Tabel elektrokimia logam. Dunia material modern - rangkaian voltase elektrokimia dari logam

Bagian: Kimia, Kompetisi "Presentasi untuk pelajaran"

Kelas: 11

Presentasi untuk pelajaran

Mundur ke depan

Perhatian! Pratinjau slide hanya untuk tujuan informasi dan mungkin tidak mewakili keseluruhan presentasi. Jika Anda tertarik dengan karya ini, silakan unduh versi lengkapnya.

Target dan sasaran:

• Tutorial: Pertimbangan aktivitas kimia logam berdasarkan posisinya dalam tabel periodik D.I. Mendeleev dan dalam seri tegangan elektrokimia logam.
• Mengembangkan: Berkontribusi pada pengembangan memori pendengaran, kemampuan untuk membandingkan informasi, berpikir logis dan menjelaskan reaksi kimia yang sedang berlangsung.
• Pendidikan: Membentuk keterampilan kerja mandiri, kemampuan untuk mengekspresikan pendapat secara wajar dan mendengarkan teman sekelas, kami menanamkan pada anak-anak rasa patriotisme dan kebanggaan rekan senegaranya.

Peralatan: PC dengan proyektor media, laboratorium individu dengan satu set reagen kimia, model kisi kristal logam.

Jenis pelajaran: menggunakan teknologi untuk pengembangan berpikir kritis.

Selama kelas

SAYA. Tahap tantangan.

Aktualisasi pengetahuan tentang topik, kebangkitan aktivitas kognitif.

Permainan gertakan: "Apakah Anda percaya bahwa ...". (Slide 3)

1. Logam menempati sudut kiri atas di PSCE.
2. Dalam kristal, atom logam terikat oleh ikatan logam.
3. Elektron valensi logam terikat erat pada nukleus.
4. Logam dalam subkelompok utama (A) biasanya memiliki 2 elektron di tingkat terluar.
5. Pada golongan dari atas ke bawah terjadi peningkatan sifat pereduksi logam.
6. Untuk menilai reaktivitas logam dalam larutan asam dan garam, cukup dengan melihat deret elektrokimia tegangan logam.
7. Untuk mengevaluasi reaktivitas logam dalam larutan asam dan garam, cukup dengan melihat tabel periodik D.I. Mendeleev

Pertanyaan ke kelas? Apa yang dimaksud dengan entri? Saya 0 - ne -\u003e Saya + n(Slide 4)

Menjawab: Me0 - adalah agen pereduksi, yang berarti berinteraksi dengan agen pengoksidasi. Berikut ini dapat bertindak sebagai oksidator:

1. Zat Sederhana (+ O 2, Cl 2, S ...)
2. Zat kompleks (H 2 O, asam, larutan garam ...)

II. Memahami informasi baru.

Sebagai teknik metodologis, diusulkan untuk menyusun skema referensi.

Pertanyaan ke kelas? Faktor apa saja yang mempengaruhi sifat pereduksi logam? (Slide 5)

Menjawab: Dari posisi dalam tabel periodik D.I. Mendeleev atau dari posisi dalam deret elektrokimia dari tegangan logam.

Guru memperkenalkan konsep: aktivitas kimia dan aktivitas elektrokimia.

Sebelum memulai penjelasan, anak-anak diajak untuk membandingkan aktivitas atom Ke dan Li posisi dalam tabel periodik D.I. Mendeleev dan aktivitas zat sederhana yang dibentuk oleh unsur-unsur ini sesuai dengan posisinya dalam deret elektrokimia tegangan logam. (Slide 6)

Ada kontradiksi:Sesuai dengan posisi logam alkali dalam PSCE dan sesuai dengan pola perubahan sifat unsur-unsur dalam subkelompok, aktivitas kalium lebih besar daripada litium. Dalam hal posisi dalam seri tegangan, lithium adalah yang paling aktif.

bahan baru. Guru menjelaskan perbedaan antara aktivitas kimia dan elektrokimia dan menjelaskan bahwa rangkaian tegangan elektrokimia mencerminkan kemampuan logam untuk berubah menjadi ion terhidrasi, di mana ukuran aktivitas logam adalah energi, yang terdiri dari tiga istilah (energi atomisasi, energi ionisasi). energi dan energi hidrasi). Kami menuliskan materi di buku catatan. (Slide 7-10)

Menulis bersama di buku catatan kesimpulan: Semakin kecil jari-jari ion, semakin besar medan listrik di sekitarnya yang dibuat, semakin banyak energi yang dilepaskan selama hidrasi, maka semakin kuat sifat reduksi logam ini dalam reaksi.

Referensi sejarah: presentasi oleh seorang siswa tentang penciptaan oleh Beketov dari serangkaian perpindahan logam. (Slide 11)

Aksi rangkaian tegangan elektrokimia logam hanya dibatasi oleh reaksi logam dengan larutan elektrolit (asam, garam).

Pengingat:

1. Sifat pereduksi logam berkurang selama reaksi dalam larutan berair di bawah kondisi standar (250 °C, 1 atm.);
2. Logam di sebelah kiri menggantikan logam di sebelah kanan garamnya dalam larutan;
3. Logam yang menahan hidrogen menggantikannya dari asam dalam larutan (kecuali: HNO3);
4. Aku (kepada Al) + H 2 O -> alkali + H 2
   Lainnya Saya (sampai H 2) + H 2 O -> oksida + H 2 (kondisi keras)
   Saya (setelah H 2) + H 2 O -> tidak bereaksi

(Slide 12)

Anak-anak diberikan catatan.

Kerja praktek:"Interaksi logam dengan larutan garam" (Slide 13)

Lakukan transisi:

• CuSO4 -> FeSO4
• CuSO4 —> ZnSO4

Demonstrasi pengalaman interaksi antara larutan tembaga dan merkuri (II) nitrat.

AKU AKU AKU. Refleksi, kontemplasi.

Kami ulangi: dalam hal ini kami menggunakan tabel periodik, dan dalam hal ini diperlukan serangkaian tegangan logam. (Slide 14-15).

Kami kembali ke pertanyaan awal pelajaran. Kami menyoroti pertanyaan 6 dan 7. Kami menganalisis pernyataan mana yang tidak benar. Di layar - kuncinya (periksa tugas 1). (Slide 16).

Menyimpulkan pelajaran:

• Apa yang telah Anda pelajari?
• Dalam hal apa mungkin menggunakan rangkaian tegangan elektrokimia dari logam?

Pekerjaan rumah: (Slide 17)

1. Mengulangi konsep "POTENSI" dari mata kuliah fisika;
2. Selesaikan persamaan reaksi, tulis persamaan keseimbangan elektronik: Cu + Hg (NO 3) 2 →
3. logam yang diberikan ( Fe, Mg, Pb, Cu)- menawarkan eksperimen yang mengkonfirmasi lokasi logam-logam ini dalam rangkaian tegangan elektrokimia.

Kami mengevaluasi hasil untuk permainan gertakan, bekerja di papan, jawaban lisan, komunikasi, kerja praktek.

Buku bekas:

1. OS Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaya "Buku pegangan untuk guru. Kimia Kelas 11, bagian II "Rumah Penerbitan Drofa.
2. N.L. Kimia Umum Glinka.

Semua logam, tergantung pada aktivitas redoksnya, digabungkan menjadi serangkaian yang disebut deret tegangan elektrokimia logam (karena logam di dalamnya disusun menurut kenaikan potensial elektrokimia standar) atau serangkaian aktivitas logam:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2 , Cu, Hg, Ag, t, Au

Logam yang paling reaktif berada dalam urutan aktivitas hingga hidrogen, dan semakin ke kiri logam itu berada, semakin aktif. Logam yang berada di sebelah hidrogen dalam rangkaian aktivitas dianggap tidak aktif.

Aluminium

Aluminium adalah warna putih keperakan. Sifat fisik utama aluminium adalah ringan, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi. Dalam keadaan bebas, ketika terkena udara, aluminium ditutupi dengan film oksida kuat Al 2 O 3 , yang membuatnya tahan terhadap asam pekat.

Aluminium termasuk dalam logam keluarga p. Konfigurasi elektronik eksternal tingkat energi– 3s 2 3p 1 . Dalam senyawanya, aluminium menunjukkan keadaan oksidasi yang sama dengan "+3".

Aluminium diperoleh dengan elektrolisis oksida cair dari elemen ini:

2Al 2 O 3 \u003d 4Al + 3O 2

Namun, karena rendahnya hasil produk, metode memperoleh aluminium dengan elektrolisis campuran Na 3 dan Al 2 O 3 lebih sering digunakan. Reaksi berlangsung ketika dipanaskan hingga 960C dan dengan adanya katalis - fluorida (AlF 3 , CaF 2 , dll.), Sementara aluminium dilepaskan di katoda, dan oksigen dilepaskan di anoda.

Aluminium dapat berinteraksi dengan air setelah menghilangkan lapisan oksida dari permukaannya (1), berinteraksi dengan zat sederhana (oksigen, halogen, nitrogen, belerang, karbon) (2-6), asam (7) dan basa (8):

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 (1)

2Al + 3 / 2O 2 \u003d Al 2 O 3 (2)

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

2Al + N2 = 2AlN (4)

2Al + 3S \u003d Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C \u003d Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 (8)

Kalsium

Dalam bentuk bebasnya, Ca adalah logam putih keperakan. Ketika terkena udara, itu langsung menjadi ditutupi dengan film kekuningan, yang merupakan produk interaksinya dengan bagian-bagian penyusun udara. Kalsium adalah logam yang cukup keras, memiliki kisi kristal yang berpusat pada wajah kubik.

Konfigurasi elektron tingkat energi luar adalah 4s 2 . Dalam senyawanya, kalsium menunjukkan keadaan oksidasi yang sama dengan "+2".

Kalsium diperoleh dengan elektrolisis garam cair, paling sering klorida:

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

Kalsium dapat larut dalam air dengan pembentukan hidroksida yang menunjukkan sifat dasar yang kuat (1), bereaksi dengan oksigen (2), membentuk oksida, berinteraksi dengan non-logam (3-8), larut dalam asam (9):

Ca + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 \u003d 2CaO (2)

Ca + Br 2 \u003d CaBr 2 (3)

3Ca + N 2 \u003d Ca 3 N 2 (4)

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

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

Ca + H 2 \u003d CaH 2 (8)

Ca + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 (9)

Besi dan senyawanya

Besi adalah logam abu-abu. Dalam bentuknya yang murni, cukup lunak, mudah dibentuk dan ulet. Konfigurasi elektron tingkat energi luar adalah 3d 6 4s 2 . Dalam senyawanya, besi menunjukkan bilangan oksidasi "+2" dan "+3".

Besi logam bereaksi dengan uap air, membentuk campuran oksida (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) Fe 3 O 4 + 4H 2

Di udara, besi mudah teroksidasi, terutama dengan adanya uap air (berkarat):

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3

Seperti logam lainnya, besi bereaksi dengan zat sederhana, misalnya, halogen (1), larut dalam asam (2):

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 (2)

Besi membentuk berbagai macam senyawa, karena menunjukkan beberapa keadaan oksidasi: besi (II) hidroksida, besi (III) hidroksida, garam, oksida, dll. Jadi, besi (II) hidroksida dapat diperoleh dengan aksi larutan alkali pada garam besi (II) tanpa akses udara:

FeSO 4 + 2NaOH \u003d Fe (OH) 2 + Na 2 SO 4

Besi(II) hidroksida larut dalam asam dan dioksidasi menjadi besi(III) hidroksida dengan adanya oksigen.

Garam besi (II) menunjukkan sifat zat pereduksi dan diubah menjadi senyawa besi (III).

Oksida besi (III) tidak dapat diperoleh dengan reaksi pembakaran besi dalam oksigen; untuk mendapatkannya, perlu untuk membakar sulfida besi atau mengapur garam besi lainnya:

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

Senyawa besi (III) menunjukkan sifat pengoksidasi yang lemah dan dapat masuk ke OVR dengan zat pereduksi kuat:

2FeCl 3 + H 2 S \u003d Fe (OH) 3 + 3NaCl

Produksi besi dan baja

Baja dan besi tuang adalah paduan besi dengan karbon, dan kandungan karbon dalam baja hingga 2%, dan dalam besi tuang 2-4%. Baja dan besi tuang mengandung aditif paduan: baja - Cr, V, Ni, dan besi tuang - Si.

Ada berbagai jenis baja, jadi, sesuai dengan tujuannya, baja struktural, tahan karat, perkakas, tahan panas dan kriogenik dibedakan. Menurut komposisi kimianya, karbon (karbon rendah, sedang dan tinggi) dan paduan (paduan rendah, sedang dan tinggi) dibedakan. Tergantung pada strukturnya, baja austenitik, feritik, martensit, perlitik, dan bainitik dibedakan.

