ლითონების ელექტროქიმიური ცხრილი. თანამედროვე მასალების სამყარო - ლითონების ძაბვის ელექტროქიმიური სერია

სექციები: Ქიმია, კონკურსი "პრეზენტაცია გაკვეთილისთვის"

Კლასი: 11

პრეზენტაცია გაკვეთილისთვის

უკან წინ

ყურადღება! სლაიდების გადახედვა მხოლოდ საინფორმაციო მიზნებისთვისაა და შესაძლოა არ წარმოადგენდეს პრეზენტაციის სრულ ნაწილს. თუ გაინტერესებთ ეს ნამუშევარი, გთხოვთ გადმოწეროთ სრული ვერსია.

მიზნები და მიზნები:

• სახელმძღვანელო:ლითონების ქიმიური აქტივობის გათვალისწინება პერიოდულ სისტემაში პოზიციის მიხედვით D.I. მენდელეევი და ლითონების ელექტროქიმიური ძაბვის სერიაში.
• განვითარება:წვლილი შეიტანეთ სმენის მეხსიერების განვითარებაში, ინფორმაციის შედარების, ლოგიკური აზროვნების და მიმდინარე ქიმიური რეაქციების ახსნის უნარში.
• საგანმანათლებლო:უნარის ჩამოყალიბება დამოუკიდებელი მუშაობა, აზრის გონივრულად გამოთქმისა და თანაკლასელების მოსმენის უნარს ვუნერგავთ ბავშვებს პატრიოტიზმის გრძნობას და თანამემამულეებში სიამაყეს.

აღჭურვილობა:კომპიუტერი მედიაპროექტორით, ინდივიდუალური ლაბორატორიები ქიმიური რეაგენტების კომპლექტით, ლითონების ბროლის გისოსების მოდელები.

გაკვეთილის ტიპი: ტექნოლოგიების გამოყენება კრიტიკული აზროვნების განვითარებისთვის.

გაკვეთილების დროს

ᲛᲔ. გამოწვევის ეტაპი.

ცოდნის აქტუალიზაცია თემაზე, შემეცნებითი აქტივობის გაღვიძება.

ბლეფის თამაში: "გჯერა, რომ ...". (სლაიდი 3)

1. PSCE-ში ლითონები იკავებენ ზედა მარცხენა კუთხეს.
2. კრისტალებში ლითონის ატომები დაკავშირებულია მეტალის ბმით.
3. ლითონების ვალენტური ელექტრონები მჭიდროდ არის მიბმული ბირთვთან.
4. ძირითად ქვეჯგუფებში (A) ლითონებს ჩვეულებრივ აქვთ 2 ელექტრონი გარე დონეზე.
5. ჯგუფში ზემოდან ქვემოდან აღინიშნება ლითონების შემცირების თვისებების ზრდა.
6. მჟავებისა და მარილების ხსნარებში ლითონის რეაქტიულობის შესაფასებლად, საკმარისია გადავხედოთ ლითონების ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიას.
7. მჟავებისა და მარილების ხსნარებში ლითონის რეაქტიულობის შესაფასებლად საკმარისია გადავხედოთ D.I.-ს პერიოდულ სისტემას. მენდელეევი

შეკითხვა კლასს?რას ნიშნავს შესვლა? Me 0 - ne -\u003e Me + n(სლაიდი 4)

პასუხი: Me0 - არის შემამცირებელი აგენტი, რაც ნიშნავს, რომ ის ურთიერთქმედებს ჟანგვის აგენტებთან. შემდეგი შეიძლება იმოქმედოს როგორც ოქსიდიზატორი:

1. მარტივი ნივთიერებები (+ O 2, Cl 2, S ...)
2. რთული ნივთიერებები (H 2 O, მჟავები, მარილის ხსნარები ...)

II. ახალი ინფორმაციის გაგება.

როგორც მეთოდოლოგიური ტექნიკა, შემოთავაზებულია საცნობარო სქემის შედგენა.

შეკითხვა კლასს?რა ფაქტორები ახდენს გავლენას ლითონების აღმდგენი თვისებებზე? (სლაიდი 5)

პასუხი:დ.ი.მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში პოზიციიდან ან ლითონების ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიაში.

მასწავლებელი აცნობს ცნებებს: ქიმიური აქტივობა და ელექტროქიმიური აქტივობა.

ახსნა-განმარტების დაწყებამდე ბავშვებს ეწვევა ატომების აქტივობის შედარება რომდა ლიპოზიცია პერიოდულ სისტემაში D.I. მენდელეევი და ამ ელემენტების მიერ წარმოქმნილი მარტივი ნივთიერებების აქტივობა ლითონის ძაბვების ელექტროქიმიურ სერიაში მათი პოზიციის მიხედვით. (სლაიდი 6)

არის წინააღმდეგობა:ტუტე ლითონების პოზიციის შესაბამისად PSCE-ში და ქვეჯგუფში ელემენტების თვისებების ცვლილების შაბლონების მიხედვით, კალიუმის აქტივობა უფრო დიდია, ვიდრე ლითიუმის. ძაბვის სერიაში პოზიციის თვალსაზრისით, ლითიუმი ყველაზე აქტიურია.

ახალი მასალა.მასწავლებელი განმარტავს განსხვავებას ქიმიურ და ელექტროქიმიურ აქტივობას შორის და განმარტავს, რომ ძაბვების ელექტროქიმიური სერია ასახავს ლითონის უნარს გარდაიქმნას ჰიდრატირებულ იონად, სადაც ლითონის აქტივობის საზომია ენერგია, რომელიც შედგება სამი ტერმინისგან (ატომიზაციის ენერგია, იონიზაცია. ენერგია და ჰიდრატაციის ენერგია). მასალას ვწერთ რვეულში. (სლაიდები 7-10)

ერთად წერენ ბლოკნოტში დასკვნა:რაც უფრო მცირეა იონის რადიუსი, მით მეტი ელექტრული ველი იქმნება მის ირგვლივ, მით მეტი ენერგია გამოიყოფა ჰიდრატაციის დროს, შესაბამისად, ამ ლითონის ძლიერი შემცირების თვისებები რეაქციებში.

ისტორიის მითითება:მოსწავლის პრეზენტაცია ბეკეტოვის მიერ ლითონების გადაადგილების სერიის შექმნის შესახებ. (სლაიდი 11)

ლითონების ელექტროქიმიური ძაბვის სერიის მოქმედება შემოიფარგლება მხოლოდ ლითონების რეაქციებით ელექტროლიტური ხსნარებით (მჟავები, მარილები).

შეხსენება:

1. ლითონების აღმდგენი თვისებები მცირდება წყალხსნარებში რეაქციის დროს სტანდარტულ პირობებში (250°C, 1 ატმ.);
2. მეტალი მარცხნივ ანაცვლებს ლითონს ხსნარში მათი მარილების მარჯვნივ;
3. წყალბადისადმი მდგარი ლითონები ანაცვლებენ მას ხსნარში არსებული მჟავებისგან (გარდა: HNO3);
4. მე (ალამდე) + H 2 O -> ტუტე + H 2
   სხვამე (H 2-მდე) + H 2 O -> ოქსიდი + H 2 (მკაცრი პირობები)
   მე (H 2-ის შემდეგ) + H 2 O -> არ რეაგირებს

(სლაიდი 12)

ბავშვებს ეძლევათ შენიშვნები.

Პრაქტიკული სამუშაო:"ლითონების ურთიერთქმედება მარილის ხსნარებთან" (სლაიდი 13)

გააკეთეთ გადასვლა:

• CuSO4 —> FeSO4
• CuSO4 —> ZnSO4

სპილენძისა და ვერცხლისწყლის (II) ნიტრატის ხსნარის ურთიერთქმედების გამოცდილების ჩვენება.

III. ანარეკლი, ჭვრეტა.

ვიმეორებთ: რა შემთხვევაში ვიყენებთ პერიოდულ ცხრილს და რა შემთხვევაში საჭიროა ლითონის ძაბვების სერია. (სლაიდები 14-15).

ვუბრუნდებით გაკვეთილის საწყის კითხვებს. ეკრანზე გამოვყოფთ მე-6 და მე-7 კითხვებს. ვაანალიზებთ რომელი დებულება არ არის სწორი. ეკრანზე - გასაღები (შეამოწმეთ დავალება 1). (სლაიდი 16).

გაკვეთილის შეჯამება:

• რა ისწავლე?
• რა შემთხვევაშია შესაძლებელი ლითონების ელექტროქიმიური ძაბვის სერიის გამოყენება?

