راه حل	واکنش نشان دهید اسید هیدروکلریکهر دو فلز قادر به تولید هیدروژن هستند: Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2 2Al +6HCl = 2AlCl3 + 3H2 بیایید تعداد کل مول های هیدروژن آزاد شده را پیدا کنیم: v(H 2) =V(H 2)/V m v(H 2) = 31.024/22.4 = 1.385 مول مقدار ماده Mg را x mol و Al را y mol کنید. سپس، بر اساس معادلات واکنش، می توانیم عبارتی را برای تعداد کل مول های هیدروژن بنویسیم: x + 1.5y = 1.385 اجازه دهید جرم فلزات موجود در مخلوط را بیان کنیم: سپس جرم مخلوط را با معادله بیان می کنیم: 24x + 27y = 26.31 ما یک سیستم معادلات دریافت کردیم: x + 1.5y = 1.385 24x + 27y = 26.31 حلش کنیم: 33.24 -36y+27y = 26.31 v(Al) = 0.77 مول v(Mg) = 0.23 مول سپس، جرم فلزات موجود در مخلوط عبارتند از: m(Mg) = 24×0.23 = 5.52 گرم m(Al) = 27×0.77 = 20.79 گرم بیایید کسر جرمی فلزات را در مخلوط پیدا کنیم: ώ =m(من)/m مجموع ×100% ώ(Mg) = 5.52/26.31 × 100% = 20.98% ώ(Al) = 100 - 20.98 = 79.02٪
پاسخ دهید	کسر جرمی فلزات در آلیاژ: 20.98٪، 79.02٪

اگر از کل سری پتانسیل های الکترود استاندارد فقط آن دسته از فرآیندهای الکترودی را انتخاب کنیم که با معادله کلی مطابقت دارند

سپس یک سری تنش فلزی دریافت می کنیم. علاوه بر فلزات، این سری همیشه شامل هیدروژن می شود که به شما امکان می دهد ببینید کدام فلزات قادر به جابجایی هیدروژن از محلول های آبی اسیدها هستند.

جدول 19. سری تنش های فلزی

محدوده ولتاژ برای فلزات ضروریدر جدول آورده شده است. 19. موقعیت یک فلز خاص در سری تنش مشخص کننده توانایی آن برای انجام برهمکنش های ردوکس در محلول های آبی در شرایط استاندارد است. یون های فلزی عوامل اکسید کننده هستند و فلزات به شکل هستند مواد ساده- عوامل کاهنده علاوه بر این، هرچه یک فلز در سری ولتاژ بیشتر قرار گیرد، یون های عامل اکسید کننده در محلول آبی قوی تر است و بالعکس، هر چه فلز به ابتدای سری نزدیک تر باشد، خواص کاهندگی یک ماده ساده قوی تر است. ماده - فلز.

پتانسیل فرآیند الکترود

V محیط خنثیبرابر با B است (صفحه 273 را ببینید). فلزات فعالآغاز این سری، با داشتن پتانسیل به طور قابل توجهی منفی تر از -0.41 V، هیدروژن را از آب جابجا می کند. منیزیم فقط هیدروژن را از آب گرم. فلزات واقع بین منیزیم و کادمیوم معمولاً هیدروژن را از آب جابجا نمی کنند. روی سطح این فلزات لایه های اکسیدی تشکیل می شود که اثر محافظتی دارند.

فلزاتی که بین منیزیم و هیدروژن قرار دارند، هیدروژن را از محلول های اسیدی جابجا می کنند. در همان زمان، لایه های محافظ نیز بر روی سطح برخی از فلزات تشکیل می شود که واکنش را مهار می کند. بنابراین، لایه اکسید روی آلومینیوم باعث می شود این فلز نه تنها در آب، بلکه در محلول های اسیدهای خاص نیز پایدار باشد. سرب با غلظت کمتر در اسید سولفوریک حل نمی شود، زیرا نمکی که در اثر واکنش سرب با اسید سولفوریک ایجاد می شود نامحلول است و یک لایه محافظ روی سطح فلز ایجاد می کند. پدیده بازدارندگی عمیق اکسیداسیون فلز به دلیل وجود اکسید محافظ یا لایه های نمکی بر روی سطح آن را غیرفعال و به حالت فلز در این حالت حالت غیرفعال می گویند.