Baja telah menemukan aplikasi di banyak sektor ekonomi nasional, seperti konstruksi, kimia, petrokimia, perlindungan lingkungan, energi transportasi dan industri lainnya.

Tergantung pada bentuk kandungan karbon dalam besi cor - sementit atau grafit, serta jumlahnya, beberapa jenis besi cor dibedakan: putih (warna terang dari retakan karena adanya karbon dalam bentuk sementit), abu-abu (warna abu-abu pada rekahan karena adanya karbon dalam bentuk grafit), mudah dibentuk dan tahan panas. Besi cor adalah paduan yang sangat rapuh.

Area penerapan besi cor sangat luas - dekorasi artistik (pagar, gerbang), bagian tubuh, peralatan pipa, barang-barang rumah tangga (panci) terbuat dari besi cor, digunakan dalam industri otomotif.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan	Paduan magnesium dan aluminium dengan berat 26,31 g dilarutkan dalam asam klorida. Dalam hal ini, 31,024 liter gas tidak berwarna dilepaskan. Tentukan fraksi massa logam dalam paduan.
Larutan	Kedua logam tersebut mampu bereaksi dengan asam klorida, akibatnya hidrogen dilepaskan: Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2 2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2 Tentukan jumlah mol hidrogen yang dilepaskan: v(H 2) \u003d V (H 2) / V m v (H 2) \u003d 31,024 / 22,4 \u003d 1,385 mol Biarkan jumlah zat Mg menjadi x mol, dan Al menjadi y mol. Kemudian, berdasarkan persamaan reaksi, kita dapat menulis ekspresi untuk jumlah total mol hidrogen: x + 1,5y = 1,385 Kami menyatakan massa logam dalam campuran: Kemudian, massa campuran akan dinyatakan dengan persamaan: 24x + 27y = 26,31 Kami mendapat sistem persamaan: x + 1,5y = 1,385 24x + 27y = 26,31 Mari kita selesaikan: 33,24 -36th + 27th \u003d 26,31 v(Al) = 0,77 mol v(Mg) = 0,23mol Maka, massa logam dalam campuran: m (Mg) \u003d 24 × 0,23 \u003d 5,52 g m(Al) \u003d 27 × 0,77 \u003d 20,79 g Tentukan fraksi massa logam dalam campuran: =m(Saya)/m jumlah ×100% (Mg) = 5,52 / 26,31 × 100% = 20,98% (Al) = 100 - 20,98 = 79,02%
Menjawab	Fraksi massa logam dalam paduan: 20,98%, 79,02%

Perhatian! Deskripsi di bawah ini adalah bahan referensi, tidak tercantum dalam grafik vinyl ini!

KURSUS KECIL ELEKTROKIMIA LOGAM

Kami telah berkenalan dengan elektrolisis larutan klorida logam alkali dan produksi logam menggunakan lelehan. Sekarang mari kita coba beberapa eksperimen sederhana untuk mempelajari beberapa hukum elektrokimia larutan berair, sel galvanik, dan juga berkenalan dengan produksi pelapis galvanik pelindung.
Metode elektrokimia digunakan dalam kimia analitik modern dan berfungsi untuk menentukan jumlah yang paling penting dalam kimia teoretis.
Terakhir, korosi pada benda-benda logam, yang menyebabkan kerusakan besar pada perekonomian nasional, dalam banyak kasus merupakan proses elektrokimia.

RENTANG TEGANGAN LOGAM

Kaitan mendasar untuk memahami proses elektrokimia adalah rangkaian tegangan logam. Logam dapat disusun dalam barisan yang dimulai dengan reaktif dan diakhiri dengan logam mulia yang paling tidak reaktif:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
Ini adalah bagaimana, menurut ide-ide terbaru, serangkaian tegangan untuk logam dan hidrogen yang paling penting. Jika elektroda sel galvanik dibuat dari dua logam yang berurutan, maka tegangan negatif akan muncul pada bahan yang mendahuluinya.
Nilai tegangan ( potensial elektrokimia) tergantung pada posisi elemen dalam rangkaian tegangan dan pada sifat elektrolit.
Kami akan menetapkan inti dari rangkaian tegangan dari beberapa percobaan sederhana, di mana kami memerlukan sumber arus dan alat ukur listrik.

Lapisan logam, "pohon" dan "pola es" tanpa arus

Mari kita larutkan sekitar 10 g kristal tembaga sulfat dalam 100 ml air dan rendam jarum baja atau selembar besi ke dalam larutan. (Kami menyarankan Anda untuk membersihkan setrika terlebih dahulu hingga mengkilat dengan kain ampelas tipis.) Setelah beberapa saat, setrika akan tertutup lapisan tembaga berwarna kemerahan. Besi yang lebih aktif menggantikan tembaga dari larutan, dengan besi larut sebagai ion dan tembaga dibebaskan sebagai logam. Proses ini berlanjut selama larutan bersentuhan dengan besi. Begitu tembaga menutupi seluruh permukaan setrika, itu praktis akan berhenti. Dalam hal ini, lapisan tembaga yang agak berpori terbentuk, sehingga lapisan pelindung tidak dapat diperoleh tanpa menggunakan arus.
Dalam percobaan berikut, kami akan menurunkan potongan kecil seng dan timah hitam ke dalam larutan tembaga sulfat. Setelah 15 menit, keluarkan, bilas dan periksa di bawah mikroskop. Kita dapat melihat pola indah seperti es yang berwarna merah dalam cahaya yang dipantulkan dan terdiri dari tembaga yang dibebaskan. Di sini juga, logam yang lebih aktif mentransfer tembaga dari keadaan ionik ke keadaan logam.
Pada gilirannya, tembaga dapat menggantikan logam yang lebih rendah dalam rangkaian tegangan, yaitu kurang aktif. Pada strip tipis tembaga lembaran atau diratakan kawat tembaga(setelah sebelumnya membersihkan permukaan hingga mengkilat), oleskan beberapa tetes larutan perak nitrat. Dengan mata telanjang, akan mungkin untuk melihat lapisan kehitaman yang terbentuk, yang di bawah mikroskop dalam cahaya yang dipantulkan terlihat seperti jarum tipis dan pola tanaman (yang disebut dendrit).
Untuk mengisolasi seng tanpa arus, perlu menggunakan logam yang lebih aktif. Tidak termasuk logam yang berinteraksi keras dengan air, kami menemukan magnesium dalam rangkaian tekanan di atas seng. Kami menempatkan beberapa tetes larutan seng sulfat pada selembar pita magnesium atau pada chip elektron yang tipis. larutan seng sulfatkita mendapatkannya dengan melarutkan sepotong seng dalam asam sulfat encer. Bersamaan dengan seng sulfat, tambahkan beberapa tetes alkohol terdenaturasi. Pada magnesium, setelah beberapa saat, kami melihat, terutama di bawah mikroskop, seng yang telah terpisah dalam bentuk kristal tipis.
Secara umum, setiap anggota rangkaian tegangan dapat dipaksa keluar dari larutan, di mana ia dalam bentuk ion, dan dipindahkan ke keadaan logam. Namun, ketika mencoba segala macam kombinasi, kita mungkin akan kecewa. Tampaknya jika sepotong aluminium direndam dalam larutan garam tembaga, besi, timbal dan seng, logam-logam ini harus menonjol di atasnya. Tapi ini, bagaimanapun, tidak terjadi. Alasan kegagalan tidak terletak pada kesalahan dalam rangkaian tegangan, tetapi didasarkan pada penghambatan reaksi khusus, yang dalam hal ini disebabkan oleh lapisan tipis oksida pada permukaan aluminium. Dalam solusi seperti itu, aluminium disebut pasif.

MARI MELIHAT KE SELURUH TKP

Untuk merumuskan pola proses yang sedang berlangsung, kita dapat membatasi diri untuk mempertimbangkan kation, dan mengecualikan anion, karena mereka sendiri tidak berpartisipasi dalam reaksi. (Namun, jenis anion mempengaruhi laju pengendapan.) Jika, untuk mempermudah, kita mengasumsikan bahwa baik logam yang dibebaskan maupun yang terlarut memberikan kation bermuatan ganda, maka kita dapat menulis:

Aku 1 + Aku 2 2+ = Aku 1 2+ + Aku 2

apalagi untuk percobaan pertama Me 1 = Fe, Me 2 = u.
Jadi, prosesnya terdiri dari pertukaran muatan (elektron) antara atom dan ion dari kedua logam. Jika kita secara terpisah mempertimbangkan (sebagai reaksi antara) pembubaran besi atau pengendapan tembaga, kita mendapatkan:

Fe = Fe2+ + 2 e --

u 2+ + 2 e--=Cu

Sekarang perhatikan kasus ketika logam direndam dalam air atau dalam larutan garam, dengan kation yang pertukarannya tidak mungkin karena posisinya dalam rangkaian tegangan. Meskipun demikian, logam cenderung masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion. Dalam hal ini, atom logam melepaskan dua elektron (jika logam divalen), permukaan logam yang direndam dalam larutan bermuatan negatif terhadap larutan, dan lapisan listrik ganda terbentuk pada antarmuka. Perbedaan potensial ini mencegah pelarutan logam lebih lanjut, sehingga proses segera berhenti.
Jika dua logam yang berbeda dicelupkan ke dalam larutan, maka keduanya akan bermuatan, tetapi logam yang kurang aktif agak lebih lemah, karena fakta bahwa atomnya kurang rentan terhadap pemisahan elektron.
Hubungkan kedua logam dengan konduktor. Karena beda potensial, aliran elektron akan mengalir dari logam yang lebih aktif ke logam yang kurang aktif, yang membentuk kutub positif elemen. Suatu proses terjadi di mana logam yang lebih aktif masuk ke dalam larutan, dan kation dari larutan dilepaskan pada logam yang lebih mulia.

Inti dari sel galvanik

Sekarang mari kita ilustrasikan dengan beberapa eksperimen penalaran yang agak abstrak di atas (yang, apalagi, merupakan penyederhanaan yang kasar).
Pertama, isi gelas kimia dengan kapasitas 250 ml ke tengah dengan larutan asam sulfat 10% dan rendam potongan seng dan tembaga yang tidak terlalu kecil ke dalamnya. Kami menyolder atau memakukan kawat tembaga ke kedua elektroda, yang ujungnya tidak boleh menyentuh larutan.
Selama ujung-ujung kawat tidak terhubung satu sama lain, kita akan mengamati pembubaran seng, yang disertai dengan pelepasan hidrogen. Seng, sebagai berikut dari seri tegangan, lebih aktif daripada hidrogen, sehingga logam dapat menggantikan hidrogen dari keadaan ionik. Kedua logam membentuk lapisan ganda listrik. Perbedaan potensial antara elektroda paling mudah dideteksi dengan voltmeter. Segera setelah menyalakan perangkat di sirkuit, panah akan menunjukkan sekitar 1 V, tetapi kemudian tegangan akan turun dengan cepat. Jika Anda menghubungkan bola lampu kecil ke elemen yang mengkonsumsi tegangan 1 V, maka itu akan menyala - pada awalnya cukup kuat, dan kemudian cahayanya akan menjadi lemah.
Dengan polaritas terminal perangkat, kita dapat menyimpulkan bahwa elektroda tembaga adalah kutub positif. Hal ini dapat dibuktikan bahkan tanpa perangkat dengan mempertimbangkan elektrokimia dari proses. Mari kita siapkan larutan garam meja jenuh dalam gelas kecil atau dalam tabung reaksi, tambahkan sekitar 0,5 ml larutan alkohol indikator fenolftalein dan rendam kedua elektroda yang ditutup dengan kawat ke dalam larutan. Di dekat kutub negatif akan terlihat sedikit warna kemerahan, yang disebabkan oleh pembentukan natrium hidroksida di katoda.
Dalam percobaan lain, seseorang dapat menempatkan berbagai pasangan logam di dalam sel dan menentukan tegangan yang dihasilkan. Misalnya, magnesium dan perak akan memberikan perbedaan potensial yang sangat besar karena jarak yang signifikan antara mereka dalam serangkaian tegangan, sedangkan seng dan besi, sebaliknya, akan memberikan yang sangat kecil, kurang dari sepersepuluh volt. Menggunakan aluminium, kita tidak akan mendapatkan arus apa pun karena pasif.
Semua elemen ini, atau, seperti yang dikatakan ahli elektrokimia, sirkuit, memiliki kelemahan bahwa ketika arus diambil, tegangan turun sangat cepat pada mereka. Oleh karena itu, ahli elektrokimia selalu mengukur nilai sebenarnya dari tegangan dalam keadaan tidak berenergi menggunakan metode kompensasi tegangan, yaitu dengan membandingkannya dengan tegangan sumber arus lain.
Mari kita pertimbangkan proses dalam elemen tembaga-seng secara lebih rinci. Di katoda, seng masuk ke dalam larutan sesuai dengan persamaan berikut:

Zn = Zn2+ + 2 e --

Ion hidrogen asam sulfat dilepaskan pada anoda tembaga. Mereka melampirkan elektron yang datang melalui kawat dari katoda seng dan sebagai hasilnya, gelembung hidrogen terbentuk:

2H + + 2 e-- \u003d H 2

Setelah waktu yang singkat, tembaga akan ditutupi dengan lapisan tipis gelembung hidrogen. Dalam hal ini, elektroda tembaga akan berubah menjadi elektroda hidrogen, dan beda potensial akan berkurang. Proses ini disebut polarisasi elektroda. Polarisasi elektroda tembaga dapat dihilangkan dengan menambahkan sedikit larutan kalium dikromat ke dalam sel setelah tegangan turun. Setelah itu, tegangan akan meningkat lagi, karena kalium dikromat akan mengoksidasi hidrogen menjadi air. Kalium dikromat bertindak dalam hal ini sebagai depolarisasi.
Dalam praktiknya, sirkuit galvanik digunakan, elektroda yang tidak terpolarisasi, atau sirkuit, yang polarisasinya dapat dihilangkan dengan menambahkan depolarisasi.
Sebagai contoh elemen yang tidak dapat dipolarisasi, pertimbangkan elemen Daniell, yang dulu sering digunakan sebagai sumber arus. Ini juga merupakan elemen tembaga-seng, tetapi kedua logam direndam dalam larutan yang berbeda. Elektroda seng ditempatkan dalam sel tanah liat berpori yang diisi dengan asam sulfat encer (sekitar 20%). Sel tanah liat disuspensikan dalam gelas besar berisi larutan tembaga sulfat pekat, dan di bagian bawah ada lapisan kristal tembaga sulfat. Elektroda kedua di kapal ini adalah silinder lembaran tembaga.
Elemen ini dapat dibuat dari toples kaca, sel tanah liat yang tersedia secara komersial (dalam kasus ekstrim, gunakan pot bunga, tutup lubang di bagian bawah) dan dua elektroda dengan ukuran yang sesuai.
Selama pengoperasian elemen, seng larut dengan pembentukan seng sulfat, dan ion tembaga dilepaskan pada elektroda tembaga. Tetapi pada saat yang sama, elektroda tembaga tidak terpolarisasi dan elemen memberikan tegangan sekitar 1 V. Sebenarnya, secara teoritis, tegangan pada terminal adalah 1,10 V, tetapi ketika mengambil arus, kami mengukur nilai yang sedikit lebih rendah, karena terhadap hambatan listrik sel.
Jika kita tidak menghilangkan arus dari sel, kita harus menghilangkan elektroda seng dari larutan asam sulfat, karena jika tidak maka akan larut membentuk hidrogen.
Diagram sel sederhana, yang tidak memerlukan partisi berpori, ditunjukkan pada gambar. Elektroda seng terletak di toples kaca di bagian atas, dan elektroda tembaga terletak di dekat bagian bawah. Seluruh sel diisi dengan larutan natrium klorida jenuh. Di bagian bawah toples kami menuangkan segenggam kristal tembaga sulfat. Larutan pekat tembaga sulfat yang dihasilkan akan bercampur dengan larutan garam biasa dengan sangat lambat. Oleh karena itu, selama operasi sel, tembaga akan dilepaskan pada elektroda tembaga, dan seng dalam bentuk sulfat atau klorida akan larut di bagian atas sel.
Baterai sekarang menggunakan hampir secara eksklusif sel kering, yang lebih nyaman digunakan. Nenek moyang mereka adalah elemen Leclanchet. Elektrodanya adalah silinder seng dan batang karbon. Elektrolit adalah pasta yang terutama terdiri dari amonium klorida. Seng larut dalam pasta, dan hidrogen dilepaskan pada batubara. Untuk menghindari polarisasi, batang karbon diturunkan ke dalam kantong linen dengan campuran bubuk batubara dan pirolusit. Serbuk karbon meningkatkan permukaan elektroda, dan pirolusit bertindak sebagai depolarisasi, mengoksidasi hidrogen secara perlahan.
Benar, kemampuan depolarisasi pirolusit lebih lemah daripada kalium dikromat yang disebutkan sebelumnya. Oleh karena itu, ketika arus diterima dalam sel kering, tegangan turun dengan cepat, mereka " lelah"karena polarisasi. Hanya setelah beberapa waktu oksidasi hidrogen terjadi dengan pirolusit. Jadi, unsur-unsurnya" istirahat", jika Anda tidak melewatkan arus untuk beberapa waktu. Mari kita periksa ini pada baterai senter, yang kita sambungkan dengan bola lampu. Sejajar dengan lampu, yaitu, langsung ke terminal, kita menghubungkan voltmeter.
Pada awalnya, tegangan akan menjadi sekitar 4,5 V. (Paling sering, tiga sel dihubungkan secara seri dalam baterai tersebut, masing-masing dengan tegangan teoretis 1,48 V.) Setelah beberapa saat, tegangan akan turun, bola lampu akan melemah. Dengan membaca voltmeter, kita dapat menilai berapa lama baterai perlu diistirahatkan.
Tempat khusus ditempati oleh elemen regenerasi, yang dikenal sebagai akumulator. Reaksi reversibel terjadi di dalamnya, dan mereka dapat diisi ulang setelah sel dilepaskan dengan menghubungkan ke sumber DC eksternal.
Saat ini, baterai timbal-asam adalah yang paling umum; di dalamnya, elektrolitnya adalah asam sulfat encer, di mana dua pelat timah direndam. Elektroda positif dilapisi dengan timbal dioksida PbO 2 , elektroda negatif adalah logam timbal. Tegangan di terminal kira-kira 2,1 V. Selama pelepasan, timbal sulfat terbentuk di kedua pelat, yang sekali lagi berubah menjadi timbal logam dan menjadi timbal peroksida selama pengisian.

LAPISAN BERPELAJARAN

Pengendapan logam dari larutan berair dengan bantuan arus listrik adalah proses kebalikan dari pelarutan elektrolit, yang kita temui ketika mempertimbangkan sel galvanik. Pertama-tama, mari kita periksa pengendapan tembaga, yang digunakan dalam coulometer tembaga untuk mengukur jumlah listrik.

Logam diendapkan oleh arus

Setelah menekuk ujung dua pelat tembaga lembaran tipis, kami menggantungnya di dinding gelas yang berlawanan atau, lebih baik, akuarium kaca kecil. Kami memasang kabel ke pelat dengan terminal.
Elektrolit siapkan sesuai resep berikut: 125 g kristal tembaga sulfat, 50 g asam sulfat pekat dan 50 g alkohol (alkohol terdenaturasi), sisanya adalah air hingga 1 liter. Untuk melakukan ini, pertama-tama larutkan tembaga sulfat dalam 500 ml air, lalu dengan hati-hati, dalam porsi kecil, tambahkan asam sulfat ( Pemanasan! Cairan mungkin terciprat!), kemudian tuangkan alkohol dan bawa air hingga volume 1 liter.
Kami mengisi coulometer dengan solusi yang disiapkan dan memasukkan resistansi variabel, ammeter, dan baterai timah di sirkuit. Dengan bantuan resistansi, kami menyesuaikan arus sehingga kerapatannya 0,02-0,01 A/cm 2 dari permukaan elektroda. Jika pelat tembaga memiliki luas 50 cm 2, maka kuat arus harus berada pada kisaran 0,5-1 A.
Setelah beberapa waktu, tembaga metalik merah muda akan mulai mengendap di katoda (elektroda negatif), dan tembaga akan masuk ke larutan di anoda (elektroda positif). Untuk membersihkan pelat tembaga, kita akan melewatkan arus di coulometer selama sekitar setengah jam. Kemudian kami mengeluarkan katoda, mengeringkannya dengan hati-hati dengan kertas saring dan menimbangnya secara akurat. Kami memasang elektroda di dalam sel, menutup sirkuit dengan rheostat dan mempertahankan arus konstan, misalnya 1 A. Setelah satu jam, kami membuka sirkuit dan menimbang katoda kering lagi. Pada arus 1 A per jam operasi, massanya akan meningkat 1,18 g.
Oleh karena itu, sejumlah listrik yang sama dengan 1 ampere-jam, ketika melewati suatu larutan, dapat melepaskan 1,18 g tembaga. Atau secara umum: jumlah zat yang dilepaskan berbanding lurus dengan jumlah listrik yang melewati larutan.
Untuk mengisolasi 1 ekivalen ion, perlu melewati larutan sejumlah listrik yang sama dengan produk muatan elektroda e dan bilangan Avogadro N SEBUAH:
e*N A \u003d 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 \u003d 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 Nilai ini ditunjukkan dengan simbol F dan dinamai menurut penemu hukum kuantitatif elektrolisis nomor faraday(nilai pasti F- 96 498 A * s * mol -1). Oleh karena itu, untuk mengisolasi sejumlah ekuivalen dari suatu larutan n e melalui larutan, sejumlah listrik sama dengan F*n e A * s * mol -1. Dengan kata lain,
Dia =F*n e Disini Saya- saat ini, t adalah waktu yang diperlukan arus untuk melewati larutan. Dalam bab " Dasar-dasar Titrasi"Telah ditunjukkan bahwa jumlah ekuivalen suatu zat n e sama dengan produk dari jumlah mol dengan jumlah yang setara:
n e = n*Z Akibatnya:

Saya*t = F*n*Z

Pada kasus ini Z- muatan ion (untuk Ag + Z= 1, untuk Cu2+ Z= 2, untuk Al 3+ Z= 3, dst). Jika kita menyatakan jumlah mol sebagai perbandingan massa dengan massa molar ( n = m / M), maka kami mendapatkan rumus yang memungkinkan Anda menghitung semua proses yang terjadi selama elektrolisis:

Dia =F*m*Z / M

Dengan menggunakan rumus ini, Anda dapat menghitung arus:

Saya = F*m*Z/(t*M)\u003d 9,65 * 10 4 * 1,18 * 2 / (3600 * 63,54) A * s * g * mol / (s * mol * g) \u003d 0,996 A

Jika kita memperkenalkan rasio untuk pekerjaan listrik W surel

W email = U*I*t dan W surel / kamu = Dia

kemudian mengetahui ketegangan kamu, Anda dapat menghitung:

W email = F*m*Z*U/M

Anda juga dapat menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk pelepasan elektrolit sejumlah zat tertentu, atau berapa banyak zat yang akan dilepaskan dalam waktu tertentu. Selama percobaan, rapat arus harus dijaga dalam batas yang ditentukan. Jika kurang dari 0,01 A / cm 2, maka terlalu sedikit logam yang akan dilepaskan, karena ion tembaga (I) akan terbentuk sebagian. Jika kerapatan arus terlalu tinggi, daya rekat lapisan ke elektroda akan lemah, dan ketika elektroda dilepaskan dari larutan, itu bisa hancur.
Dalam praktiknya, pelapis galvanik pada logam digunakan terutama untuk melindungi dari korosi dan untuk mendapatkan lapisan cermin.
Selain itu, logam, terutama tembaga dan timbal, dimurnikan dengan pelarutan anodik dan pemisahan selanjutnya di katoda (pemurnian elektrolit).
Untuk melapisi besi dengan tembaga atau nikel, pertama-tama Anda harus membersihkan permukaan benda secara menyeluruh. Untuk melakukan ini, kami memolesnya dengan kapur elutriasi dan secara berurutan menurunkannya dengan larutan encer soda kaustik, air, dan alkohol. Jika benda itu tertutup karat, perlu diasinkan terlebih dahulu dalam larutan asam sulfat 10-15%.
Kami akan menggantung produk yang sudah dibersihkan di bak elektrolit (akuarium kecil atau gelas kimia), di mana ia akan berfungsi sebagai katoda.
Solusi untuk menerapkan pelapisan tembaga mengandung 250 g tembaga sulfat dan 80-100 g asam sulfat pekat dalam 1 liter air (Perhatian!). Dalam hal ini, pelat tembaga akan berfungsi sebagai anoda. Permukaan anoda harus kira-kira sama dengan permukaan benda yang dilapisi. Oleh karena itu, Anda harus selalu memastikan bahwa anoda tembaga menggantung di bak mandi pada kedalaman yang sama dengan katoda.
Proses akan dilakukan pada tegangan 3-4 V (dua baterai) dan rapat arus 0,02-0,4 A/cm 2 . Suhu larutan dalam bak mandi harus 18-25 °C.
Perhatikan fakta bahwa bidang anoda dan permukaan yang akan dilapisi sejajar satu sama lain. Lebih baik tidak menggunakan objek dengan bentuk yang rumit. Dengan memvariasikan durasi elektrolisis, dimungkinkan untuk mendapatkan lapisan tembaga dengan ketebalan yang berbeda.
Seringkali menggunakan pelapisan tembaga awal untuk menerapkan lapisan tahan lama dari logam lain ke lapisan ini. Ini terutama sering digunakan dalam pelapisan besi kromium, pelapisan nikel pengecoran seng dan dalam kasus lain. Benar, elektrolit sianida yang sangat beracun digunakan untuk tujuan ini.
Untuk menyiapkan elektrolit untuk pelapisan nikel, larutkan 25 g kristal nikel sulfat, 10 g asam borat atau 10 g natrium sitrat dalam 450 ml air. Natrium sitrat dapat dibuat dengan menetralkan larutan 10 g asam sitrat larutan natrium hidroksida encer atau larutan soda. Biarkan anoda menjadi pelat nikel seluas mungkin, dan ambil baterai sebagai sumber tegangan.
Nilai rapat arus dengan bantuan suatu variabel hambatan akan dipertahankan sebesar 0,005 A/cm 2 . Misalnya, dengan permukaan benda 20 cm 2, perlu untuk bekerja pada kekuatan arus 0,1 A. Setelah setengah jam bekerja, benda tersebut sudah berlapis nikel. Keluarkan dari bak mandi dan bersihkan dengan kain. Namun, sebaiknya proses pelapisan nikel tidak dihentikan, karena lapisan nikel dapat menjadi pasif dan lapisan nikel berikutnya tidak akan menempel dengan baik.
Untuk mencapai kilau cermin tanpa pemolesan mekanis, kami memperkenalkan apa yang disebut aditif pencerah ke dalam bak pelapis. Aditif tersebut, misalnya, lem, gelatin, gula. Anda dapat memasukkan ke dalam bak nikel, misalnya, beberapa gram gula dan mempelajari efeknya.
Untuk menyiapkan elektrolit untuk pelapisan besi krom (setelah pelapisan tembaga awal), kami melarutkan 40 g CrO 3 chromic anhydride (Perhatian! Racun!) dan tepat 0,5 g asam sulfat dalam 100 ml air (tidak lebih!). Proses berlangsung pada kerapatan arus sekitar 0,1 A/cm 2 , dan pelat timah digunakan sebagai anoda, yang luasnya harus sedikit lebih kecil dari luas permukaan berlapis krom.
Pemandian nikel dan krom paling baik dipanaskan sedikit (sampai sekitar 35 °C). Perlu diketahui bahwa elektrolit untuk pelapisan krom, terutama dengan proses yang lama dan kekuatan arus yang tinggi, mengeluarkan uap yang mengandung asam kromat yang sangat berbahaya bagi kesehatan. Oleh karena itu, pelapisan krom harus dilakukan di bawah angin atau di luar ruangan, misalnya di balkon.
Dalam pelapisan krom (dan pada tingkat yang lebih rendah dalam pelapisan nikel), tidak semua arus digunakan untuk pengendapan logam. Pada saat yang sama, hidrogen dilepaskan. Berdasarkan serangkaian tegangan, diharapkan bahwa logam yang berdiri di depan hidrogen tidak boleh dilepaskan dari larutan berair sama sekali, tetapi, sebaliknya, hidrogen yang kurang aktif harus dilepaskan. Namun, di sini, seperti dalam kasus pembubaran anodik logam, evolusi katodik hidrogen sering terhambat dan hanya diamati pada tegangan tinggi. Fenomena ini disebut tegangan lebih hidrogen, dan ini sangat besar, misalnya, pada timbal. Karena keadaan ini, baterai timbal dapat berfungsi. Ketika baterai diisi, alih-alih PbO 2, hidrogen akan muncul di katoda, tetapi, karena tegangan berlebih, evolusi hidrogen dimulai ketika baterai hampir terisi penuh.

Dalam buku teks kimia, ketika menyajikan topik "Asam", dalam satu atau lain bentuk, apa yang disebut deret perpindahan logam disebutkan, kompilasi yang sering dikaitkan dengan Beketov.

Misalnya, G. E. Rudzitis dan F. G. Feldman, buku teks yang pernah tersebar luas untuk kelas 8 (dari 1989 hingga 1995, diterbitkan dengan total sirkulasi 8,3 juta eksemplar), menyatakan sebagai berikut. Sangat mudah untuk memverifikasi dari pengalaman bahwa magnesium bereaksi cepat dengan asam (menggunakan asam klorida sebagai contoh), seng bereaksi agak lebih lambat, besi bahkan lebih lambat, dan tembaga tidak bereaksi dengan asam klorida. “Eksperimen serupa dilakukan oleh ilmuwan Rusia N. N. Beketov,” tulis penulis buku teks lebih lanjut. – Berdasarkan eksperimen, ia menyusun deret perpindahan logam: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Dalam seri ini, semua logam yang berdiri di depan hidrogen dapat menggantikannya dari asam. Dilaporkan juga bahwa Beketov adalah “pendiri kimia fisik. Pada tahun 1863 ia menyusun serangkaian perpindahan logam, yang dinamai ilmuwan. Selanjutnya, siswa diberitahu bahwa dalam deret Beketov, logam di sebelah kiri menggantikan logam di sebelah kanan dari larutan garamnya. Pengecualiannya adalah logam yang paling aktif. Informasi serupa dapat ditemukan di buku teks dan manual sekolah lain, misalnya: "Ahli kimia Rusia N. N. Beketov menyelidiki semua logam dan mengaturnya menurut aktivitas kimianya dalam deret perpindahan (seri aktivitas)", dll.

Beberapa pertanyaan mungkin muncul di sini.

Pertanyaan satu. Tidakkah para ahli kimia mengetahui sebelum eksperimen Beketov (yaitu, sebelum 1863) bahwa magnesium, seng, besi, dan sejumlah logam lain bereaksi dengan asam untuk melepaskan hidrogen, sedangkan tembaga, merkuri, perak, platinum, dan emas tidak memilikinya. Properti?

Pertanyaan dua. Tidakkah ahli kimia sebelum Beketov memperhatikan bahwa beberapa logam dapat menggantikan yang lain dari larutan garamnya?

Pertanyaan tiga. Dalam buku oleh V. A. Volkov, E. V. Vonsky, G. I. Kuznetsov “Ahli kimia terkemuka di dunia. Buku Referensi Biografi (Moskow: Vysshaya Shkola, 1991) mengatakan bahwa Nikolai Nikolayevich Beketov (1827–1911) adalah “seorang ahli kimia fisik Rusia, akademisi… salah satu pendiri kimia fisik… Ia mempelajari perilaku asam organik di bawah suhu tinggi. Sintesis (1852) benzureide dan aseturida. Mengajukan (1865) sejumlah ketentuan teoretis tentang ketergantungan arah reaksi pada keadaan reagen dan kondisi eksternal ... Menentukan panas pembentukan oksida dan klorida logam alkali, untuk pertama kalinya diterima (1870 ) oksida anhidrat dari logam alkali. Menggunakan kemampuan aluminium untuk memulihkan logam dari oksidanya, ia meletakkan dasar aluminotermi ... Presiden Masyarakat Fisik-Kimia Rusia .... ". Dan tidak sepatah kata pun tentang kompilasi seri perpindahannya, yang dimasukkan (tidak seperti, misalnya, ureides - turunan urea) dalam buku teks sekolah yang diterbitkan dalam jutaan eksemplar!

Hampir tidak perlu menyalahkan penulis panduan biografi karena melupakan penemuan penting ilmuwan Rusia: lagi pula, D. I. Mendeleev, yang sama sekali tidak dapat dicela karena tidak patriotisme, dalam buku teks klasiknya "Fundamentals of Chemistry" juga tidak pernah menyebutkan Seri perpindahan Beketov, meskipun 15 kali mengacu pada berbagai karyanya. Untuk menjawab semua pertanyaan ini, kita harus menjelajahi sejarah kimia, untuk mengetahui siapa dan kapan deret aktivitas logam diajukan, eksperimen apa yang dilakukan N.N. Beketov sendiri, dan deret perpindahannya.

Dua pertanyaan pertama dapat dijawab dengan cara berikut. Tentu saja, baik pelepasan hidrogen dari asam oleh logam, dan berbagai contoh perpindahan mereka satu sama lain dari garam diketahui jauh sebelum kelahiran Beketov. Misalnya, dalam salah satu manual ahli kimia dan mineralogi Swedia Thornburn Olaf Bergman, yang diterbitkan pada tahun 1783, direkomendasikan untuk menggantikan timbal dan perak dari larutan menggunakan pelat besi saat menganalisis bijih polimetalik. Saat melakukan perhitungan pada kandungan besi dalam bijih, orang harus memperhitungkan bagian yang masuk ke dalam larutan dari pelat. Dalam manual yang sama, Bergman menulis: “Logam dapat dipindahkan dari larutan garamnya oleh logam lain, dan beberapa konsistensi diamati. Dalam rangkaian seng, besi, timah, timah, tembaga, perak dan merkuri, seng menggantikan besi, dll.” Dan, tentu saja, bukan Bergman yang pertama kali menemukan reaksi ini: pengamatan semacam itu berasal dari zaman alkimia. Contoh paling terkenal dari reaksi semacam itu digunakan pada Abad Pertengahan oleh para penipu yang secara terbuka mendemonstrasikan "transformasi" paku besi menjadi "emas" merah ketika mereka mencelupkan paku ke dalam larutan tembaga sulfat. Sekarang reaksi ini ditunjukkan di kelas kimia di sekolah. Apa inti dari teori baru Beketov? Sebelum munculnya termodinamika kimia, ahli kimia menjelaskan aliran reaksi dalam satu arah atau yang lain dengan konsep afinitas beberapa benda untuk yang lain. Bergman yang sama, berdasarkan reaksi perpindahan yang terkenal, dikembangkan dari tahun 1775 teori afinitas selektif. Menurut teori ini, afinitas kimia antara dua zat dalam kondisi tertentu tetap konstan dan tidak bergantung pada massa relatif reaktan. Artinya, jika benda A dan B bersentuhan dengan benda C, maka benda yang memiliki afinitas lebih besar akan terhubung dengan C. Misalnya, besi memiliki afinitas yang lebih besar terhadap oksigen daripada merkuri, dan oleh karena itu besi akan menjadi yang pertama teroksidasi olehnya. Diasumsikan bahwa arah reaksi ditentukan semata-mata oleh afinitas kimia dari benda yang bereaksi, dan reaksi berakhir. Bergman menyusun tabel afinitas kimia, yang digunakan oleh ahli kimia hingga awal abad ke-19. Tabel ini termasuk, khususnya, berbagai asam dan basa.

Hampir bersamaan dengan Bergman, ahli kimia Prancis Claude Louis Berthollet mengembangkan teori lain. Afinitas kimia juga dikaitkan dengan daya tarik tubuh satu sama lain, tetapi kesimpulan lain ditarik. Dengan analogi dengan hukum tarik-menarik universal, Berthollet percaya bahwa dalam kimia, tarik-menarik juga harus bergantung pada massa benda yang bereaksi. Oleh karena itu, jalannya reaksi dan hasilnya tidak hanya bergantung pada afinitas kimia reagen, tetapi juga pada kuantitasnya. Misalnya, jika benda A dan B dapat bereaksi dengan C, maka benda C akan didistribusikan antara A dan B sesuai dengan afinitas dan massanya, dan tidak ada satu reaksi pun yang akan mencapai akhir, karena kesetimbangan akan terjadi ketika AC, BC dan bebas A dan B hidup berdampingan secara bersamaan Sangat penting bahwa distribusi C antara A dan B dapat bervariasi tergantung pada kelebihan A atau B. Oleh karena itu, dengan kelebihan yang besar, benda dengan afinitas rendah hampir dapat sepenuhnya "memilih" benda C dari "saingannya". Tetapi jika salah satu produk reaksi (AC atau BC) dihilangkan, maka reaksi akan berakhir dan hanya produk yang meninggalkan ruang lingkup yang terbentuk.

Berthollet membuat kesimpulannya dengan mengamati proses pengendapan dari larutan. Kesimpulan ini terdengar sangat modern, terlepas dari terminologi yang sudah ketinggalan zaman. Namun, teori Berthollet bersifat kualitatif, tidak memberikan cara untuk mengukur nilai afinitas.