Საშინაო დავალება: (სლაიდი 17)

1. ფიზიკის კურსიდან გავიმეოროთ „პოტენციალი“ ცნება;
2. დაასრულეთ რეაქციის განტოლება, დაწერეთ ელექტრონული ბალანსის განტოლებები: Cu + Hg (NO 3) 2 →
3. მოცემული ლითონები ( Fe, Mg, Pb, Cu)- გთავაზობთ ექსპერიმენტებს, რომლებიც ადასტურებენ ამ ლითონების მდებარეობას ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიაში.

ვაფასებთ ბლეფის თამაშის შედეგებს, დაფაზე მუშაობას, ზეპირ პასუხებს, კომუნიკაციას, პრაქტიკულ მუშაობას.

გამოყენებული წიგნები:

1. ო.ს. გაბრიელიანი, გ.გ. ლისოვა, ა.გ. ვვედენსკაია "სახელმძღვანელო მასწავლებლისთვის. ქიმიის მე-11 კლასი, II ნაწილი „გამომცემლობა დროფა.
2. ნ.ლ. გლინკას ზოგადი ქიმია.

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

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

ყველაზე რეაქტიული ლითონები მოქმედების რიგით წყალბადამდეა და რაც უფრო მარცხნივ მდებარეობს ლითონი, მით უფრო აქტიურია იგი. ლითონები, რომლებიც წყალბადის გვერდით არიან აქტივობის სერიაში, ითვლება არააქტიურად.

ალუმინის

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

ალუმინი მიეკუთვნება p-ოჯახის ლითონებს. გარეგანი ელექტრონული კონფიგურაცია ენერგიის დონე– 3s 2 3p 1 . თავის ნაერთებში ალუმინი ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას, რომელიც ტოლია "+3".

ალუმინი მიიღება ამ ელემენტის გამდნარი ოქსიდის ელექტროლიზით:

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

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

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

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

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

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

2Al + N 2 = 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)

კალციუმი

თავისუფალ ფორმაში Ca არის მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონი. ჰაერის ზემოქმედებისას ის მყისიერად იფარება მოყვითალო ფენით, რაც ჰაერის შემადგენელ ნაწილებთან მისი ურთიერთქმედების შედეგია. კალციუმი საკმაოდ მყარი ლითონია, აქვს კუბური სახეზე ორიენტირებული ბროლის ბადე.

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

კალციუმი მიიღება გამდნარი მარილების, ყველაზე ხშირად ქლორიდების ელექტროლიზით:

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

კალციუმს შეუძლია წყალში დაშლა ჰიდროქსიდების წარმოქმნით, რომლებიც ავლენენ ძლიერ ძირითად თვისებებს (1), რეაგირებენ ჟანგბადთან (2), წარმოქმნიან ოქსიდებს, ურთიერთქმედებენ არალითონებთან (3-8), იხსნება მჟავებში (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)

რკინა და მისი ნაერთები

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

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

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

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

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

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

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

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

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

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

რკინის (II) მარილები ავლენენ შემცირების აგენტების თვისებებს და გარდაიქმნება რკინის (III) ნაერთებად.

რკინის ოქსიდი (III) არ მიიღება ჟანგბადში რკინის წვის შედეგად, მის მისაღებად საჭიროა რკინის სულფიდების დაწვა ან რკინის სხვა მარილების კალცინატი:

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

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

რკინის (III) ნაერთები ავლენენ სუსტ ჟანგვის თვისებებს და შეუძლიათ შეაღწიონ OVR-ში ძლიერი შემცირების აგენტებით:

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

რკინისა და ფოლადის წარმოება

ფოლადები და თუჯები რკინის შენადნობებია ნახშირბადთან ერთად, ხოლო ნახშირბადის შემცველობა ფოლადში 2%-მდეა, თუჯში 2-4%-მდე. ფოლადები და თუჯები შეიცავს შენადნობ დანამატებს: ფოლადებს - Cr, V, Ni და თუჯს - Si.

არსებობს სხვადასხვა სახის ფოლადები, ამიტომ მათი დანიშნულების მიხედვით განასხვავებენ სტრუქტურულ, უჟანგავი, ხელსაწყოების, თბოგამძლე და კრიოგენულ ფოლადებს. ქიმიური შემადგენლობის მიხედვით განასხვავებენ ნახშირბადს (დაბალი, საშუალო და მაღალი ნახშირბადის) და შენადნობს (დაბალი, საშუალო და მაღალი შენადნობი). სტრუქტურის მიხედვით განასხვავებენ ავსტენიტურ, ფერიტულ, მარტენზიტულ, პერლიტურ და ბაინიტურ ფოლადებს.

ფოლადებმა იპოვეს გამოყენება ეროვნული ეკონომიკის ბევრ სექტორში, როგორიცაა სამშენებლო, ქიმიური, ნავთობქიმიური, გარემოს დაცვა, სატრანსპორტო ენერგია და სხვა ინდუსტრიები.

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

თუჯის გამოყენების სფეროები ფართოა - მხატვრული დეკორაციები (ღობეები, კარიბჭე), სხეულის ნაწილები, სანტექნიკა, საყოფაცხოვრებო ნივთები (ტაფები) დამზადებულია თუჯისგან, იგი გამოიყენება საავტომობილო ინდუსტრიაში.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ვარჯიში	მაგნიუმის და ალუმინის შენადნობი, რომლის წონა იყო 26,31 გ, იხსნება მარილმჟავაში. ამ შემთხვევაში 31.024 ლიტრი უფერო აირი გამოიცა. განსაზღვრეთ ლითონების მასური ფრაქციები შენადნობაში.
გამოსავალი	ორივე ლითონს შეუძლია რეაგირება მარილმჟავასთან, რის შედეგადაც წყალბადი გამოიყოფა: Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2 2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2 იპოვნეთ გამოთავისუფლებული წყალბადის მოლების საერთო რაოდენობა: v(H 2) \u003d V (H 2) / V m v (H 2) \u003d 31.024 / 22.4 \u003d 1.385 მოლი Mg ნივთიერების რაოდენობა იყოს x mol, ხოლო Al იყოს y mol. შემდეგ, რეაქციის განტოლებაზე დაყრდნობით, შეგვიძლია დავწეროთ გამონათქვამი წყალბადის მოლების საერთო რაოდენობისთვის: x + 1.5y = 1.385 ჩვენ გამოვხატავთ ლითონების მასას ნარევში: შემდეგ ნარევის მასა გამოიხატება განტოლებით: 24x + 27y = 26.31 ჩვენ მივიღეთ განტოლების სისტემა: x + 1.5y = 1.385 24x + 27y = 26.31 მოდი მოვაგვაროთ: 33.24 -36y + 27y \u003d 26.31 v(Al) = 0,77 მოლი ვ(მგ) = 0.23 მოლი შემდეგ, ლითონების მასა ნარევში: მ (მგ) \u003d 24 × 0,23 \u003d 5,52 გ მ(Al) \u003d 27 × 0.77 \u003d 20.79 გ იპოვეთ ლითონების მასური წილადები ნარევში: ώ =m(Me)/m ჯამი ×100% ώ(მგ) = 5,52 / 26,31 × 100% = 20,98% ώ(Al) = 100 - 20.98 = 79.02%
უპასუხე	ლითონების მასური ფრაქციები შენადნობაში: 20,98%, 79,02%

ყურადღება! ქვემოთ მოცემული აღწერა არის საცნობარო მასალა, ის არ არის ჩამოთვლილი ამ ვინილის სქემაში!

ლითონების ელექტროქიმიის მცირე კურსი

ჩვენ უკვე გავეცანით ტუტე ლითონის ქლორიდების ხსნარების ელექტროლიზს და ლითონების წარმოებას დნობის გამოყენებით. ახლა ვცადოთ რამდენიმე მარტივი ექსპერიმენტი, რათა შევისწავლოთ წყალხსნარების, გალვანური უჯრედების ელექტროქიმიის ზოგიერთი კანონი და ასევე გავეცნოთ დამცავი გალვანური საფარის წარმოებას.
ელექტროქიმიური მეთოდები გამოიყენება თანამედროვე ანალიტიკურ ქიმიაში და ემსახურება თეორიულ ქიმიაში ყველაზე მნიშვნელოვანი რაოდენობების განსაზღვრას.
და ბოლოს, ლითონის ობიექტების კოროზია, რომელიც დიდ ზიანს აყენებს ეროვნულ ეკონომიკას, უმეტეს შემთხვევაში ელექტროქიმიური პროცესია.