فلزات قادرند یکدیگر را از محلول های نمکی جابجا کنند. جهت واکنش توسط آنها تعیین می شود موقعیت متقابلدر یک سری ولتاژ هنگام در نظر گرفتن موارد خاص چنین واکنش هایی، باید به خاطر داشت که فلزات فعال هیدروژن را نه تنها از آب، بلکه از هر محلول آبی نیز جابجا می کنند. بنابراین، جابجایی متقابل فلزات از محلول های نمک آنها عملاً فقط در مورد فلزات واقع در سری بعد از منیزیم رخ می دهد.

بکتوف اولین کسی بود که جابجایی فلزات از ترکیبات آنها توسط فلزات دیگر را به تفصیل مطالعه کرد. در نتیجه کار خود، فلزات را بر اساس آنها مرتب کرد فعالیت شیمیاییبه سری جابجایی، که نمونه اولیه یک سری از تنش های فلزی است.

موقعیت نسبی برخی از فلزات در سری تنش و در جدول تناوبی در نگاه اول با یکدیگر مطابقت ندارد. به عنوان مثال، با توجه به موقعیت در جدول تناوبی، فعالیت شیمیایی پتاسیم باید بیشتر از سدیم، و سدیم - بیشتر از لیتیوم باشد. در سری ولتاژها، لیتیوم فعال ترین است و پتاسیم جایگاه متوسطی را بین لیتیوم و سدیم اشغال می کند. روی و مس با توجه به موقعیتی که در جدول تناوبی دارند باید تقریباً فعالیت شیمیایی برابری داشته باشند اما در سری ولتاژ روی خیلی زودتر از مس قرار می گیرد. دلیل این نوع ناهماهنگی به شرح زیر است.

هنگام مقایسه فلزاتی که یک موقعیت را در جدول تناوبی اشغال می کنند، انرژی یونیزاسیون اتم های آزاد به عنوان معیاری از فعالیت شیمیایی آنها - توانایی کاهشی آنها در نظر گرفته می شود. در واقع، هنگام حرکت، به عنوان مثال، از بالا به پایین در طول زیر گروه اصلیگروه I از سیستم تناوبی، انرژی یونیزاسیون اتم ها کاهش می یابد، که با افزایش شعاع آنها (یعنی با فاصله بیشتر) همراه است. الکترون های بیرونیاز هسته) و با افزایش غربالگری بار مثبت هسته توسط لایه های الکترونیکی میانی (به بند 31 مراجعه کنید). بنابراین، اتم های پتاسیم فعالیت شیمیایی بیشتری از خود نشان می دهند - آنها قوی تر هستند خواص ترمیمی، - از اتم های سدیم و اتم های سدیم - فعالیت بیشتر از اتم های لیتیوم.

هنگام مقایسه فلزات در یک سری ولتاژ، کار تبدیل یک فلز در حالت جامد به یون های هیدراته در یک محلول آبی به عنوان معیاری از فعالیت شیمیایی در نظر گرفته می شود. این کار را می توان به صورت مجموع سه عبارت نشان داد: انرژی اتمیزاسیون - تبدیل یک کریستال فلز به اتم های جدا شده، انرژی یونیزاسیون اتم های فلز آزاد و انرژی هیدراتاسیون یون های حاصل. انرژی اتمیزه کردن استحکام شبکه کریستالی یک فلز معین را مشخص می کند. انرژی یونیزاسیون اتم ها - حذف الکترون های ظرفیت از آنها - به طور مستقیم با موقعیت فلز در جدول تناوبی تعیین می شود. انرژی آزاد شده در طول هیدراتاسیون به ساختار الکترونیکی یون، بار و شعاع آن بستگی دارد.