Kemajuan lebih lanjut dalam teori didasarkan pada penemuan-penemuan di bidang listrik. Fisikawan Italia Alessandro Volta akhir XVIII di. menunjukkan bahwa ketika logam yang berbeda bersentuhan, muatan listrik muncul. Melakukan eksperimen dengan berbagai pasangan logam dan menentukan tanda dan besarnya muatan beberapa logam dalam kaitannya dengan yang lain, Volta menetapkan serangkaian tegangan: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. Menggunakan pasangan logam yang berbeda, Volta merancang sel galvanik, yang kekuatannya semakin besar, semakin jauh jarak anggota seri ini. Alasan untuk ini tidak diketahui pada saat itu. Benar, pada tahun 1797, ilmuwan Jerman Johann Wilhelm Ritter meramalkan bahwa logam harus berada dalam serangkaian tekanan untuk mengurangi kemampuannya untuk bergabung dengan oksigen. Dalam kasus seng dan emas, kesimpulan ini tidak diragukan; untuk logam lain, perlu dicatat bahwa kemurniannya tidak terlalu tinggi, sehingga seri Volta tidak selalu sesuai dengan yang modern.

Pandangan teoretis tentang sifat proses yang terjadi dalam kasus ini sangat kabur dan sering bertentangan. Ahli kimia Swedia terkenal Jöns Jakob Berzelius pada awal abad ke-19. menciptakan elektrokimia (atau dualistik, dari lat. dualis - "dual") teori senyawa kimia. Sesuai dengan teori ini, diasumsikan bahwa setiap senyawa kimia terdiri dari dua bagian - bermuatan positif dan negatif. Pada tahun 1811, Berzelius, berdasarkan sifat kimia dari unsur-unsur yang dikenalnya, menyusunnya dalam satu baris sehingga setiap suku di dalamnya adalah elektronegatif terhadap yang sebelumnya dan elektropositif terhadap yang berikutnya. Dalam versi singkat, berikut ini ditugaskan ke elemen elektronegatif (dalam urutan menurun):

O, S, N, Cl, Br, S, Se P, As, Cr, B, C, Sb, Te, Si.

Kemudian diikuti elemen transisi - hidrogen, dan setelah itu - elemen elektropositif (dalam rangka meningkatkan properti ini):

Au, Pt, Hg, Ag, Cu, Bi, Sn, Pb, Cd, Co, Ni, Fe, Zn, Mn, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K.

Seri ini, jika Anda menulis ulang semua logam dalam urutan terbalik, sangat dekat dengan yang modern. Beberapa perbedaan dalam urutan logam dalam seri ini mungkin karena pemurnian zat yang tidak mencukupi pada zaman Berzelius, serta beberapa sifat lain dari logam yang dipandu oleh Berzelius. Menurut Berzelius, semakin jauh unsur-unsur dari satu sama lain di baris ini, semakin banyak muatan listrik yang mereka miliki dan semakin kuat senyawa kimia yang mereka bentuk satu sama lain.

Teori dualisme Berzelius di pertengahan abad ke-19. adalah dominan. Kegagalannya ditunjukkan oleh pendiri termokimia, ilmuwan Prancis Marcellin Berthelot dan peneliti Denmark Julius Thomsen. Mereka mengukur afinitas kimia dengan kerja yang dapat dihasilkan oleh reaksi kimia. Dalam prakteknya, itu diukur dengan panas reaksi. Karya-karya ini mengarah pada penciptaan termodinamika kimia, ilmu yang memungkinkan, khususnya, untuk menghitung posisi kesetimbangan dalam sistem reaksi, termasuk kesetimbangan dalam proses elektrokimia. Dasar teoretis untuk rangkaian aktivitas (dan untuk rangkaian tegangan) dalam larutan diletakkan pada akhir abad ke-19. Ahli kimia fisik Jerman Walter Nernst. Alih-alih karakteristik kualitatif - afinitas atau kemampuan logam dan ionnya untuk reaksi tertentu - nilai kuantitatif yang tepat muncul yang mencirikan kemampuan setiap logam untuk masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion, dan juga untuk direduksi dari ion menjadi logam pada elektroda. Nilai seperti itu adalah potensial elektroda standar dari logam, dan deret yang sesuai, diatur dalam urutan perubahan potensial, disebut deret potensial elektroda standar. (Keadaan standar mengasumsikan bahwa konsentrasi ion dalam larutan adalah 1 mol/l, dan tekanan gas adalah 1 atm; paling sering, keadaan standar dihitung untuk suhu 25 ° C.)

Potensi standar logam alkali paling aktif dihitung secara teoritis, karena tidak mungkin untuk mengukurnya secara eksperimental dalam larutan berair. Untuk menghitung potensi logam pada konsentrasi ion yang berbeda (yaitu, dalam keadaan non-standar), persamaan Nernst digunakan. Potensi elektroda telah ditentukan tidak hanya untuk logam, tetapi juga untuk banyak reaksi redoks yang melibatkan kation dan anion. Hal ini memungkinkan untuk secara teoritis memprediksi kemungkinan berbagai reaksi redoks yang terjadi dalam berbagai kondisi. Perlu juga dicatat bahwa dalam larutan tidak berair, potensi logam akan berbeda, sehingga urutan logam dalam seri dapat berubah secara nyata. Misalnya, dalam larutan berair, potensi elektroda tembaga positif (+0,24 V) dan tembaga terletak di sebelah kanan hidrogen. Dalam larutan asetonitril CH3CN, potensial tembaga negatif (–0,28 V), yaitu, tembaga terletak di sebelah kiri hidrogen. Oleh karena itu, reaksi berikut terjadi dalam pelarut ini: Cu + 2HCl = CuCl2 + H2.

Sekarang saatnya menjawab pertanyaan ketiga dan mencari tahu apa sebenarnya yang dipelajari Beketov dan kesimpulan apa yang dia dapatkan.

Salah satu ahli kimia Rusia paling terkemuka, N. N. Beketov, setelah lulus (pada tahun 1848) dari Universitas Kazan, bekerja selama beberapa waktu di Akademi Medis dan Bedah di laboratorium N. N. Vinin, kemudian di Universitas St. Kharkov. Tak lama setelah menerima departemen kimia universitas pada tahun 1857, Beketov pergi ke luar negeri selama satu tahun "dengan janji seribu rubel setahun lebih dari gaji yang diterima" - pada waktu itu jumlah yang besar. Selama tinggal di Paris, ia menerbitkan (dalam bahasa Prancis) hasil studi sebelumnya di Rusia tentang perpindahan logam tertentu dari larutan oleh hidrogen dan tentang efek pengurangan uap seng. Pada pertemuan Paris Chemical Society, Beketov melaporkan karyanya tentang reduksi SiCl4 dan BF3 dengan hidrogen. Ini adalah mata rantai pertama dalam rantai penelitian yang ditujukan untuk pemindahan beberapa elemen oleh elemen lain, yang dimulai Beketov pada tahun 1856 dan selesai pada tahun 1865.

Sudah di luar negeri, Beketov menarik perhatian pada dirinya sendiri. Cukup mengutip kata-kata D. I. Mendeleev, yang ditemui Beketov di Jerman: “Dari ahli kimia Rusia di luar negeri, saya belajar Beketov ... Savich, Sechenov. Itu saja ... orang-orang yang menghormati Rusia, orang-orang yang saya senang bergaul dengan saya.

Pada tahun 1865, disertasi Beketov "Penelitian tentang fenomena perpindahan beberapa elemen oleh elemen lain" diterbitkan di Kharkov. Karya ini diterbitkan ulang di Kharkov pada tahun 1904 (dalam koleksi "Untuk mengenang peringatan 50 tahun aktivitas ilmiah N. N. Beketov") dan pada tahun 1955 (dalam koleksi "N. N. Beketov. Karya Terpilih dalam Kimia Fisik") .

Mari berkenalan dengan karya Beketov ini secara lebih rinci. Ini terdiri dari dua bagian. Bagian pertama (berisi enam bagian) menyajikan hasil eksperimen penulis dengan sangat rinci. Tiga bagian pertama dikhususkan untuk aksi hidrogen pada larutan garam perak dan merkuri pada berbagai tekanan. Tampaknya bagi Beketov bahwa tugas mencari tahu tempat hidrogen dalam serangkaian logam, serta ketergantungan arah reaksi pada kondisi eksternal - tekanan, suhu, konsentrasi reagen, tampak sangat penting. Dia melakukan eksperimen baik dalam larutan maupun dengan zat kering. Sudah diketahui oleh ahli kimia bahwa hidrogen dengan mudah menggantikan beberapa logam dari oksidanya pada suhu tinggi, tetapi tidak aktif pada suhu rendah. Beketov menemukan bahwa aktivitas hidrogen meningkat dengan meningkatnya tekanan, yang dia kaitkan dengan "kepadatan yang lebih besar" dari reagen (sekarang mereka akan mengatakan - dengan tekanan yang lebih tinggi, yaitu konsentrasi gas).

Mempelajari kemungkinan menggantikan logam dengan hidrogen dari larutan, Beketov membuat sejumlah eksperimen yang agak berisiko. Untuk pertama kalinya dalam sejarah kimia, Beketov menerapkan tekanan melebihi 100 atm. Dia melakukan eksperimen dalam gelap, dalam tabung kaca tertutup dengan beberapa tikungan (siku). Di satu lutut ia meletakkan larutan garam, di lutut lainnya - asam, dan di ujung tabung - seng logam. Dengan memiringkan tabung, Beketov membuat seng jatuh ke dalam asam yang diambil secara berlebihan. Mengetahui massa seng terlarut dan volume tabung, adalah mungkin untuk memperkirakan tekanan hidrogen yang dicapai. Dalam beberapa percobaan, Beketov menentukan tekanan dengan tingkat kompresi udara oleh cairan dalam kapiler tipis yang disolder ke tabung. Pembukaan tabung selalu disertai dengan ledakan. Dalam salah satu percobaan, di mana tekanan mencapai 110 atm, ledakan selama pembukaan tabung (dilakukan dalam air di bawah silinder terbalik) menghancurkan silinder berdinding tebal, yang volumenya seribu kali lebih besar. dari volume tabung dengan reagen.

Eksperimen telah menunjukkan bahwa aksi hidrogen tidak hanya bergantung pada tekanannya, tetapi juga pada "kekuatan larutan logam", yaitu pada konsentrasinya. Reduksi perak dari larutan amonia AgCl dimulai bahkan sebelum seng larut sempurna pada tekanan sekitar 10 atm - larutan transparan berubah menjadi coklat (pertama di perbatasan dengan gas, kemudian di seluruh massa), dan setelah beberapa hari bubuk perak abu-abu mengendap di dinding. Tidak ada reaksi yang diamati pada tekanan atmosfer. Perak juga direduksi dari nitrat dan sulfat, dan hidrogen bekerja pada perak asetat pada tekanan atmosfer. Bola logam dilepaskan dari garam merkuri pada tekanan tinggi, tetapi tembaga dan timbal nitrat tidak dapat direduksi bahkan pada tekanan hidrogen tinggi. Pengurangan tembaga diamati hanya dengan adanya perak dan platinum pada tekanan hingga 100 atm. Beketov menggunakan platinum untuk mempercepat proses, yaitu sebagai katalis. Dia menulis bahwa platina lebih kondusif untuk perpindahan logam tertentu daripada tekanan, karena hidrogen pada permukaan platina "dikenakan daya tarik yang lebih besar dan harus memiliki kerapatan terbesar." Sekarang kita tahu bahwa hidrogen yang teradsorpsi pada platinum diaktifkan karena interaksi kimianya dengan atom logam.

Di bagian keempat dari bagian pertama, Beketov menjelaskan eksperimen dengan karbon dioksida. Dia mempelajari efeknya pada larutan kalsium asetat pada tekanan yang berbeda; menemukan bahwa reaksi sebaliknya - pembubaran marmer dalam asam asetat pada tekanan gas tertentu berhenti bahkan dengan kelebihan asam.

Di bagian terakhir dari bagian eksperimental, Beketov menggambarkan efek uap seng pada suhu tinggi pada senyawa barium, silikon, dan aluminium (ia menyebut elemen terakhir tanah liat, seperti biasa pada tahun-tahun itu). Dengan mereduksi silikon tetraklorida dengan seng, Beketov adalah yang pertama mendapatkan silikon kristal yang cukup murni. Dia juga menemukan bahwa magnesium mereduksi aluminium dari kriolit (natrium fluoroaluminat "di dalam rumah") dan silikon dari dioksidanya. Dalam percobaan ini, kemampuan aluminium untuk memulihkan barium dari oksida dan kalium dari hidroksida juga ditetapkan. Jadi, setelah mengkalsinasi aluminium dengan barium oksida anhidrat (dengan sedikit tambahan barium klorida untuk menurunkan titik leleh), sebuah paduan terbentuk, yang menurut hasil analisis adalah 33,3% barium, sisanya adalah aluminium. Pada saat yang sama, aluminium kalsinasi berjam-jam dengan bubuk barium klorida tidak menyebabkan perubahan apa pun.