ლითონების ძაბვის დიაპაზონი

ელექტროქიმიური პროცესების გაგების ფუნდამენტური რგოლი არის ლითონების ძაბვის სერია. ლითონები შეიძლება განლაგდეს ზედიზედ, რომელიც იწყება რეაქტიული და მთავრდება ყველაზე ნაკლებად რეაქტიული კეთილშობილური ლითონებით:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
ასეა, უახლესი იდეების მიხედვით, ძაბვის სერია ყველაზე მნიშვნელოვანი ლითონებისა და წყალბადისთვის. თუ გალვანური უჯრედის ელექტროდები მზადდება მწკრივის ნებისმიერი ორი ლითონისგან, მაშინ უარყოფითი ძაბვა გამოჩნდება მწკრივის წინა მასალაზე.
ძაბვის მნიშვნელობა ( ელექტროქიმიური პოტენციალი) დამოკიდებულია ელემენტის პოზიციაზე ძაბვის სერიაში და ელექტროლიტის თვისებებზე.
ჩვენ დავადგინებთ ძაბვის სერიის არსს რამდენიმე მარტივი ექსპერიმენტიდან, რისთვისაც გვჭირდება დენის წყარო და ელექტრული საზომი ხელსაწყოები.

ლითონის საფარები, "ხეები" და "ყინულის ნიმუშები" დენის გარეშე

100 მლ წყალში გავხსნათ დაახლოებით 10 გ კრისტალური სპილენძის სულფატი და ჩავუღრმავოთ ხსნარში ფოლადის ნემსი ან რკინის ფურცლის ნაჭერი. (გირჩევთ, უთო ჯერ ბზინვარებამდე გაიწმინდოთ თხელი ზუმფარის ქსოვილით.) მცირე ხნის შემდეგ რკინა დაიფარება გამოთავისუფლებული სპილენძის მოწითალო ფენით. უფრო აქტიური რკინა აშორებს სპილენძს ხსნარიდან, რკინა იხსნება იონების სახით და სპილენძი გამოიყოფა ლითონის სახით. პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ხსნარი რკინასთან არის კონტაქტში. როგორც კი სპილენძი დაფარავს რკინის მთელ ზედაპირს, ის პრაქტიკულად გაჩერდება. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება საკმაოდ ფოროვანი სპილენძის ფენა, ასე რომ დამცავი საფარის მიღება შეუძლებელია დენის გამოყენების გარეშე.
შემდეგ ექსპერიმენტებში ჩვენ ჩავსვამთ თუთიისა და ტყვიის კალის პატარა ზოლებს სპილენძის სულფატის ხსნარში. 15 წუთის შემდეგ ამოიღეთ, ჩამოიბანეთ და დაათვალიერეთ მიკროსკოპის ქვეშ. ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ ლამაზი, ყინულის მსგავსი ნიმუშები, რომლებიც წითელია არეკლილი შუქით და შედგება განთავისუფლებული სპილენძისგან. აქაც უფრო აქტიურმა ლითონებმა გადაიტანეს სპილენძი იონურიდან მეტალურ მდგომარეობაში.
თავის მხრივ, სპილენძს შეუძლია გადაანაცვლოს ლითონები, რომლებიც უფრო დაბალია ძაბვის სერიაში, ანუ ნაკლებად აქტიურია. სპილენძის ფურცლის თხელ ზოლზე ან გაბრტყელებულზე სპილენძის მავთულის(წინასწარ გაიწმინდეთ ზედაპირი ბზინვარებამდე), დაასხით რამდენიმე წვეთი ვერცხლის ნიტრატის ხსნარი. შეუიარაღებელი თვალით შესაძლებელი იქნება წარმოქმნილი მოშავო საფარის შემჩნევა, რომელიც არეკლილი სინათლეზე მიკროსკოპის ქვეშ თხელ ნემსებსა და მცენარეულ ნიმუშებს (ე.წ. დენდრიტებს) ჰგავს.
თუთიის დენის გარეშე იზოლირებისთვის საჭიროა უფრო აქტიური ლითონის გამოყენება. თუ არ ჩავთვლით ლითონებს, რომლებიც ძალადობრივად ურთიერთქმედებენ წყალთან, ჩვენ ვპოულობთ მაგნიუმს თუთიის ზემოთ არსებული სტრესების სერიაში. თუთიის სულფატის ხსნარის რამდენიმე წვეთს ვათავსებთ მაგნიუმის ლენტის ნაჭერზე ან ელექტრონის თხელ ჩიპზე. თუთიის სულფატის ხსნარიჩვენ მას ვიღებთ თუთიის ნაჭერი განზავებულ გოგირდმჟავაში გახსნით. თუთიის სულფატთან ერთად, დაამატეთ რამდენიმე წვეთი დენატურირებული ალკოჰოლი. მაგნიუმზე, ხანმოკლე პერიოდის შემდეგ, ჩვენ ვამჩნევთ, განსაკუთრებით მიკროსკოპის ქვეშ, თუთიას, რომელიც გამოეყო თხელი კრისტალების სახით.
ზოგადად, ძაბვის სერიის ნებისმიერი წევრი შეიძლება იძულებით გამოვიდეს ხსნარიდან, სადაც ის იონის სახითაა და გადავიდეს მეტალის მდგომარეობაში. თუმცა, როდესაც ვცდილობთ ყველა სახის კომბინაციას, შეიძლება იმედგაცრუებული დავრჩეთ. როგორც ჩანს, თუ ალუმინის ზოლი ჩაეფლო სპილენძის, რკინის, ტყვიისა და თუთიის მარილების ხსნარებში, ეს ლითონები უნდა გამოირჩეოდეს მასზე. მაგრამ ეს, თუმცა, არ ხდება. წარუმატებლობის მიზეზი მდგომარეობს არა ძაბვის სერიის შეცდომაში, არამედ ემყარება რეაქციის სპეციალურ დათრგუნვას, რაც ამ შემთხვევაში გამოწვეულია ალუმინის ზედაპირზე თხელი ოქსიდის ფირის გამო. ასეთ ხსნარებში ალუმინს პასიური ეწოდება.

მოდი, სცენის მიღმა გავიხედოთ

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

მე 1 + მე 2 2+ = მე 1 2+ + მე 2

უფრო მეტიც, პირველი ექსპერიმენტისთვის Me 1 = Fe, Me 2 = Сu.
ამრიგად, პროცესი მოიცავს მუხტების (ელექტრონების) გაცვლას ორივე ლითონის ატომებსა და იონებს შორის. თუ ცალკე განვიხილავთ (როგორც შუალედური რეაქციები) რკინის დაშლა ან სპილენძის ნალექი, მივიღებთ:

Fe = Fe 2+ + 2 ე --

Сu 2+ + 2 ე--= Cu

ახლა განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც ლითონი ჩაეფლო წყალში ან მარილიან ხსნარში, რომლის კატიონთან ცვლა შეუძლებელია ძაბვების სერიაში მისი პოზიციის გამო. ამის მიუხედავად, ლითონი იონის სახით ხსნარში გადადის. ამ შემთხვევაში ლითონის ატომი თმობს ორ ელექტრონს (თუ ლითონი ორვალენტიანია), ხსნარში ჩაძირული ლითონის ზედაპირი ხსნართან მიმართებაში უარყოფითად დამუხტულია და ინტერფეისზე წარმოიქმნება ორმაგი ელექტრული ფენა. ეს პოტენციური განსხვავება ხელს უშლის ლითონის შემდგომ დაშლას, ასე რომ პროცესი მალე შეჩერდება.
თუ ორი განსხვავებული ლითონი ჩაეფლო ხსნარში, მაშინ ისინი ორივე დამუხტული იქნება, მაგრამ ნაკლებად აქტიური არის გარკვეულწილად სუსტი, იმის გამო, რომ მისი ატომები ნაკლებად არიან მიდრეკილნი ელექტრონების გაყოფისკენ.
შეაერთეთ ორივე ლითონი გამტარით. პოტენციური სხვაობის გამო ელექტრონების ნაკადი უფრო აქტიური მეტალიდან ნაკლებად აქტიურზე გადავა, რაც ელემენტის დადებით პოლუსს ქმნის. მიმდინარეობს პროცესი, რომლის დროსაც უფრო აქტიური ლითონი გადადის ხსნარში, ხოლო ხსნარიდან კათიონები გამოიყოფა უფრო კეთილშობილ ლითონზე.