یون های لیتیوم و پتاسیم با داشتن بار یکسان اما شعاع متفاوت، نابرابر ایجاد می کنند میدان های الکتریکی. میدان تولید شده در نزدیکی یون های کوچک لیتیوم قوی تر از میدان نزدیک یون های پتاسیم بزرگ خواهد بود. از این رو مشخص است که یون های لیتیوم با آزاد شدن انرژی بیشتری نسبت به یون های پتاسیم هیدراته می شوند.

بنابراین، در طول تبدیل مورد بررسی، انرژی صرف اتمیزه شدن و یونیزاسیون می شود و در حین هیدراتاسیون انرژی آزاد می شود. هرچه مصرف کل انرژی کمتر باشد، کل فرآیند آسان تر خواهد بود و فلز داده شده به ابتدای سری تنش نزدیک تر می شود. اما از سه عبارت تراز کلی انرژی، تنها یکی - انرژی یونیزاسیون - به طور مستقیم توسط موقعیت فلز در جدول تناوبی تعیین می شود. در نتیجه، هیچ دلیلی وجود ندارد که انتظار داشته باشیم موقعیت نسبی فلزات خاص در سری تنش همیشه با موقعیت آنها در جدول تناوبی مطابقت داشته باشد. بنابراین، برای لیتیوم، کل انرژی مصرفی کمتر از پتاسیم است، که طبق آن، لیتیوم در سری ولتاژ قبل از پتاسیم قرار می گیرد.

برای مس و روی، انرژی مصرفی برای یونیزاسیون اتم های آزاد و افزایش انرژی در طول هیدراتاسیون یونی نزدیک است. اما مس فلزی شبکه کریستالی قوی تری نسبت به روی تشکیل می دهد، همانطور که از مقایسه دمای ذوب این فلزات می توان دید: روی در و مس فقط در . بنابراین، انرژی صرف شده برای اتمیزه کردن این فلزات به طور قابل توجهی متفاوت است، در نتیجه هزینه کل انرژی برای کل فرآیند در مورد مس بسیار بیشتر از روی است، که موقعیت نسبی این فلزات را توضیح می دهد. فلزات در سری تنش

هنگام عبور از آب به حلال های غیرآبی، موقعیت نسبی فلزات در سری ولتاژ ممکن است تغییر کند. دلیل این امر این است که انرژی حلالیت یون های فلزی مختلف هنگام حرکت از یک حلال به حلال دیگر به طور متفاوتی تغییر می کند.

به طور خاص، یون مس به شدت در برخی از حلال های آلی حل می شود. این منجر به این واقعیت می شود که در چنین حلال هایی مس در سری ولتاژ قبل از هیدروژن قرار می گیرد و آن را از محلول های اسیدی جابجا می کند.

بنابراین، بر خلاف جدول تناوبی عناصر، سری تنش فلزات یک بازتاب نیست الگوهای عمومی، که بر اساس آن می توان یک توصیف جامع از خواص شیمیایی فلزات ارائه داد. مجموعه ای از ولتاژها تنها توانایی ردوکس سیستم الکتروشیمیایی "یون فلز - فلز" را در شرایط کاملاً تعریف شده مشخص می کند: مقادیر داده شده در آن به محلول آبی، دما و غلظت واحد (فعالیت) یون های فلزی اشاره دارد.

در یک سلول الکتروشیمیایی (سلول گالوانیکی)، الکترون های باقی مانده پس از تشکیل یون ها از طریق یک سیم فلزی حذف شده و با یون های نوع دیگر ترکیب می شوند. یعنی بار در مدار خارجی توسط الکترون ها و در داخل سلول از طریق الکترولیت که الکترودهای فلزی در آن غوطه ور شده اند توسط یون ها منتقل می شود. این یک مدار الکتریکی بسته ایجاد می کند.