Reaksi yang tidak biasa dari aluminium dengan KOH dilakukan dalam laras senapan melengkung, di ujung tertutup di mana potongan KOH dan aluminium ditempatkan. Dengan pijaran yang kuat dari ujung ini, uap kalium muncul, yang mengembun di bagian laras yang dingin, "dari mana beberapa potong logam lunak diperoleh, terbakar dengan nyala ungu." Rubidium dan cesium kemudian diisolasi dengan cara yang sama.

Bagian kedua dari karya Beketov dikhususkan untuk teori perpindahan beberapa elemen oleh yang lain. Pada bagian ini, Beketov pertama-tama menganalisis banyak data eksperimen - baik miliknya sendiri maupun yang dilakukan oleh peneliti lain, termasuk Profesor Breslav Fischer, serta Davy, Gay-Lussac, Berzelius, Wöhler. Dari catatan khusus adalah "beberapa fakta menarik tentang pengendapan logam dengan rute basah" ditemukan oleh ahli kimia Inggris William Odling. Pada saat yang sama, Beketov menganggap kasus perpindahan beberapa elemen oleh yang lain "cara basah", yaitu dalam larutan, dan "cara kering", yaitu selama kalsinasi reagen. Ini logis, karena tidak mungkin melakukan eksperimen dalam larutan berair yang melibatkan logam alkali dan alkali tanah, karena mereka secara aktif bereaksi dengan air.

Kemudian Beketov mengemukakan teorinya, yang dirancang untuk menjelaskan berbagai aktivitas unsur-unsur. Setelah mengatur semua logam dalam satu baris menurut berat jenisnya (yaitu, kerapatan), Beketov menemukan bahwa itu cukup sesuai dengan deret perpindahan yang diketahui. "Akibatnya," Beketov menyimpulkan, "tempat logam ... dalam deret perpindahan dapat ditentukan dengan cukup tepat dan, dapat dikatakan, diprediksi sebelumnya oleh gravitasi spesifiknya." Beberapa ketidakpastian diamati hanya antara "logam yang berdekatan dalam berat jenis". Jadi, kalium biasanya merupakan elemen yang "lebih energik" dan, misalnya, menggantikan natrium dari NaCl ketika dikalsinasi, meskipun kalium lebih mudah menguap. Namun, proses sebaliknya juga diketahui: misalnya, natrium dapat menggantikan kalium dari hidroksida dan asetatnya. “Mengenai rasio kelompok basa pertama dengan yang kedua dan rasio logam dari kelompok kedua satu sama lain, mereka masih sedikit dipelajari,” tulis Beketov.

Beketov menemui kesulitan yang lebih serius. Misalnya, ia berhasil mereduksi seng dengan aluminium dari larutan ZnCl2 dan gagal dari larutan ZnSO4. Selain itu, aluminium "sama sekali tidak mengembalikan besi, nikel, kobalt, kadmium dari larutan." Beketov menjelaskan ini dengan fakta bahwa aluminium "bertindak terutama pada air", dan mengasumsikan bahwa reaksi ini harus berjalan tanpa air - "cara kering". Memang, kemudian Beketov menemukan reaksi seperti itu dan benar-benar menemukan aluminotermi.

Kesulitan lain adalah bahwa beberapa logam keluar dari aturan gravitasi spesifik. Jadi, tembaga (kepadatan 8,9) dalam rangkaian aktivitas terletak bukan sebelumnya, tetapi setelah timbal (kepadatan 11,4 - nilai kerapatan Beketov sedikit berbeda dari yang modern). "Anomali" semacam itu memaksa Beketov untuk mencoba menggantikan timah yang lebih aktif dengan tembaga yang kurang aktif. Dia menempatkan pelat tembaga dalam larutan jenuh timbal klorida panas - netral dan asam, dalam larutan amonia timbal oksida, tembaga yang dipanaskan dengan oksida kering dan timbal klorida. Semua eksperimen tidak berhasil, dan Beketov terpaksa mengakui "mundur dari" peraturan umum". "Anomali" lainnya menyangkut perak (densitas 10,5) dan timbal, serta perak dan merkuri (densitas 13,5), karena timbal dan merkuri mereduksi perak "ringan" dari larutan garamnya. Beketov menjelaskan anomali dengan merkuri dengan fakta bahwa logam ini cair dan karena itu aktivitasnya lebih tinggi daripada mengikuti aturan gravitasi spesifik.

Beketov memperluas kekuasaannya ke non-logam. Misalnya, dalam seri klorin (densitas klorin cair 1,33), bromin (densitas 2,86), yodium (densitas 4,54), unsur paling ringan sekaligus paling aktif (fluor diperoleh oleh Moissan hanya 20 tahun kemudian). Hal yang sama diamati pada deret O, S, Se, Te: oksigen adalah yang paling aktif dan cukup mudah menggantikan sisa elemen dari senyawanya dengan hidrogen atau dengan logam alkali.

Beketov menjelaskan aturannya dengan analogi dengan mekanika: gravitasi spesifik terkait dengan massa partikel (yaitu, atom) dan jarak antara mereka dalam zat sederhana. Mengetahui kerapatan logam dan massa atom relatifnya, seseorang dapat menghitung jarak relatif antar atom. Semakin besar jarak di antara mereka, semakin mudah, menurut Beketov, atom-atom dipisahkan dalam proses kimia. Ini juga terkait dengan "afinitas" timbal balik dari berbagai elemen, dan kemampuan untuk saling menggantikan dari senyawa. Setelah menghitung jarak relatif antara atom dalam logam yang berbeda dan menggunakan kalium sebagai standar, Beketov memperoleh nilai berikut: K - 100, Na - 80, Ca - 65, Mg - 53, Al - 43, dll. hingga platinum.

Lebih jauh ringkasan Teori Beketov tentang kekuatan relatif senyawa kimia (yaitu, kemampuan beberapa elemen untuk menggantikan yang lain terkait dengan ini) dapat ditemukan dalam buku teks "Fundamentals of Chemistry" oleh D. I. Mendeleev (dikutip dari edisi 1947 menggunakan terminologi modern): "... Profesor N. N. Beketov, dalam karyanya "Investigasi tentang Fenomena Represi" (Kharkov, 1865), mengusulkan hipotesis khusus, yang akan kami nyatakan hampir dalam kata-kata penulis.

Untuk aluminium oksida Al2O3 lebih kuat dari halida AlCl3 dan AlI3. Pada oksida, perbandingan Al:O = 112:100, untuk klorida Al:Cl = 25:100, untuk iodida Al:I = 7:100. Untuk oksida perak Ag2O (perbandingan 1350:100) kurang tahan lama dibandingkan klorida ( Ag: Cl = = 100:33), dan iodida yang paling tahan lama (Ag:I = 85:100). Dari contoh-contoh ini dan contoh-contoh serupa dapat dilihat bahwa yang paling tahan lama adalah senyawa-senyawa yang massa unsur-unsur penghubungnya menjadi hampir sama. Oleh karena itu, ada keinginan untuk menggabungkan massa besar dengan massa besar, dan massa kecil - dengan massa kecil, misalnya: Ag2O + 2KI memberikan K2O + 2AgI. Untuk alasan yang sama ketika suhu tinggi Ag2O, HgO, Au2O3 dan oksida sejenis, yang terdiri dari massa yang tidak sama, terurai, sedangkan oksida logam ringan, serta air, tidak mudah terurai. Oksida yang paling tahan panas - MgO, CaO, SiO2, Al2O3 mendekati kondisi kesetaraan massa. Untuk alasan yang sama, HI lebih mudah terurai daripada HCl. Klorin tidak bekerja pada MgO dan Al2O3, tetapi bekerja pada CaO, Ag2O, dll.

Untuk memahami hubungan afinitas yang sebenarnya, - menyimpulkan Mendeleev, - penambahan teori mekanik fenomena kimia yang diberikan Beketov masih jauh dari cukup. Namun demikian, dalam caranya menjelaskan kekuatan relatif dari banyak senyawa, orang dapat melihat pernyataan yang sangat menarik tentang pertanyaan-pertanyaan yang sangat penting. Tanpa upaya seperti itu, mustahil untuk memahami objek kompleks dari pengetahuan pengalaman.

Jadi, tanpa meremehkan manfaat ahli kimia yang luar biasa, harus diakui bahwa, meskipun teori N.N. Beketov memainkan peran penting dalam pengembangan kimia teoretis, seseorang tidak boleh mengaitkannya dengan pembentukan aktivitas relatif logam di reaksi perpindahan hidrogen dari asam dan rangkaian aktivitas logam yang sesuai: mekaniknya Teori fenomena kimia tetap ada dalam sejarah kimia sebagai salah satu dari banyak tahapannya.

Mengapa, kemudian, dalam beberapa buku, Beketov dikreditkan dengan sesuatu yang tidak dia temukan? Tradisi ini, seperti banyak tradisi lainnya, mungkin muncul pada akhir 1940-an dan awal 1950-an. abad ke-20, ketika kampanye untuk memerangi "mengeluh ke Barat" berkecamuk di Uni Soviet, dan para penulis hanya harus mengaitkan semua penemuan yang kurang lebih terlihat dalam sains secara eksklusif dengan ilmuwan domestik, dan bahkan mengutip penulis asing dianggap hasutan (pada tahun-tahun itulah lelucon tentang "Rusia adalah tempat kelahiran gajah"). Misalnya, M. V. Lomonosov dikreditkan dengan penemuan hukum kekekalan energi, yang baru ditemukan pada pertengahan abad ke-19. Berikut adalah contoh konkrit penyajian sejarah ilmu pengetahuan pada masa itu. Dalam buku Vladimir Orlov "On a Courageous Thought" (Moskow: Young Guard, 1953), penemuan di bidang listrik dijelaskan dengan kata-kata berikut: "Orang asing merusak tempat lahir lampu listrik ... Orang Amerika mencuri penemuan Rusia yang luar biasa ... Edison di Amerika dengan rakus mulai meningkatkan penemuan Rusia ... Ilmuwan asing melumpuhkan lampu listrik yang dibuat oleh orang jenius Rusia ... Imperialis Amerika mempermalukan listrik ... Mengikuti mereka, fasis Yugoslavia merusak lampu listrik ... "- dll., dll. Gema terpisah dari ingatan buruk waktu itu, tampaknya, tetap ada di beberapa buku teks, dan mereka harus dibuang. Seperti yang dikatakan salah satu sejarawan kimia, "Lomonosov cukup hebat untuk tidak mengaitkan penemuan orang lain dengannya."

"Lilinnya menyala..."

Fenomena yang diamati selama pembakaran lilin sedemikian rupa sehingga tidak ada satu hukum alam pun yang tidak akan terpengaruh dengan satu atau lain cara.

Michael Faraday. Sejarah lilin

Cerita ini adalah tentang "investigasi eksperimental". Hal utama dalam kimia adalah eksperimen. Di laboratorium di seluruh dunia, jutaan berbagai eksperimen telah dan terus dilakukan, tetapi sangat jarang bagi seorang peneliti profesional untuk melakukannya seperti yang dilakukan beberapa ahli kimia muda: bagaimana jika sesuatu yang menarik terjadi? Paling sering, peneliti memiliki hipotesis yang dirumuskan dengan jelas, yang ia coba konfirmasi atau bantah secara eksperimental. Tapi sekarang pengalaman sudah berakhir, hasilnya didapat. Jika tidak sesuai dengan hipotesis, maka itu salah (tentu saja, jika percobaan diatur dengan benar dan diulang beberapa kali). Bagaimana jika setuju? Apakah ini berarti hipotesis itu benar dan sudah waktunya untuk memindahkannya ke dalam kategori teori? Seorang peneliti pemula kadang-kadang berpikir demikian, tetapi yang berpengalaman tidak terburu-buru mengambil kesimpulan, tetapi pertama-tama berpikir dengan tegas apakah mungkin untuk menjelaskan hasil yang diperoleh dengan cara lain.