გალვანური უჯრედის არსი

მოდით ახლა რამდენიმე ექსპერიმენტით ავუხსნათ ზემოთ მოყვანილი გარკვეულწილად აბსტრაქტული მსჯელობა (რაც, უფრო მეტიც, უხეში გამარტივებაა).
ჯერ შეავსეთ 250 მლ ტევადობის ჭიქა შუამდე 10%-იანი გოგირდმჟავას ხსნარით და ჩაყარეთ მასში თუთიისა და სპილენძის არც თუ ისე პატარა ნაჭრები. ორივე ელექტროდს ვამაგრებთ ან ვამაგრებთ სპილენძის მავთულს, რომლის ბოლოები არ უნდა ეხებოდეს ხსნარს.
სანამ მავთულის ბოლოები ერთმანეთთან არ არის დაკავშირებული, ჩვენ დავაკვირდებით თუთიის დაშლას, რასაც თან ახლავს წყალბადის გამოყოფა. თუთია, როგორც ძაბვის სერიიდან ჩანს, წყალბადზე უფრო აქტიურია, ამიტომ ლითონს შეუძლია წყალბადის იონური მდგომარეობიდან გადაადგილება. ორივე ლითონი ქმნის ელექტრო ორმაგ ფენას. ელექტროდებს შორის პოტენციური სხვაობის აღმოჩენა ყველაზე ადვილია ვოლტმეტრით. ჩართვაში მოწყობილობის ჩართვისთანავე, ისარი მიუთითებს დაახლოებით 1 ვ, მაგრამ შემდეგ ძაბვა სწრაფად დაეცემა. თუ პატარა ნათურას დააკავშირებთ ელემენტს, რომელიც მოიხმარს ძაბვას 1 ვ, მაშინ ის ანათებს - ჯერ საკმაოდ ძლიერად, შემდეგ კი ბზინვარება სუსტი გახდება.
მოწყობილობის ტერმინალების პოლარობით შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სპილენძის ელექტროდი დადებითი პოლუსია. ამის დამტკიცება შესაძლებელია მოწყობილობის გარეშეც, პროცესის ელექტროქიმიის გათვალისწინებით. მოვამზადოთ სუფრის მარილის გაჯერებული ხსნარი პატარა ჭიქაში ან სინჯარაში, დავამატოთ ფენოლფთალეინის ინდიკატორის დაახლოებით 0,5 მლ სპირტიანი ხსნარი და ჩავუღრმავოთ მავთულით დახურული ორივე ელექტროდი ხსნარში. ნეგატიურ პოლუსთან შეინიშნება ოდნავ მოწითალო შეფერილობა, რაც გამოწვეულია კათოდზე ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წარმოქმნით.
სხვა ექსპერიმენტებში შეიძლება უჯრედში სხვადასხვა წყვილი ლითონების განთავსება და მიღებული ძაბვის განსაზღვრა. მაგალითად, მაგნიუმი და ვერცხლი მისცემს განსაკუთრებით დიდ პოტენციურ განსხვავებას მათ შორის მნიშვნელოვანი მანძილის გამო ძაბვის სერიაში, ხოლო თუთია და რკინა, პირიქით, მისცემს ძალიან მცირეს, ვოლტის მეათედზე ნაკლებს. ალუმინის გამოყენებით ჩვენ პრაქტიკულად ვერ მივიღებთ დენს პასივაციის გამო.
ყველა ამ ელემენტს, ან, როგორც ელექტროქიმიკოსები ამბობენ, სქემებს აქვთ მინუსი, რომ დენის მიღებისას ძაბვა მათზე ძალიან სწრაფად ეცემა. ამიტომ, ელექტროქიმიკოსები ყოველთვის გაზომავენ ძაბვის ნამდვილ მნიშვნელობას დეენერგიულ მდგომარეობაში ძაბვის კომპენსაციის მეთოდის გამოყენებით, ანუ სხვა დენის წყაროს ძაბვასთან შედარებით.
მოდით განვიხილოთ პროცესები სპილენძ-თუთიის ელემენტში უფრო დეტალურად. კათოდზე თუთია გადადის ხსნარში შემდეგი განტოლების მიხედვით:

Zn = Zn2+ + 2 ე --

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

2H + + 2 ე-- \u003d H 2

მცირე ხნის შემდეგ სპილენძი დაიფარება წყალბადის ბუშტების თხელი ფენით. ამ შემთხვევაში, სპილენძის ელექტროდი გადაიქცევა წყალბადის ელექტროდად და პოტენციური განსხვავება შემცირდება. ამ პროცესს ელექტროდის პოლარიზაცია ეწოდება. სპილენძის ელექტროდის პოლარიზაცია შეიძლება აღმოიფხვრას ძაბვის ვარდნის შემდეგ უჯრედში ცოტაოდენი კალიუმის დიქრომატის ხსნარის დამატებით. ამის შემდეგ, ძაბვა კვლავ გაიზრდება, რადგან კალიუმის დიქრომატი წყალბადს წყალში დაჟანგავს. კალიუმის დიქრომატი ამ შემთხვევაში მოქმედებს როგორც დეპოლარიზატორი.
პრაქტიკაში გამოიყენება გალვანური სქემები, რომელთა ელექტროდები არ არის პოლარიზებული, ან სქემები, რომელთა პოლარიზაცია შეიძლება აღმოიფხვრას დეპოლარიზატორების დამატებით.
როგორც არაპოლარიზებული ელემენტის მაგალითი, განვიხილოთ დანიელის ელემენტი, რომელიც ხშირად გამოიყენებოდა წარსულში, როგორც მიმდინარე წყარო. ეს ასევე არის სპილენძ-თუთიის ელემენტი, მაგრამ ორივე ლითონი ჩაეფლო სხვადასხვა ხსნარებში. თუთიის ელექტროდი მოთავსებულია ფოროვან თიხის უჯრედში, რომელიც სავსეა განზავებული (დაახლოებით 20%) გოგირდის მჟავით. თიხის უჯრედი შეჩერებულია დიდ ჭიქაში, რომელიც შეიცავს სპილენძის სულფატის კონცენტრირებულ ხსნარს, ხოლო ბოლოში არის სპილენძის სულფატის კრისტალების ფენა. მეორე ელექტროდი ამ ჭურჭელში არის სპილენძის ფურცლის ცილინდრი.
ეს ელემენტი შეიძლება დამზადდეს შუშის ქილისგან, კომერციულად ხელმისაწვდომი თიხის უჯრედისგან (უკიდურეს შემთხვევაში გამოიყენეთ ყვავილების ქოთანი, დახურეთ ხვრელი ძირში) და შესაბამისი ზომის ორი ელექტროდისგან.
ელემენტის მუშაობის დროს თუთია იხსნება თუთიის სულფატის წარმოქმნით და სპილენძის იონები გამოიყოფა სპილენძის ელექტროდზე. მაგრამ ამავე დროს, სპილენძის ელექტროდი არ არის პოლარიზებული და ელემენტი იძლევა ძაბვას დაახლოებით 1 ვ. სინამდვილეში, თეორიულად, ძაბვა ტერმინალებზე არის 1.10 ვ, მაგრამ დენის აღებისას ჩვენ გავზომავთ ოდნავ დაბალ მნიშვნელობას, იმის გამო. უჯრედის ელექტრული წინააღმდეგობის მიმართ.
თუ დენს არ მოვაცილებთ უჯრედს, უნდა ამოვიღოთ თუთიის ელექტროდი გოგირდმჟავას ხსნარიდან, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში ის დაიშლება და წარმოიქმნება წყალბადი.
მარტივი უჯრედის დიაგრამა, რომელიც არ საჭიროებს ფოროვან დანაყოფის, ნაჩვენებია სურათზე. თუთიის ელექტროდი მდებარეობს შუშის ქილაში ზედა, ხოლო სპილენძის ელექტროდი მდებარეობს ბოლოში. მთელი უჯრედი ივსება ნატრიუმის ქლორიდის გაჯერებული ხსნარით. ქილის ძირში ვასხამთ მუჭა სპილენძის სულფატის კრისტალებს. მიღებული სპილენძის სულფატის კონცენტრირებული ხსნარი ძალიან ნელა ერევა ჩვეულებრივი მარილის ხსნარს. ამიტომ უჯრედის მუშაობის დროს სპილენძის ელექტროდზე გამოიყოფა სპილენძი, ხოლო უჯრედის ზედა ნაწილში სულფატის ან ქლორიდის სახით გაიხსნება თუთია.
ბატარეები ახლა თითქმის მხოლოდ მშრალ უჯრედებს იყენებენ, რომელთა გამოყენება უფრო მოსახერხებელია. მათი წინაპარი არის ლეკლაშეტის ელემენტი. ელექტროდები არის თუთიის ცილინდრი და ნახშირბადის ღერო. ელექტროლიტი არის პასტა, რომელიც ძირითადად შედგება ამონიუმის ქლორიდისგან. თუთია იხსნება პასტაში და წყალბადი გამოიყოფა ნახშირზე. პოლარიზაციის თავიდან ასაცილებლად, ნახშირბადის ღერო ჩაედინება თეთრეულის ჩანთაში ნახშირის ფხვნილისა და პიროლუზიტის ნარევით. ნახშირბადის ფხვნილი ზრდის ელექტროდის ზედაპირს, ხოლო პიროლუზიტი მოქმედებს როგორც დეპოლარიზატორი, ნელა აჟანგებს წყალბადს.
მართალია, პიროლუზიტის დეპოლარიზაციის უნარი უფრო სუსტია, ვიდრე ადრე ნახსენები კალიუმის დიქრომატის. ამიტომ, როდესაც დენი მიიღება მშრალ უჯრედებში, ძაბვა სწრაფად ეცემა. დაიღალა"პოლარიზაციის გამო. მხოლოდ გარკვეული დროის შემდეგ ხდება წყალბადის დაჟანგვა პიროლუზიტით. ამრიგად, ელემენტები" დასვენება“, თუ დენი არ გადიხართ გარკვეული დროით. ეს შევამოწმოთ ფანრის ბატარეაზე, რომელსაც ვუერთებთ ნათურას. ნათურის პარალელურად, ანუ პირდაპირ ტერმინალებთან ვაკავშირებთ ვოლტმეტრს.
თავდაპირველად ძაბვა იქნება დაახლოებით 4,5 ვ. (ყველაზე ხშირად ასეთ ბატარეებში სამი უჯრედი სერიულად არის დაკავშირებული, თითოეულს თეორიული ძაბვა აქვს 1,48 ვ.) გარკვეული პერიოდის შემდეგ ძაბვა დაეცემა, ნათურა დასუსტდება. ვოლტმეტრის წაკითხვით შეგვიძლია ვიმსჯელოთ რამდენი ხანი სჭირდება ბატარეას დასვენება.
განსაკუთრებული ადგილი უკავია რეგენერატორ ელემენტებს, რომლებიც ცნობილია როგორც აკუმულატორები. მათში ხდება შექცევადი რეაქციები და მათი დატენვა შესაძლებელია უჯრედის გამორთვის შემდეგ გარე DC წყაროსთან დაკავშირებით.
ამჟამად, ტყვიის მჟავა ბატარეები ყველაზე გავრცელებულია; მათში ელექტროლიტი არის განზავებული გოგირდის მჟავა, რომელშიც ჩაეფლო ორი ტყვიის ფირფიტა. დადებითი ელექტროდი დაფარულია ტყვიის დიოქსიდით PbO 2, უარყოფითი ელექტროდი არის მეტალის ტყვია. ძაბვა ტერმინალებზე არის დაახლოებით 2,1 ვ. გამონადენის დროს ორივე ფირფიტაზე წარმოიქმნება ტყვიის სულფატი, რომელიც დატენვისას კვლავ იქცევა მეტალის ტყვიად და ტყვიის პეროქსიდად.