اختلاف پتانسیل اندازه گیری شده در یک سلول الکتروشیمیایی است o با تفاوت در توانایی هر فلز برای اهدای الکترون توضیح داده می شود. هر الکترود پتانسیل خاص خود را دارد، هر سیستم الکترود-الکترولیت یک نیم سلول است و هر دو نیم سلول یک سلول الکتروشیمیایی را تشکیل می دهند. پتانسیل یک الکترود را پتانسیل نیمه سلولی می نامند و توانایی الکترود برای اهدای الکترون را تعیین می کند. بدیهی است که پتانسیل هر نیم عنصر به وجود نیم عنصر دیگر و پتانسیل آن بستگی ندارد. پتانسیل نیمه سلولی با غلظت یون ها در الکترولیت و دما تعیین می شود.

هیدروژن به عنوان نیمه عنصر "صفر" انتخاب شد، یعنی. اعتقاد بر این است که وقتی یک الکترون برای تشکیل یون اضافه یا حذف می شود، هیچ کاری برای آن انجام نمی شود. مقدار پتانسیل "صفر" برای درک توانایی نسبی هر یک از دو نیمه سلول سلول برای دادن و پذیرش الکترون ضروری است.

پتانسیل های نیم سلولی که نسبت به الکترود هیدروژن اندازه گیری می شوند، مقیاس هیدروژن نامیده می شوند. اگر تمایل ترمودینامیکی برای اهدای الکترون در یک نیمه از سلول الکتروشیمیایی بیشتر از نیمه دیگر باشد، پس پتانسیل نیم سلول اول بیشتر از پتانسیل دوم است. تحت تأثیر اختلاف پتانسیل، جریان الکترون رخ خواهد داد. هنگامی که دو فلز با هم ترکیب می شوند، می توان تفاوت پتانسیل ایجاد شده بین آنها و جهت جریان الکترون را تعیین کرد.

یک فلز الکتروپوزیتیو توانایی بیشتری در پذیرش الکترون دارد، بنابراین کاتدی یا نجیب خواهد بود. در طرف دیگر فلزات الکترونگاتیو قرار دارند که قادر به اهدای خود به خود الکترون هستند. این فلزات واکنش پذیر و در نتیجه آندی هستند:

- → 0 → +

Al Mn Zn Fe Sn Pb H 2 Cu Ag Au

به عنوان مثال مس راحت تر الکترون ها را از دست می دهد Ag، اما بدتر از Fe . در حضور یک الکترود مسی، نونیون‌های نقره شروع به ترکیب شدن با الکترون‌ها می‌کنند که منجر به تشکیل یون‌های مس و رسوب نقره فلزی می‌شود:

2 Ag + + مس → Cu 2+ + 2 Ag

با این حال، همان مس کمتر از آهن واکنش نشان می دهد. هنگامی که آهن فلزی با نونات های مس تماس پیدا می کند، رسوب می کند و آهن به محلول تبدیل می شود:

Fe + Cu 2+ → Fe 2+ + Cu.

می توان گفت که مس یک فلز کاتدی نسبت به آهن و یک فلز آندی نسبت به نقره است.

پتانسیل الکترود استاندارد به عنوان پتانسیل نیم سلولی از فلز خالص کاملاً آنیل شده به عنوان یک الکترود در تماس با یون ها در دمای 25 درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود. در این اندازه گیری ها، الکترود هیدروژن به عنوان یک الکترود مرجع عمل می کند. در مورد فلز دو ظرفیتی، می‌توانیم واکنشی را که در سلول الکتروشیمیایی مربوطه رخ می‌دهد، یادداشت کنیم:

M + 2H +→ M 2 + + H 2.

اگر فلزات را به ترتیب نزولی پتانسیل الکترودی استاندارد آنها مرتب کنیم، سری الکتروشیمیایی ولتاژ فلزات را به دست می آوریم (جدول 1).