Sejarah kimia mengetahui ribuan contoh bagaimana "pemikiran" seperti itu berguna. Tiga cerita berikutnya hanya membahas betapa berbahayanya mempercayai bahwa eksperimen yang "berhasil" membuktikan kebenaran hipotesis. Terkadang di kelas mereka menunjukkan pengalaman seperti itu. Lingkaran kayu atau busa kecil dibiarkan mengapung di sepiring air, di mana lilin yang menyala dipasang. Sebuah toples kaca terbalik diturunkan ke lingkaran dengan lilin dan ditempatkan di posisi ini di bagian bawah piring. Setelah beberapa saat, lilin padam, dan sebagian toples terisi air. Eksperimen ini seharusnya menunjukkan bahwa hanya seperlima dari udara (oksigen) yang mendukung pembakaran. Memang, pada pandangan pertama sepertinya air telah naik sekitar seperlima, meskipun pengukuran yang lebih akurat biasanya tidak dilakukan. Sepintas, eksperimennya sederhana dan cukup meyakinkan: lagi pula, oksigen di udara memang 21% volume. Namun, dari sudut pandang kimia, tidak semuanya benar. Memang, lilin terbuat dari parafin, dan parafin terdiri dari hidrokarbon jenuh komposisi C n H2 n+2 dengan 18–35 karbon. Persamaan reaksi pembakaran dapat ditulis dalam bentuk umum sebagai berikut: n H2 n +2 + (3 n+ 1)/2 O2 → n CO2 + ( n+ 1)H2O. Karena n besar, maka koefisien di depan oksigen sangat dekat dengan 1,5 n(untuk n= 18 selisih antara (3 n+ +1)/2 dan 1,5 n akan kurang dari 2%, untuk n= 30 itu akan lebih sedikit). Jadi, untuk 1,5 volume oksigen yang dikonsumsi, 1 volume CO2 dilepaskan. Oleh karena itu, bahkan jika semua oksigen dari kaleng (volumenya 0,21 di sana) habis, maka sebagai gantinya, setelah pembakaran, 0,21: 1,5 = 0,14 volume karbon dioksida harus dilepaskan. Ini berarti air tidak boleh mengisi seperlima dari toples sama sekali!

Tapi apakah alasan ini benar? Bagaimanapun, karbon dioksida, seperti yang Anda tahu, sangat larut dalam air. Mungkin itu semua akan "masuk ke air"? Namun, proses melarutkan gas ini sangat lambat. Ini ditunjukkan oleh eksperimen khusus: air murni dalam toples terbalik yang diisi dengan CO2 hampir tidak naik dalam satu jam. Eksperimen dengan lilin berlangsung kurang dari satu menit, oleh karena itu, bahkan jika oksigen benar-benar habis, air harus masuk ke dalam tabung hanya dengan 0,21 - 0,1 = 0,07 volumenya (sekitar 7%).

Tapi itu tidak semua. Ternyata lilin "membakar" di dalam toples tidak semua oksigen, tetapi hanya sebagian kecil saja. Analisis udara di mana lilin padam menunjukkan bahwa itu masih mengandung 16% oksigen (yang menarik, kandungan oksigen dalam pernafasan manusia normal menurun ke tingkat yang sama). Ini berarti air tidak boleh masuk ke dalam toples sama sekali! Namun, pengalaman menunjukkan bahwa tidak demikian. Bagaimana menjelaskannya?

Asumsi paling sederhana: lilin yang menyala memanaskan udara, volumenya meningkat, dan sebagian udara keluar dari toples. Setelah mendinginkan udara di dalam toples (ini terjadi cukup cepat), tekanan di dalamnya berkurang, dan air masuk ke dalam toples di bawah aksi tekanan atmosfer eksternal. Sesuai dengan hukum gas ideal (dan udara dalam pendekatan pertama dapat dianggap sebagai gas ideal), agar volume udara meningkat 1/5, suhunya (mutlak) juga harus meningkat 1/5, yaitu meningkat dari 293 K (20 ° C) menjadi 1,2 293 = 352 K (sekitar 80 ° C). Tidak begitu banyak! Pemanasan udara dengan nyala lilin pada 60 ° sangat mungkin. Tetap hanya untuk memeriksa secara eksperimental apakah udara keluar dari toples selama percobaan.

Percobaan pertama, bagaimanapun, tampaknya tidak mengkonfirmasi asumsi ini. Jadi, dalam serangkaian percobaan yang dilakukan dengan toples bermulut lebar dengan volume 0,45 l, tidak ada tanda-tanda "gurgling" udara dari bawah tepi toples. Pengamatan tak terduga lainnya: air dalam toples, saat lilin menyala, hampir tidak masuk.

Dan hanya setelah lilin padam, ketinggian air dalam toples terbalik dengan cepat naik. Bagaimana menjelaskannya?

Dapat diasumsikan bahwa ketika lilin menyala, udara di dalam toples memanas, tetapi pada saat yang sama, bukan volumenya yang meningkat, tetapi tekanan, yang mencegah air tersedot. Setelah pembakaran berhenti, udara di dalam toples menjadi dingin, tekanannya turun, dan airnya naik. Namun, penjelasan ini tidak cocok. Pertama, air bukanlah merkuri berat, yang akan mencegah udara keluar dari toples dengan sedikit peningkatan tekanan. (Semua fisikawan dan ahli kimia yang mempelajari gas pernah menggunakan kunci merkuri.) Memang, air 13,6 kali lebih ringan dari merkuri, dan ketinggian kunci air antara tepi toples dan ketinggian air di piring kecil. Oleh karena itu, bahkan sedikit peningkatan tekanan pasti akan menyebabkan udara "menggelembung" melalui katup.

Keberatan kedua bahkan lebih serius. Bahkan jika tingkat air di piring lebih tinggi dan air tidak akan melepaskan udara panas di bawah tekanan tinggi dari tabung, maka setelah udara di tabung mendingin, baik suhu dan tekanannya akan kembali ke nilai aslinya. Jadi tidak akan ada alasan bagi udara untuk masuk ke dalam toples.

Teka-teki itu dipecahkan hanya dengan mengubah detail kecil selama percobaan. Biasanya toples tersebut “dipasang” di atas lilin. Jadi, mungkin ini alasan perilaku aneh udara di bank? Lilin yang menyala menciptakan aliran udara panas ke atas, dan saat toples bergerak dari atas, udara panas menggantikan udara yang lebih dingin dari toples sebelum ujung toples menyentuh air. Setelah itu, suhu udara di dalam toples, saat lilin menyala, sedikit berubah, sehingga udara tidak keluar (dan juga tidak masuk). Dan setelah penghentian pembakaran dan pendinginan udara panas di dalam toples, tekanan di dalamnya berkurang secara nyata, dan tekanan atmosfer eksternal mendorong sebagian air ke dalam toples.

Untuk menguji asumsi ini, dalam beberapa percobaan, toples "dipasang" di atas lilin bukan dari atas, tetapi dari samping, hampir menyentuh tepi api ke toples, setelah itu, dengan gerakan cepat ke bawah, toples diletakkan di bagian bawah piring. Dan segera dari bawah tepi toples, gelembung udara mulai muncul dengan cepat! Secara alami, setelah lilin berhenti menyala, air tersedot ke dalam - kira-kira pada tingkat yang sama seperti pada percobaan sebelumnya.

Jadi eksperimen dengan lilin ini sama sekali tidak dapat menggambarkan komposisi udara. Tapi dia mengulangi kata bijak fisikawan hebat, yang ditampilkan dalam prasasti.

Semakin mendekati keseimbangan...

Mari kita pertimbangkan satu lagi penjelasan yang salah tentang eksperimen, di mana gas juga dipanaskan. Penjelasan ini telah menemukan jalannya ke artikel kimia populer dan bahkan buku teks perguruan tinggi. Jadi, dalam sejumlah buku teks asing tentang kimia umum, eksperimen yang indah dijelaskan, yang intinya akan kami ilustrasikan dengan kutipan dari buku teks Noel Waite "Chemical Kinetics". Metode relaksasi. Metode Eigen, yang diberikan kepada penulis pada tahun 1967 Penghargaan Nobel dalam kimia, disebut metode relaksasi. Sistem yang bereaksi mencapai keadaan setimbang dalam kondisi tertentu. Kondisi ini (suhu, tekanan, medan listrik) kemudian dengan cepat dilanggar - lebih cepat dari kesetimbangan bergeser. Sistem kembali mencapai keseimbangan, tetapi sekarang dalam kondisi baru; ini disebut "bersantai ke posisi keseimbangan baru". Saat relaksasi sedang berlangsung, perubahan dalam beberapa properti sistem dipantau...

Eksperimen yang mendemonstrasikan fenomena relaksasi.

Dalam beberapa kasus, keadaan kesetimbangan terbentuk begitu lambat dalam kondisi baru sehingga perubahan konsentrasi dapat diikuti dengan bantuan peralatan laboratorium biasa dan dengan demikian fenomena relaksasi dapat diamati. Sebagai contoh, perhatikan transisi nitrogen dioksida (gas coklat tua) ke dimer (gas tak berwarna):

Isi spuit gas kaca dengan sekitar 80 cm3 gas. Tekan plunger spuit dengan cepat dan tekan gas hingga 50-60 cm3. Pastikan bahwa warna gas telah berubah. Gas awalnya akan menjadi gelap dengan cepat ketika konsentrasi NO2 meningkat, tetapi kemudian perlahan-lahan menjadi jernih tekanan tinggi berkontribusi pada pembentukan N2O4, dan keseimbangan akan tercapai di bawah kondisi eksternal baru.

Dalam sejumlah buku teks, deskripsi serupa diberikan untuk menggambarkan prinsip Le Chatelier: dengan meningkatnya tekanan gas, kesetimbangan bergeser ke arah penurunan jumlah molekul, dalam hal ini menuju dimer N2O4 yang tidak berwarna. Teks tersebut disertai dengan tiga foto berwarna. Mereka menunjukkan bagaimana, segera setelah kompresi, campuran coklat kekuningan yang awalnya menjadi coklat tua, dan pada foto ketiga, diambil setelah beberapa menit, campuran gas dalam jarum suntik menjadi cerah.

Terkadang ditambahkan bahwa piston harus ditekan secepat mungkin agar keseimbangan tidak sempat bergerak selama ini.

Sekilas, penjelasan ini terlihat sangat meyakinkan. Namun, pemeriksaan kuantitatif proses dalam jarum suntik sepenuhnya menyangkal semua kesimpulan. Faktanya adalah bahwa keseimbangan yang ditunjukkan antara nitrogen dioksida NO2 dan dimernya (nitrogen tetroksida) N2O4 terbentuk dengan sangat cepat: dalam sepersejuta detik! Oleh karena itu, tidak mungkin untuk memampatkan gas di dalam spuit lebih cepat dari keseimbangan ini. Bahkan jika Anda menggerakkan piston di "jarum suntik" baja dengan bantuan ledakan, keseimbangan kemungkinan besar akan memiliki waktu untuk ditetapkan saat piston bergerak karena inersianya. Bagaimana lagi fenomena yang diamati dalam percobaan ini dijelaskan? Tentu saja, penurunan volume dan peningkatan konsentrasi gas yang sesuai menyebabkan peningkatan warna. Tapi bukan ini alasan utama. Siapa pun yang telah menggembungkan ban dalam sepeda dengan pompa tangan tahu bahwa pompa (terutama yang berbahan aluminium) menjadi sangat panas. Gesekan piston pada tabung pompa tidak ada hubungannya dengan itu - ini mudah untuk memverifikasi dengan membuat beberapa ayunan idle ketika udara di dalam pompa tidak dikompresi. Pemanasan terjadi sebagai akibat dari apa yang disebut kompresi adiabatik - ketika panas tidak punya waktu untuk menghilang di ruang sekitarnya. Ini berarti bahwa ketika campuran nitrogen oksida dikompresi, ia juga harus memanas. Dan ketika dipanaskan, kesetimbangan dalam campuran ini bergeser kuat ke arah dioksida.

Seberapa panas campuran itu ketika dikompresi? Dalam kasus kompresi udara di pompa, pemanasan dapat dengan mudah dihitung menggunakan persamaan adiabatik untuk gas ideal: televisi-1 = konstanta, di mana T adalah suhu gas (dalam kelvin), V adalah volumenya, = C p / CV adalah perbandingan antara kapasitas panas suatu gas pada tekanan konstan dengan kapasitas panas pada volume konstan. Untuk gas monoatomik (mulia), = 1,66, untuk diatomik (udara juga milik mereka) = 1,40, untuk triatomik (misalnya, untuk NO2) = 1,30, dll. Persamaan adiabatik untuk udara, dapat dimampatkan dari volume 1 ke volume 2 dapat ditulis ulang sebagai T 2/ T 1 = (V 1/ V 2)γ-1. Jika piston didorong tajam ke tengah pompa, ketika volume udara di dalamnya menjadi setengahnya, maka untuk rasio suhu sebelum dan sesudah kompresi kita memperoleh persamaan T 2/ T 1 = = 20,4 = 1,31. Dan jika T 1 \u003d 293 K (20 ° C), lalu T 2 = 294 K (111 ° C)!