მოოქროვილი საფარები

წყლის ხსნარებიდან ლითონების დალექვა ელექტრული დენის დახმარებით არის ელექტროლიტური დაშლის საპირისპირო პროცესი, რომელსაც ჩვენ შევხვდით გალვანური უჯრედების განხილვისას. უპირველეს ყოვლისა, განვიხილოთ სპილენძის ნალექი, რომელიც გამოიყენება სპილენძის კულომეტრში ელექტროენერგიის რაოდენობის გასაზომად.

ლითონი დეპონირდება დენით

თხელი ფურცლის სპილენძის ორი ფირფიტის ბოლოები მოხრილი, ჩვენ მათ ჭიქის მოპირდაპირე კედლებზე ან, უკეთესი, პატარა მინის აკვარიუმზე ვკიდებთ. ჩვენ ვამაგრებთ მავთულს ფირფიტებზე ტერმინალებით.
ელექტროლიტიმოამზადეთ შემდეგი რეცეპტის მიხედვით: 125 გრ კრისტალური სპილენძის სულფატი, 50 გრ კონცენტრირებული გოგირდმჟავა და 50 გრ სპირტი (დენატურირებული სპირტი), დანარჩენი წყალი 1 ლიტრამდე. ამისათვის ჯერ სპილენძის სულფატი გახსენით 500 მლ წყალში, შემდეგ ფრთხილად, მცირე ულუფებით, დაამატეთ გოგირდმჟავა ( გათბობა! სითხემ შეიძლება დაასხას!), შემდეგ დაასხით სპირტი და მიიტანეთ წყალი 1 ლიტრის მოცულობამდე.
მომზადებული ხსნარით ვავსებთ კულომეტრს და წრედში ჩავრთავთ ცვლადი წინააღმდეგობას, ამპერმეტრს და ტყვიის ბატარეას. წინაღობის დახმარებით ვარეგულირებთ დენს ისე, რომ მისი სიმკვრივე იყოს ელექტროდის ზედაპირის 0,02-0,01 ა/სმ 2. თუ სპილენძის ფირფიტას აქვს 50 სმ 2 ფართობი, მაშინ დენის სიძლიერე უნდა იყოს 0,5-1 ა დიაპაზონში.
გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ღია წითელი მეტალის სპილენძი დაიწყებს დალექვას კათოდში (უარყოფითი ელექტროდი), ხოლო სპილენძი გადავა ხსნარში ანოდში (დადებითი ელექტროდი). სპილენძის ფირფიტების გასაწმენდად კულომეტრში დენს გავავლებთ დაახლოებით ნახევარი საათის განმავლობაში. შემდეგ გამოვიღებთ კათოდს, ფრთხილად ვაშრობთ ფილტრის ქაღალდით და ზუსტად ავწონით. უჯრედში ვამონტაჟებთ ელექტროდს, ვხურავთ წრედს რეოსტატით და ვინარჩუნებთ მუდმივ დენს, მაგალითად 1 ა.. ერთი საათის შემდეგ ვხსნით წრეს და ისევ ავწონით გამხმარ კათოდს. მუშაობის საათში 1 ა დენის დროს მისი მასა გაიზრდება 1,18 გ-ით.
ამიტომ 1 ამპერ-საათის ტოლი ელექტროენერგიის რაოდენობა ხსნარში გავლისას შეუძლია 1,18 გ სპილენძის გამოყოფა. ან საერთოდ: გამოთავისუფლებული ნივთიერების რაოდენობა პირდაპირპროპორციულია ხსნარში გავლილი ელექტროენერგიის რაოდენობისა.
იონის 1 ეკვივალენტის გამოსაყოფად საჭიროა ხსნარში გადავიტანოთ ელექტროდენის ოდენობა, რომელიც ტოლია ელექტროდის მუხტის e და ავოგადროს რიცხვის ნამრავლის. ნ A:
e*N A \u003d 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 \u003d 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 ეს მნიშვნელობა მითითებულია სიმბოლოთი ფდა ეწოდა ელექტროლიზის რაოდენობრივი კანონების აღმომჩენის სახელს ფარადეის ნომერი(ზუსტი ღირებულება ფ- 96 498 A * s * mol -1). მაშასადამე, ხსნარიდან მოცემული რაოდენობის ეკვივალენტების გამოყოფა ნ e ხსნარის მეშვეობით, ელექტროენერგიის რაოდენობა ტოლია F*n e A * s * mol -1. Სხვა სიტყვებით,
მე*ტ =F*nე აქ მე- მიმდინარე, ტარის დრო, რომელიც სჭირდება დენს ხსნარში გასავლელად. თავში " ტიტრების საფუძვლები„უკვე ნაჩვენებია ნივთიერების ეკვივალენტთა რაოდენობა ნ e უდრის მოლების რაოდენობის ნამრავლს ექვივალენტური რიცხვით:
ნ e = ნ*ზშესაბამისად:

მე*ტ = F*n*Z

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

მე*ტ =F*m*Z / M

ამ ფორმულის გამოყენებით შეგიძლიათ გამოთვალოთ მიმდინარეობა:

მე = 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

თუ შემოვიტანთ თანაფარდობას ელექტრო სამუშაოებისთვის ველ

ვფოსტა = U*I*tდა ვფოსტა / უ = მე*ტ

მაშინ იცის დაძაბულობა უ, შეგიძლიათ გამოთვალოთ:

ვფოსტა = F*m*Z*U/M

თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოთვალოთ რამდენი დრო სჭირდება ნივთიერების გარკვეული რაოდენობის ელექტროლიტურ გამოყოფას, ან რამდენი ნივთიერება გამოიყოფა გარკვეულ დროში. ექსპერიმენტის დროს დენის სიმკვრივე უნდა შენარჩუნდეს მითითებულ საზღვრებში. თუ ის 0,01 ა / სმ 2-ზე ნაკლებია, მაშინ ძალიან ცოტა ლითონი გამოიყოფა, რადგან ნაწილობრივ წარმოიქმნება სპილენძის (I) იონები. თუ დენის სიმკვრივე ძალიან მაღალია, საფარის გადაბმა ელექტროდზე სუსტი იქნება და როდესაც ელექტროდი ამოღებულია ხსნარიდან, ის შეიძლება დაიმსხვრას.
პრაქტიკაში, ლითონებზე გალვანური საფარი გამოიყენება ძირითადად კოროზიისგან დასაცავად და სარკისებური საფარის მისაღებად.
გარდა ამისა, ლითონები, განსაკუთრებით სპილენძი და ტყვია, იხვეწება ანოდური დაშლით და შემდგომი გამოყოფით კათოდზე (ელექტროლიტური გადამუშავება).
რკინის სპილენძის ან ნიკელის დასაფენად, ჯერ კარგად უნდა გაასუფთაოთ ობიექტის ზედაპირი. ამისათვის გააპრიალეთ იგი გაჟღენთილი ცარცით და თანმიმდევრულად წაუსვით ცხიმი კაუსტიკური სოდის, წყლის და ალკოჰოლის განზავებული ხსნარით. თუ საგანი ჟანგით არის დაფარული, აუცილებელია მისი წინასწარ დაწურვა გოგირდმჟავას 10-15%-იან ხსნარში.
გაწმენდილ პროდუქტს დავკიდებთ ელექტროლიტურ აბაზანაში (პატარა აკვარიუმში ან ჭიქაში), სადაც ის იქნება კათოდური.
სპილენძის საფარის გამოსაყენებელი ხსნარი შეიცავს 250 გ სპილენძის სულფატს და 80-100 გ კონცენტრირებულ გოგირდმჟავას 1 ლიტრ წყალში (ფრთხილად!). ამ შემთხვევაში, სპილენძის ფირფიტა იქნება ანოდი. ანოდის ზედაპირი დაახლოებით უნდა იყოს დაფარული ობიექტის ზედაპირის ტოლი. ამიტომ, თქვენ ყოველთვის უნდა უზრუნველყოთ, რომ სპილენძის ანოდი აბანოში დაკიდებული იყოს იმავე სიღრმეზე, როგორც კათოდი.
პროცესი განხორციელდება 3-4 ვ ძაბვით (ორი ბატარეა) და დენის სიმკვრივით 0,02-0,4 ა/სმ 2. ხსნარის ტემპერატურა აბაზანაში უნდა იყოს 18-25 °C.
ყურადღება მიაქციეთ, რომ ანოდის სიბრტყე და დასაფარი ზედაპირი ერთმანეთის პარალელურია. უმჯობესია არ გამოიყენოთ რთული ფორმის ობიექტები. ელექტროლიზის ხანგრძლივობის შეცვლით შესაძლებელია სხვადასხვა სისქის სპილენძის საფარის მიღება.
ხშირად მიმართავენ სპილენძის წინასწარ მოპირკეთებას ამ ფენაზე სხვა ლითონის გამძლე საფარის დასაყენებლად. ეს განსაკუთრებით ხშირად გამოიყენება რკინის ქრომის, თუთიის ჩამოსხმის ნიკელის და სხვა შემთხვევებში. მართალია, ამ მიზნით ძალიან ტოქსიკური ციანიდის ელექტროლიტები გამოიყენება.
ნიკელის დასაფენად ელექტროლიტის მოსამზადებლად 450 მლ წყალში გახსენით 25 გ კრისტალური ნიკელის სულფატი, 10 გ ბორის მჟავა ან 10 გ ნატრიუმის ციტრატი. ნატრიუმის ციტრატის მომზადება შესაძლებელია 10 გ ხსნარის ნეიტრალიზებით ლიმონმჟავაგანზავებული ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი ან სოდა ხსნარი. მოდით ანოდი იყოს ნიკელის ფირფიტა ყველაზე დიდი ფართობით და მიიღეთ ბატარეა, როგორც ძაბვის წყარო.
დენის სიმკვრივის მნიშვნელობა ცვლადი წინააღმდეგობის დახმარებით შენარჩუნდება 0,005 ა/სმ 2-ის ტოლი. მაგალითად, ობიექტის ზედაპირის 20 სმ 2, აუცილებელია მუშაობა მიმდინარე ძალა 0.1 A. ნახევარი საათის მუშაობის შემდეგ, ობიექტი უკვე იქნება ნიკელის მოოქროვილი. ამოიღეთ აბანოდან და გაწმინდეთ ქსოვილით. თუმცა, უმჯობესია არ შეწყვიტოთ ნიკელის დაფარვის პროცესი, რადგან ამის შემდეგ ნიკელის ფენა შეიძლება პასივირდეს და შემდგომი ნიკელის საფარი კარგად არ შეიწოვება.
იმისათვის, რომ მივაღწიოთ სარკის ბზინვარებას მექანიკური გაპრიალების გარეშე, ჩვენ ვამატებთ ე.წ. ასეთი დანამატებია, მაგალითად, წებო, ჟელატინი, შაქარი. შეგიძლიათ შეიყვანოთ ნიკელის აბაზანაში, მაგალითად, რამდენიმე გრამი შაქარი და შეისწავლოთ მისი ეფექტი.
რკინის ქრომის მოსამზადებლად ელექტროლიტის მოსამზადებლად (წინასწარი სპილენძის დაფარვის შემდეგ), 100 მლ წყალში გავხსნათ 40 გ CrO 3 ქრომის ანჰიდრიდი (ფრთხილად! შხამი!) და ზუსტად 0,5 გ გოგირდმჟავა (არავითარ შემთხვევაში მეტი!). პროცესი მიმდინარეობს დაახლოებით 0,1 ა/სმ 2 დენის სიმკვრივით და ანოდად გამოიყენება ტყვიის ფირფიტა, რომლის ფართობი ოდნავ ნაკლები უნდა იყოს ქრომირებული ზედაპირის ფართობზე.
ნიკელის და ქრომის აბაზანები უმჯობესია ოდნავ გაცხელდეს (დაახლოებით 35 °C-მდე). გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ელექტროლიტები ქრომის საფარისთვის, განსაკუთრებით ხანგრძლივი პროცესით და მაღალი დენის სიძლიერით, გამოყოფს ქრომის მჟავას შემცველ ორთქლებს, რომლებიც ძალიან საზიანოა ჯანმრთელობისთვის. ამიტომ, ქრომირებული მოპირკეთება უნდა განხორციელდეს ნაკაწრის ქვეშ ან გარეთ, მაგალითად, აივანზე.
ქრომის მოოქროვებაში (და, უფრო მცირე ზომით, ნიკელის მოოქროვებაში), მთელი დენი არ გამოიყენება ლითონის დეპონირებისთვის. ამავდროულად, წყალბადი გამოიყოფა. ძაბვების სერიის საფუძველზე მოსალოდნელია, რომ წყალბადის წინ მდგარი ლითონები საერთოდ არ უნდა გამოთავისუფლდნენ წყალხსნარებიდან, არამედ, პირიქით, ნაკლებად აქტიური წყალბადი გამოიყოს. თუმცა, აქ, ისევე როგორც ლითონების ანოდური დაშლის შემთხვევაში, წყალბადის კათოდური ევოლუცია ხშირად შეფერხებულია და შეინიშნება მხოლოდ მაღალი ძაბვის დროს. ამ ფენომენს წყალბადის ზეძაბვა ეწოდება და ის განსაკუთრებით დიდია, მაგალითად, ტყვიაზე. ამ გარემოების გამო ტყვიის ბატარეას შეუძლია ფუნქციონირება. ბატარეის დამუხტვისას, PbO 2-ის ნაცვლად, წყალბადი უნდა გამოჩნდეს კათოდზე, მაგრამ, გადაჭარბებული ძაბვის გამო, წყალბადის ევოლუცია იწყება მაშინ, როდესაც ბატარეა თითქმის სრულად არის დამუხტული.

ქიმიის სახელმძღვანელოებში თემის „მჟავები“ წარდგენისას ამა თუ იმ ფორმით ნახსენებია ლითონების ე.წ გადაადგილების სერია, რომლის შედგენას ხშირად ბეკეტოვს მიაწერენ.

მაგალითად, G. E. Rudzitis და F. G. Feldman, ოდესღაც ყველაზე გავრცელებული სახელმძღვანელო მე-8 კლასისთვის (1989 წლიდან 1995 წლამდე გამოიცა საერთო ტირაჟით 8,3 მილიონი ეგზემპლარი), ამბობს შემდეგი. გამოცდილებიდან ადვილია იმის დადასტურება, რომ მაგნიუმი სწრაფად რეაგირებს მჟავებთან (მაგალითად მარილმჟავას გამოყენებით), თუთია გარკვეულწილად ნელა რეაგირებს, რკინა კიდევ უფრო ნელა და სპილენძი არ რეაგირებს მარილმჟავასთან. ”მსგავსი ექსპერიმენტები ჩაატარა რუსმა მეცნიერმა ნ.ნ. ბეკეტოვმა”, - წერენ სახელმძღვანელოს ავტორები შემდგომში. – ექსპერიმენტების საფუძველზე მან შეადგინა ლითონების გადაადგილების სერია: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. ამ სერიაში ყველა ლითონს, რომელიც წყალბადის წინ დგას, შეუძლია მისი მჟავებისგან გადაადგილება. ასევე ცნობილია, რომ ბეკეტოვი არის „ფიზიკური ქიმიის ფუძემდებელი. 1863 წელს მან შეადგინა ლითონების გადაადგილების სერია, რომელიც მეცნიერის სახელს ატარებს. შემდეგ, სტუდენტებს ეუბნებიან, რომ ბეკეტოვის სერიაში ლითონები მარცხნივ ანაცვლებენ ლითონებს მარილების ხსნარებიდან მარჯვნივ. გამონაკლისი არის ყველაზე აქტიური ლითონები. მსგავსი ინფორმაცია გვხვდება სხვა სასკოლო სახელმძღვანელოებში და სახელმძღვანელოებში, მაგალითად: „რუსმა ქიმიკოსმა ნ.