جدول 1. سری الکتروشیمیایی ولتاژهای فلزی

	تعادل فلز-یون (فعالیت واحد)	پتانسیل الکترود نسبت به الکترود هیدروژن در دمای 25 درجه سانتیگراد، V (پتانسیل کاهش)
نجیب یا کاتد	Au-Au 3+	1,498
	PT-Pt 2+
	Pd-Pd 2+	0,987
	Ag-Ag+	0,799
	Hg-Hg 2+	0,788
	Cu-Cu 2+	0,337
	H 2 -H +
	Pb-Pb 2+	0,126
	Sn-Sn 2+	0,140
	Ni-Ni 2+	0,236
	Co-Co 2+	0,250
	CD-Cd 2+	0,403
	Fe-Fe 2+	0,444
	Cr-Cr 2+	0,744
	Zn-Zn 2+	0,763
فعال یا آند	ال 2+	1,662
	Mg-Mg2+	2,363
	Na-Na+	2,714
	K-K+	2,925

به عنوان مثال، در یک سلول گالوانیکی مس-روی، جریان الکترون از روی به مس وجود دارد. الکترود مس در این مدار قطب مثبت و الکترود روی قطب منفی است. روی واکنش پذیرتر الکترون های خود را از دست می دهد:

روی → Zn 2+ + 2е - ; E °=+0.763 V.

مس واکنش کمتری دارد و الکترون های روی را می پذیرد:

Cu 2+ + 2e - → مس E °=+0.337 V.

ولتاژ سیم فلزی که الکترودها را به هم وصل می کند به صورت زیر خواهد بود:

0.763 V + 0.337 V = 1.1 V.

جدول 2. پتانسیل ثابت برخی از فلزات و آلیاژها در آب دریا در رابطه با یک الکترود هیدروژن معمولی (GOST 9.005-72).

فلز	پتانسیل ثابت، در	فلز	پتانسیل ثابت، در
منیزیم	1,45	نیکل (فعالهم ایستاده)	0,12
آلیاژ منیزیم (6٪ Aل 3 % روی، 0,5 % Mn)	1,20	آلیاژهای مس LMtsZh-55 3-1	0,12
روی	0,80	برنج (30 % روی)	0,11
آلیاژ آلومینیوم (10% Mn)	0,74	برنز (5-10 % ال)	0,10
آلیاژ آلومینیوم (10%روی)	0,70	برنج قرمز (5-10 % روی)	0,08
آلیاژ آلومینیوم K48-1	0,660	مس	0,08
آلیاژ آلومینیوم B48-4	0,650	کوپرونیکل (30%نی)	0,02
آلیاژ آلومینیوم AMg5	0,550	برنز "نوا"	0,01
آلیاژ آلومینیوم AMg61	0,540	برنز برنز AZHN 9-4-4	0,02
آلومینیوم	0,53	فولاد ضد زنگ X13 (حالت غیرفعال)	0,03
کادمیوم	0,52	نیکل (حالت غیرفعال)	0,05
Duralumin و آلیاژ آلومینیوم AMg6	0,50	فولاد ضد زنگ X17 (حالت غیرفعال)	0,10
آهن	0,50	فنی تیتان	0,10
استیل 45G17Yu3	0,47	نقره ای	0,12
استیل St4S	0,46	فولاد ضد زنگ 1X14ND	0,12
فولاد SHL4	0,45	یدید تیتانیوم	0,15
فولاد نوع AK و فولاد کربن	0,40	فولاد ضد زنگ Х18Н9 (حالت غیرفعال) و ОХ17Н7У	0,17
چدن خاکستری	0,36	فلز مونل	0,17
فولادهای ضد زنگ X13 و X17 (حالت فعال)	0,32	فولاد ضد زنگ Х18Н12М3 (حالت غیرفعال)	0,20
چدن نیکل مس (12-15%نی، 5-7٪ Si)	0,30	فولاد ضد زنگ Х18Н10Т	0,25
سرب	0,30	پلاتین	0,40
قلع	0,25

توجه داشته باشید . مقادیر عددی مشخص شده پتانسیل ها و ترتیب فلزات در یک سری می تواند بسته به خلوص فلزات، ترکیب، درجات متفاوتی داشته باشد. آب دریا، درجه هوادهی و وضعیت سطح فلزات.