Tidak mungkin langsung menerapkan persamaan gas ideal untuk menghitung keadaan campuran nitrogen oksida segera setelah kompresi, karena dalam proses ini tidak hanya volume, tekanan dan perubahan suhu, tetapi juga jumlah mol (rasio NO2 N2O4) selama reaksi kimia. Masalahnya hanya dapat diselesaikan dengan integrasi numerik dari persamaan diferensial, yang memperhitungkan bahwa pekerjaan yang dilakukan pada setiap momen oleh piston yang bergerak dihabiskan, di satu sisi, untuk memanaskan campuran, di sisi lain, untuk disosiasi. dari dimer. Diasumsikan bahwa energi disosiasi N2O4, kapasitas panas kedua gas, nilai untuk mereka, dan ketergantungan posisi kesetimbangan pada suhu diketahui (semua ini adalah data tabular). Perhitungan menunjukkan bahwa jika campuran awal gas pada tekanan atmosfer dan suhu kamar dengan cepat dikompresi hingga setengah volume, maka campuran akan memanas hanya 13 °C. Jika Anda mengompres campuran hingga penurunan volume tiga kali lipat, suhu akan meningkat sebesar 21 ° C. Dan bahkan sedikit pemanasan campuran sangat menggeser posisi kesetimbangan ke arah disosiasi N2O4.

Dan kemudian hanya ada pendinginan lambat campuran gas, yang menyebabkan pergeseran lambat yang sama dari kesetimbangan menuju N2O4 dan melemahnya warna, yang diamati dalam percobaan. Laju pendinginan tergantung pada bahan dinding jarum suntik, ketebalannya dan kondisi pertukaran panas lainnya dengan udara di sekitarnya, seperti angin di dalam ruangan. Adalah penting bahwa dengan pergeseran bertahap kesetimbangan ke kanan, menuju N2O4, dimerisasi molekul NO2 terjadi dengan pelepasan panas, yang mengurangi laju pendinginan campuran (mirip dengan pembekuan air di reservoir besar di awal musim dingin tidak memungkinkan suhu udara turun dengan cepat).

Mengapa tidak ada peneliti yang merasakan panasnya jarum suntik ketika mereka mendorong plunger ke dalam? Jawabannya sangat sederhana. Kapasitas panas campuran gas dan kaca (per satuan massa) tidak berbeda jauh. Tapi massa piston kaca puluhan dan terkadang ratusan kali lebih tinggi dari massa gas. Oleh karena itu, bahkan jika semua panas dari campuran gas pendingin dipindahkan ke dinding spuit, dinding ini akan memanas hanya dengan sebagian kecil derajat.

Sistem yang dipertimbangkan dengan keseimbangan antara dua nitrogen oksida juga penting secara praktis. Pada tekanan rendah, campuran NO2 dan N2O4 mudah mencair. Hal ini memungkinkan untuk menggunakannya sebagai pendingin yang efektif, meskipun aktivitas kimianya tinggi dan efek korosifnya pada peralatan. Tidak seperti air, yang, ketika menerima energi panas, misalnya, dari reaktor nuklir, menjadi sangat panas dan bahkan dapat menguap, transfer panas ke campuran nitrogen oksida terutama tidak mengarah pada pemanasannya, tetapi pada reaksi kimia - pemutusan ikatan N-N dalam molekul N2O4. Memang, memutuskan ikatan N-N dalam satu mol zat (92 g) tanpa pemanasan membutuhkan energi 57,4 kJ. Jika energi tersebut ditransfer ke 92 g air pada suhu 20 ° C, maka 30,8 kJ akan memanaskan air hingga mendidih, dan sisa 26,6 kJ akan menyebabkan penguapan sekitar 11 g air! Dalam kasus nitrogen oksida, campuran tidak terlalu panas, di tempat yang lebih dingin dari instalasi campuran yang bersirkulasi mendingin sedikit, kesetimbangan bergeser ke arah N2O4, dan campuran siap menerima panas lagi.

Serangkaian aktivitas elektrokimia logam (rentang tegangan, kisaran potensial elektroda standar) - urutan di mana logam disusun menurut kenaikan potensial elektrokimia standarnya 0 sesuai dengan setengah reaksi reduksi kation logam Me n+ : Me n+ + nē → Me

Sejumlah tekanan mencirikan aktivitas komparatif logam dalam reaksi redoks dalam larutan berair.

Cerita

Urutan logam dalam urutan perubahan aktivitas kimianya dalam umumnya sudah diketahui oleh para alkemis. Proses perpindahan timbal balik logam dari larutan dan pengendapan permukaannya (misalnya, perpindahan perak dan tembaga dari larutan garamnya oleh besi) dianggap sebagai manifestasi dari transmutasi unsur.

Kemudian para alkemis hampir memahami sisi kimia dari pengendapan timbal balik logam dari larutan mereka. Jadi, Angelus Sala dalam bukunya Anatomia Vitrioli (1613) sampai pada kesimpulan bahwa produk reaksi kimia terdiri dari "komponen" yang sama yang terkandung dalam zat aslinya. Selanjutnya, Robert Boyle mengajukan hipotesis tentang alasan mengapa satu logam menggantikan yang lain dari larutan, berdasarkan representasi sel.

Di era pembentukan kimia klasik, kemampuan unsur untuk saling menggantikan dari senyawa menjadi aspek penting dalam memahami reaktivitas. J. Berzelius, berdasarkan teori afinitas elektrokimia, membangun klasifikasi unsur, membaginya menjadi "metaloid" (sekarang istilah "non-logam" digunakan) dan "logam" dan menempatkan hidrogen di antara mereka.

Urutan logam menurut kemampuannya untuk menggantikan satu sama lain, yang telah lama diketahui oleh ahli kimia, dipelajari secara menyeluruh dan komprehensif dan dilengkapi oleh N. N. Beketov pada tahun 1860-an dan tahun-tahun berikutnya. Sudah pada tahun 1859, ia membuat laporan di Paris dengan topik "Penelitian tentang fenomena perpindahan beberapa elemen oleh yang lain." Dalam karya ini, Beketov memasukkan sejumlah generalisasi tentang hubungan antara perpindahan timbal balik elemen dan berat atomnya, menghubungkan proses ini dengan " sifat kimia asli dari unsur-unsur - apa yang disebut afinitas kimia» . Penemuan Beketov tentang perpindahan logam dari larutan garamnya oleh hidrogen di bawah tekanan dan studi tentang aktivitas pengurangan aluminium, magnesium dan seng pada suhu tinggi (metallothermy) memungkinkannya mengajukan hipotesis tentang hubungan antara kemampuan beberapa unsur untuk menggantikan yang lain dari senyawa dengan kerapatannya: lebih ringan zat sederhana mampu menggusur yang lebih berat (oleh karena itu, seri ini sering juga disebut Seri perpindahan Beketov, atau sederhananya Seri Beketov).

Tanpa menyangkal manfaat signifikan Beketov dalam pengembangan ide-ide modern tentang jumlah aktivitas logam, itu harus dianggap keliru yang berlaku di populer dan domestik domestik. sastra pendidikan gagasan dia sebagai satu-satunya pencipta seri ini. Banyak data eksperimen yang diperoleh pada akhir abad ke-19 membantah hipotesis Beketov. Dengan demikian, William Odling menggambarkan banyak kasus "pembalikan aktivitas". Misalnya, tembaga menggantikan timah dari larutan asam pekat SnCl 2 dan timbal dari larutan asam PbCl 2; itu juga mampu larut dalam asam klorida pekat dengan pelepasan hidrogen. Tembaga, timah, dan timah berada di deretan di sebelah kanan kadmium, namun, mereka dapat menggantikannya dari larutan CdCl 2 yang sedikit diasamkan mendidih.

Pesatnya perkembangan kimia fisika teoritis dan eksperimental menunjukkan alasan lain untuk perbedaan aktivitas kimia logam. Dengan perkembangan konsep elektrokimia modern (terutama dalam karya Walter Nernst), menjadi jelas bahwa urutan ini sesuai dengan "rangkaian tegangan" - susunan logam sesuai dengan nilai potensial elektroda standar. Jadi, alih-alih karakteristik kualitatif - "kecenderungan" logam dan ionnya untuk reaksi tertentu - Nerst memperkenalkan nilai kuantitatif yang tepat yang mencirikan kemampuan setiap logam untuk masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion, dan juga direduksi dari ion menjadi logam pada elektroda, dan deret yang sesuai diberi nama sejumlah potensial elektroda standar.

Landasan teori

Nilai potensial elektrokimia adalah fungsi dari banyak variabel dan oleh karena itu menunjukkan ketergantungan yang kompleks pada posisi logam dalam sistem periodik. Dengan demikian, potensi oksidasi kation meningkat dengan peningkatan energi atomisasi logam, dengan peningkatan potensi ionisasi total atomnya, dan dengan penurunan energi hidrasi kationnya.

Dalam bentuk yang paling umum, jelas bahwa logam pada awal periode dicirikan oleh nilai potensial elektrokimia yang rendah dan menempati tempat di sisi kiri rangkaian tegangan. Pada saat yang sama, pergantian logam alkali dan alkali tanah mencerminkan fenomena kesamaan diagonal. Logam yang terletak lebih dekat ke tengah periode dicirikan oleh nilai potensial yang besar dan menempati tempat di paruh kanan deret. Peningkatan potensial elektrokimia yang konsisten (dari -3.395 V untuk sepasang Eu 2+ /Eu [ ] menjadi +1,691 V untuk pasangan Au + /Au) mencerminkan penurunan aktivitas reduksi logam (kemampuan untuk menyumbangkan elektron) dan peningkatan kemampuan pengoksidasi kationnya (kemampuan untuk mengikat elektron). Jadi, zat pereduksi terkuat adalah logam europium, dan zat pengoksidasi terkuat adalah kation emas Au+.

Hidrogen secara tradisional termasuk dalam seri tegangan, karena pengukuran praktis potensial elektrokimia logam dilakukan dengan menggunakan elektroda hidrogen standar.

Penggunaan praktis dari berbagai voltase

Sejumlah voltase digunakan dalam praktik untuk penilaian [relatif] komparatif dari aktivitas kimia logam dalam reaksi dengan larutan garam dan asam dalam air dan untuk menilai proses katodik dan anodik selama elektrolisis:

• Logam di sebelah kiri hidrogen adalah zat pereduksi yang lebih kuat daripada logam di sebelah kanan: mereka menggantikan yang terakhir dari larutan garam. Misalnya, interaksi Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu hanya dimungkinkan dalam arah maju.
• Logam di baris di sebelah kiri hidrogen menggantikan hidrogen ketika berinteraksi dengan larutan berair asam non-pengoksidasi; logam paling aktif (hingga dan termasuk aluminium) - dan saat berinteraksi dengan air.
• Logam di baris di sebelah kanan hidrogen tidak berinteraksi dengan larutan berair asam non-pengoksidasi dalam kondisi normal.
• Selama elektrolisis, logam di sebelah kanan hidrogen dilepaskan di katoda; pengurangan logam dengan aktivitas sedang disertai dengan pelepasan hidrogen; logam yang paling aktif (hingga aluminium) tidak dapat diisolasi dari larutan garam dalam air dalam kondisi normal.

Tabel potensial elektrokimia logam

Logam	Kation	0, V	Reaktivitas	Elektrolisis (di katoda):
	Li+	-3,0401	bereaksi dengan air	hidrogen dilepaskan
	Cs +	-3,026
	Rb+	-2,98
	K+	-2,931
	F+	-2,92
	Ra2+	-2,912
	Ba 2+	-2,905
	Sr2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	UE 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	Sm2+	-2,68
	Md2+	-2,40	bereaksi dengan larutan asam dalam air
	La 3+	-2,379
	Y 3+	-2,372
	Mg2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Pr3+	-2,353
	Nd 3+	-2,323
	Eh 3+	-2,331
	Ho 3+	-2,33
	Tm3+	-2,319
	Sm3+	-2,304
	Pm 3+	-2,30
	Fm 2+	-2,30
	Hari 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	Tb3+	-2,28
	Gd 3+	-2,279
	Es 2+	-2,23
	AC3+	-2,20
	Hari 2+	-2,2
	Pm 2+	-2,2
	cf2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	Saya 3+	-2,048
	cm3+	-2,04
	Pu3+	-2,031
	Eh 2+	-2,0
	Pr2+	-2,0
	UE 3+	-1,991
	Lr 3+	-1,96
	lih 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Th4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np3+	-1,856
	Jadilah 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	Md 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		reaksi bersaing: evolusi hidrogen dan evolusi logam murni
	hf 4+	-1,55
	Zr4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	no 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn2+	-1,185
	V2+	-1,175
	Nb3+	-1,1
	Nb5+	-0,96
	V3+	-0,87
	Cr2+	-0,852
	Zn2+	-0,763
	Cr3+	-0,74
	Ga3+	-0,560