აქ შეიძლება რამდენიმე კითხვა გაჩნდეს.

კითხვა პირველი. ქიმიკოსებმა ბეკეტოვის ექსპერიმენტებამდე (ანუ 1863 წლამდე) არ იცოდნენ, რომ მაგნიუმი, თუთია, რკინა და რიგი სხვა ლითონები რეაგირებენ მჟავებთან წყალბადის გამოყოფით, ხოლო სპილენძი, ვერცხლისწყალი, ვერცხლი, პლატინა და ოქრო ამას არ ფლობენ. ქონება?

კითხვა მეორე. განა ბეკეტოვამდე ქიმიკოსებმა ვერ შენიშნეს, რომ ზოგიერთ მეტალს შეუძლია სხვების გადაადგილება მათი მარილების ხსნარებიდან?

კითხვა მესამე. ვ.ა.ვოლკოვის, ე.ვ.ვონსკის, გ.ი.კუზნეცოვის წიგნში „მსოფლიოს გამოჩენილი ქიმიკოსები. ბიოგრაფიული საცნობარო წიგნი (მოსკოვი: ვისშაია შკოლა, 1991) ნათქვამია, რომ ნიკოლაი ნიკოლაევიჩ ბეკეტოვი (1827–1911) არის „რუსი ფიზიკოსი, აკადემიკოსი… ფიზიკური ქიმიის ერთ-ერთი ფუძემდებელი… მან შეისწავლა ორგანული მჟავების ქცევა ქ. მაღალი ტემპერატურა. სინთეზირებული (1852) ბენზურაიდი და აცეტურიდი. წამოაყენა (1865) მთელი რიგი თეორიული დებულებები რეაქციების მიმართულების დამოკიდებულების შესახებ რეაგენტების მდგომარეობასა და გარე პირობებზე... დაადგინა ტუტე ლითონების ოქსიდების და ქლორიდების წარმოქმნის სითბო, პირველად მიღებული (1870 წ. ) ტუტე ლითონების უწყლო ოქსიდები. ალუმინის უნარის გამოყენებით, აღადგინოს ლითონები მათი ოქსიდებიდან, მან საფუძველი ჩაუყარა ალუმინოთერმიას... რუსეთის ფიზიკურ-ქიმიური საზოგადოების პრეზიდენტმა...“. და არც ერთი სიტყვა მისი გადაადგილების სერიის შედგენის შესახებ, რომელიც შეტანილი იყო (განსხვავებით, მაგალითად, ureides - შარდოვანას წარმოებულები) მილიონობით ეგზემპლარად გამოცემულ სასკოლო სახელმძღვანელოებში!

ძნელად არის საჭირო ბიოგრაფიული სახელმძღვანელოს ავტორების დადანაშაულება რუსი მეცნიერის მნიშვნელოვანი აღმოჩენის დავიწყებაში: ბოლოს და ბოლოს, დ.ი. მენდელეევი, რომელსაც არაპატრიოტიზმისთვის საყვედური არავითარ შემთხვევაში არ შეიძლება, თავის კლასიკურ სახელმძღვანელოში "ქიმიის საფუძვლები" ასევე არასოდეს ახსენებს. ბეკეტოვის გადაადგილების სერია, თუმცა 15-ჯერ ეხება მის სხვადასხვა ნამუშევრებს. ყველა ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, ჩვენ მოგვიწევს ექსკურსია ქიმიის ისტორიაში, გავარკვიოთ ვინ და როდის შემოგვთავაზა ლითონების აქტივობის სერია, რა ექსპერიმენტები ჩაატარა თავად ნ.ნ. ბეკეტოვმა და რა არის მისი გადაადგილების სერია.

პირველ ორ კითხვაზე პასუხის გაცემა შესაძლებელია შემდეგი გზით. რა თქმა უნდა, როგორც ლითონების მიერ მჟავებიდან წყალბადის გამოყოფა და სხვადასხვა მაგალითებიმათი მარილების ერთმანეთის გადაადგილება ცნობილი იყო ბეკეტოვის დაბადებამდე დიდი ხნით ადრე. მაგალითად, შვედი ქიმიკოსისა და მინერალოგის თორნბერნ ოლაფ ბერგმანის ერთ-ერთ სახელმძღვანელოში, რომელიც გამოქვეყნდა 1783 წელს, პოლიმეტალური მადნების გაანალიზებისას რეკომენდებულია ტყვიისა და ვერცხლის გადატანა რკინის ფირფიტებიდან. საბადოში რკინის შემცველობაზე გამოთვლების ჩატარებისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული მისი ის ნაწილი, რომელიც გადავიდა ხსნარში ფირფიტებიდან. იმავე სახელმძღვანელოში ბერგმანი წერს: „მეტალები მათი მარილების ხსნარებიდან შეიძლება გადაინაცვლოს სხვა ლითონებით და შეიმჩნევა გარკვეული თანმიმდევრულობა. თუთიის, რკინის, ტყვიის, კალის, სპილენძის, ვერცხლის და ვერცხლისწყლის სერიაში თუთია ანაცვლებს რკინას და ა. და, რა თქმა უნდა, ეს არ იყო ბერგმანმა, ვინც პირველად აღმოაჩინა ეს რეაქციები: ასეთი დაკვირვებები თარიღდება ალქიმიური დროიდან. ასეთი რეაქციის ყველაზე ცნობილი მაგალითი შუა საუკუნეებში გამოიყენეს შარლატანებმა, რომლებმაც საჯაროდ აჩვენეს რკინის ფრჩხილის "გარდაქმნა" წითელ "ოქროდ", როდესაც ისინი ლურსმანს სპილენძის სულფატის ხსნარში ასველებდნენ. ახლა ეს რეაქცია ვლინდება სკოლაში ქიმიის გაკვეთილებზე. რა არის ბეკეტოვის ახალი თეორიის არსი? ქიმიური თერმოდინამიკის გამოჩენამდე ქიმიკოსები ხსნიდნენ რეაქციის მიმდინარეობას ამა თუ იმ მიმართულებით ზოგიერთი სხეულების სხვებთან მიახლოების კონცეფციით. იგივე ბერგმანმა, ცნობილ გადაადგილების რეაქციებზე დაყრდნობით, შეიმუშავა 1775 წლიდან შერჩევითი აფინურობის თეორია. ამ თეორიის მიხედვით, მოცემულ პირობებში ორ ნივთიერებას შორის ქიმიური მიდრეკილება რჩება მუდმივი და არ არის დამოკიდებული რეაგენტების შედარებით მასებზე. ანუ, თუ სხეულები A და B არიან კონტაქტში C სხეულთან, მაშინ სხეული, რომელსაც აქვს უფრო დიდი მიდრეკილება მის მიმართ, დაუკავშირდება C-ს. მაგალითად, რკინას უფრო დიდი მიდრეკილება აქვს ჟანგბადთან, ვიდრე ვერცხლისწყალი და, შესაბამისად, ის პირველი იქნება, ვინც იჟანგება მის მიერ. ვარაუდობდნენ, რომ რეაქციის მიმართულება განისაზღვრება მხოლოდ რეაქციაში მყოფი სხეულების ქიმიური მიახლოებით და რეაქცია მიდის ბოლომდე. ბერგმანმა შეადგინა ქიმიური მიდრეკილების ცხრილები, რომლებსაც იყენებდნენ ქიმიკოსები მე-19 საუკუნის დასაწყისამდე. ეს ცხრილები მოიცავდა, კერძოდ, სხვადასხვა მჟავებსა და ფუძეებს.