فلزات در واکنش های شیمیاییهمیشه مرمت کننده فعالیت کاهشی یک فلز نشان دهنده موقعیت آن در سری ولتاژ الکتروشیمیایی است.

بر اساس این مجموعه، می توان نتایج زیر را گرفت:

1. هر چه یک فلز در این ردیف به سمت چپ بیشتر باشد، یک عامل کاهنده قوی تر است.

2. هر فلزی قادر است فلزاتی را که در سمت راست قرار دارند از نمک های محلول جابجا کند

2Fe + 3CuSO 4 → 3Cu + Fe 2 (SO 4) 3

3. فلزات واقع در سری ولتاژ سمت چپ هیدروژن قادر به جابجایی آن از اسیدها هستند.

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

4. فلزاتی که قوی ترین عوامل کاهنده (قلیایی و خاکی قلیایی) در هر محلول آبی هستند، ابتدا با آب واکنش می دهند.

توانایی کاهش یک فلز که توسط سری الکتروشیمیایی تعیین می شود، همیشه با موقعیت آن در سیستم تناوبی مطابقت ندارد، زیرا سری ولتاژ نه تنها شعاع اتم، بلکه انرژی انتزاع الکترون را نیز در نظر می گیرد.

آلدهیدها، ساختار و خواص آنها تهیه و استفاده از فرمیک و استالدهیدها.

آلدهیدها هستند ترکیبات آلیکه مولکول آن شامل یک گروه کربونیل متصل به هیدروژن و یک رادیکال هیدروکربنی است.

متانال (فرمالدئید)

خواص فیزیکی

متانال – ماده گازیمحلول آبی – فرمالین

خواص شیمیایی

معرف آلدهیدها Cu(OH) 2 است

برنامه

متانال و اتانال بیشترین استفاده را دارند. مقدار زیاداز متانال برای تولید رزین فنل فرمالدئید استفاده می شود که از واکنش متانال با فنل به دست می آید. این رزین برای تولید انواع پلاستیک ضروری است. به پلاستیک های ساخته شده از رزین فنل فرمالدئید در ترکیب با پرکننده های مختلف، فنولیک گفته می شود. با حل کردن رزین فنل فرمالدئید در استون یا الکل، لاک های مختلفی به دست می آید. هنگامی که متانال با اوره CO(NH 2) 2 واکنش می دهد، رزین کاربید به دست می آید و آمینوپلاست ها از آن ساخته می شوند. مواد ریز متخلخل از این پلاستیک ها برای نیازهای مهندسی برق ساخته می شوند مواد داروییو رنگ. محلول آبی حاوی کسرهای جرمی 40 درصد متانال به آن فرمالین می گویند. استفاده از آن بر اساس توانایی آن در برابر کردن پروتئین ها است.

رسید

آلدهیدها از اکسیداسیون آلکان ها و الکل ها به دست می آیند. اتانال از هیدراتاسیون اتین و اکسیداسیون اتن تولید می شود.

بلیط شماره 12

اکسیدهای بالاتر عناصر شیمیاییدوره سوم نظم در اندازه گیری خواص آنها در ارتباط با موقعیت عناصر شیمیایی در جدول تناوبی. مشخصه خواص شیمیاییاکسیدها: بازی، آمفوتریک، اسیدی.

اکسیدها- این مواد پیچیدهمتشکل از دو عنصر شیمیایی که یکی از آنها اکسیژن با حالت اکسیداسیون "2-" است.

اکسیدهای دوره سوم عبارتند از:
Na 2 O، MgO، Al 2 O 3، SiO 2، P 2 O 5، SO 3، Cl 2 O 7.

با افزایش درجه اکسیداسیون عناصر، خواص اسیدیاکسیدها

Na 2 O، MgO - اکسیدهای اساسی

Al 2 O 3 - اکسید آمفوتریک

SiO 2 , P 2 O 5 , SO 3 , Cl 2 O 7 - اکسیدهای اسیدی.

اکسیدهای پایه با اسیدها واکنش داده و نمک و آب تشکیل می دهند.

MgO + 2CH 3 COOH → (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O

اکسیدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با آب واکنش داده و قلیایی تشکیل می دهند.

Na 2 O + HOH → 2NaOH

اکسیدهای پایه با اکسیدهای اسیدی واکنش داده و نمک تشکیل می دهند.
Na 2 O + SO 2 → Na 2 SO 3
اکسیدهای اسیدیبا مواد قلیایی واکنش نشان می دهد تا نمک و آب تشکیل شود

2NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O

با آب واکنش می دهد و اسید تشکیل می دهد

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

اکسیدهای آمفوتریکبا اسیدها و قلیاها واکنش نشان می دهد

Al 2 O 3 + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 O

با قلیایی

Al 2 O 3 + 2NaOH → 2NaAlO 2 + H 2 O

چربی ها، خواص و ترکیب آنها. چربی ها در طبیعت، تبدیل چربی ها در بدن. محصولات فرآوری فنی چربی ها مفهوم شوینده های مصنوعی. حفاظت از طبیعت در برابر آلودگی پیامکی.

چربی ها- این استرهاگلیسیرین و اسیدهای کربوکسیلیک.

فرمول کلی چربی ها:

چربی های جامد عمدتاً توسط اسیدهای کربوکسیلیک اشباع بالاتر - استئاریک C 17 H 35 COOH ، پالمیتیک C 15 H 31 COOH و برخی دیگر تشکیل می شوند. چربی های مایع عمدتاً توسط اسیدهای کربوکسیلیک غیراشباع بالاتر - اولئیک تشکیل می شوند C17H33COOH، لنولیک C17H31COOH

چربی ها به همراه هیدروکربن ها و پروتئین ها بخشی از موجودات جانوران و گیاهان هستند. آنها مهم هستند بخش جدایی ناپذیرغذای انسان و حیوان وقتی چربی ها اکسید می شوند، انرژی در بدن آزاد می شود. هنگامی که چربی ها وارد اندام های گوارشی می شوند، تحت تأثیر آنزیم ها به گلیسرول و اسیدهای مربوطه هیدرولیز می شوند.

محصولات هیدرولیز توسط پرزهای روده جذب می شوند و سپس چربی سنتز می شود، اما از قبل مشخصه بدن است. چربی ها از طریق جریان خون به سایر اندام ها و بافت های بدن منتقل می شوند و در آنجا جمع می شوند یا دوباره هیدرولیز می شوند و به تدریج به مونوکسید کربن (IV) و آب اکسید می شوند.

خواص فیزیکی

چربی های حیوانی در بیشتر موارد جامدات، اما مایعات نیز وجود دارد (روغن ماهی). چربی های گیاهی اغلب مواد مایع- روغن ها؛ چربی های جامد گیاهی - روغن نارگیل - نیز شناخته شده است.

خواص شیمیایی.

چربی ها در موجودات حیوانی در حضور آنزیم ها هیدرولیز می شوند. علاوه بر واکنش با آب، چربی ها با مواد قلیایی نیز تعامل دارند.

روغن های گیاهی حاوی استرهای کربوکسیلیک اسیدهای غیر اشباع هستند و می توانند در معرض هیدروژنه شدن قرار گیرند. آنها به ارتباطات نهایی تبدیل می شوند
مثال: مارگارین به صورت صنعتی از روغن نباتی تولید می شود.

کاربرد.
چربی ها عمدتاً به عنوان استفاده می شوند محصول غذایی. قبلا از چربی ها برای تهیه صابون استفاده می شد
مواد شوینده مصنوعی

شوینده های مصنوعی مضر هستند محیط زیست، زیرا آنها پایدار هستند و شکستن آنها دشوار است.