ბერგმანთან თითქმის ერთდროულად ფრანგმა ქიმიკოსმა კლოდ ლუი ბერტოლემ კიდევ ერთი თეორია შეიმუშავა. ქიმიური მიდრეკილება ასევე დაკავშირებული იყო სხეულების ერთმანეთთან მიზიდულობასთან, მაგრამ სხვა დასკვნებიც გაკეთდა. უნივერსალური მიზიდულობის კანონის ანალოგიით, ბერტოლეტს სჯეროდა, რომ ქიმიაში მიზიდულობა ასევე უნდა იყოს დამოკიდებული რეაგირებადი სხეულების მასაზე. ამრიგად, რეაქციის მიმდინარეობა და მისი შედეგი დამოკიდებულია არა მხოლოდ რეაგენტების ქიმიურ კავშირზე, არამედ მათ რაოდენობაზეც. მაგალითად, თუ A და B სხეულებს შეუძლიათ რეაგირება C-თან, მაშინ სხეული C განაწილდება A-სა და B-ს შორის მათი კავშირების და მასების მიხედვით და არც ერთი რეაქცია არ მიაღწევს ბოლომდე, რადგან წონასწორობა მოვა, როდესაც AC, BC და თავისუფალია. A და B თანაარსებობენ ერთდროულად. ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ C-ის განაწილება A-სა და B-ს შორის შეიძლება განსხვავდებოდეს A-ს ან B-ს სიჭარბის მიხედვით. ამიტომ, დიდი ჭარბი რაოდენობით, დაბალი აფინურობის მქონე სხეულს შეუძლია თითქმის მთლიანად "აირჩიოს" სხეული C. მისი "კონკურენტისგან". მაგრამ თუ რეაქციის ერთ-ერთი პროდუქტი (AC ან BC) ამოღებულია, მაშინ რეაქცია წავა ბოლომდე და იქმნება მხოლოდ პროდუქტი, რომელიც ტოვებს ზონას.

ბერტოლეტმა თავისი დასკვნები ხსნარებიდან ნალექების პროცესებზე დაკვირვებით გააკეთა. ეს დასკვნები საოცრად თანამედროვედ ჟღერს, გარდა მოძველებული ტერმინოლოგიისა. თუმცა, ბერტოლეტის თეორია იყო ხარისხობრივი; ის არ აძლევდა გზას აფინურობის მნიშვნელობების გასაზომად.

თეორიის შემდგომი მიღწევები ეფუძნებოდა აღმოჩენებს ელექტროენერგიის სფეროში. იტალიელი ფიზიკოსი ალესანდრო ვოლტა გვიანი XVIII in. აჩვენა, რომ როდესაც სხვადასხვა ლითონი შედის კონტაქტში, წარმოიქმნება ელექტრული მუხტი. ატარებდა ექსპერიმენტებს სხვადასხვა წყვილ ლითონებთან და განსაზღვრა ზოგიერთი ლითონის მუხტის ნიშანი და სიდიდე სხვებთან მიმართებაში, ვოლტამ დაადგინა ძაბვების სერია: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. სხვადასხვა ლითონის წყვილის გამოყენებით ვოლტამ შექმნა გალვანური უჯრედი, რომლის სიძლიერე უფრო დიდი იყო, რაც უფრო შორს იყვნენ ამ სერიის წევრები. ამის მიზეზი იმ დროისთვის უცნობი იყო. მართალია, ჯერ კიდევ 1797 წელს გერმანელმა მეცნიერმა იოჰან ვილჰელმ რიტერმა იწინასწარმეტყველა, რომ ლითონები უნდა იყვნენ სტრესების სერიაში, რათა შემცირდეს ჟანგბადთან შეერთების უნარი. თუთიისა და ოქროს შემთხვევაში ეს დასკვნა საეჭვო არ ყოფილა; რაც შეეხება სხვა ლითონებს, უნდა აღინიშნოს, რომ მათი სისუფთავე არ იყო ძალიან მაღალი, ამიტომ ვოლტას სერია ყოველთვის არ შეესაბამება თანამედროვეს.

თეორიული შეხედულებები ამ შემთხვევაში მიმდინარე პროცესების ხასიათზე იყო ძალიან ბუნდოვანი და ხშირად ურთიერთგამომრიცხავი. ცნობილი შვედი ქიმიკოსი იონს იაკობ ბერცელიუსი XIX საუკუნის დასაწყისში. შექმნა ელექტროქიმიური (ან დუალისტური, საწყისი ლათ. dualis - "ორმაგი") ქიმიური ნაერთების თეორია. ამ თეორიის შესაბამისად, ვარაუდობდნენ, რომ თითოეული ქიმიური ნაერთი შედგება ორი ნაწილისგან - დადებითად და უარყოფითად დამუხტული. 1811 წელს ბერცელიუსმა, მისთვის ცნობილი ელემენტების ქიმიურ თვისებებზე დაყრდნობით, დაალაგა ისინი ზედიზედ ისე, რომ მასში თითოეული ტერმინი იყო ელექტროუარყოფითი წინასთან მიმართებაში და ელექტროდადებითი მეორესთან მიმართებაში. შემოკლებული ვერსიით, ელექტროუარყოფით ელემენტებს (კლებადობით) მიენიჭა შემდეგი:

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

შემდეგ მოჰყვა გარდამავალი ელემენტი - წყალბადი, შემდეგ კი - ელექტროდადებითი ელემენტები (ამ თვისების გაზრდის მიზნით):

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

ეს სერია, თუ ყველა ლითონს საპირისპირო თანმიმდევრობით გადაწერთ, ძალიან ახლოს არის თანამედროვესთან. ამ სერიის ლითონების რიგითობის ზოგიერთი განსხვავება, სავარაუდოდ, გამოწვეულია ბერცელიუსის დროს ნივთიერებების არასაკმარისი გაწმენდით, ისევე როგორც ლითონების ზოგიერთი სხვა თვისებით, რომლითაც ხელმძღვანელობდა ბერცელიუსი. ბერცელიუსის თქმით, რაც უფრო შორს არიან ელემენტები ამ სერიაში ერთმანეთისგან, მით უფრო საპირისპირო ელექტრული მუხტები აქვთ და მით უფრო გამძლეა ისინი ერთმანეთთან ქიმიურ ნაერთებს.

ბერცელიუსის დუალიზმის თეორია XIX საუკუნის შუა ხანებში. იყო დომინანტი. მისი წარუმატებლობა აჩვენეს თერმოქიმიის დამფუძნებლებმა, ფრანგმა მეცნიერმა მარსელინ ბერტელოტმა და დანიელმა მკვლევარმა ჯულიუს ტომსენმა. მათ შეაფასეს ქიმიური მიდრეკილება იმ სამუშაოთი, რომელსაც შეუძლია ქიმიური რეაქცია გამოიწვიოს. პრაქტიკაში ის იზომებოდა რეაქციის სიცხეში. ამ სამუშაოებმა გამოიწვია ქიმიური თერმოდინამიკის შექმნა, მეცნიერება, რამაც შესაძლებელი გახადა, კერძოდ, გამოეთვალა წონასწორობის პოზიცია რეაქტიულ სისტემაში, მათ შორის წონასწორობა ელექტროქიმიურ პროცესებში. აქტივობების სერიის (და სტრესის სერიების) თეორიული საფუძველი ამონახსნებებში ჩაეყარა მე-19 საუკუნის ბოლოს. გერმანელი ფიზიკოსი ვალტერ ნერნსტი. ხარისხობრივი მახასიათებლის ნაცვლად - ლითონისა და მისი იონის მიდრეკილება ან უნარი გარკვეული რეაქციებისადმი - გამოჩნდა ზუსტი რაოდენობრივი მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს თითოეული ლითონის უნარს გადავიდეს ხსნარში იონების სახით და ასევე იონებიდან შემცირდეს. ლითონი ელექტროდზე. ასეთი მნიშვნელობა არის ლითონის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი, ხოლო შესაბამის სერიას, რომელიც მოწყობილია პოტენციური ცვლილებების მიხედვით, ეწოდება სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალების სერიას. (სტანდარტული მდგომარეობა ვარაუდობს, რომ ხსნარში იონების კონცენტრაცია არის 1 მოლ/ლ, ხოლო გაზის წნევა 1 ატმ; ყველაზე ხშირად, სტანდარტული მდგომარეობა გამოითვლება 25 ° C ტემპერატურაზე.)

ყველაზე აქტიური ტუტე ლითონების სტანდარტული პოტენციალი გამოითვლება თეორიულად, რადგან შეუძლებელია მათი ექსპერიმენტულად გაზომვა წყალხსნარებში. ლითონების პოტენციალის გამოსათვლელად მათი იონების სხვადასხვა კონცენტრაციაზე (ანუ არასტანდარტულ მდგომარეობებში) გამოიყენება ნერნსტის განტოლება. ელექტროდის პოტენციალი განისაზღვრა არა მხოლოდ მეტალებისთვის, არამედ მრავალი რედოქსული რეაქციისთვის, რომელიც მოიცავს როგორც კატიონებს, ასევე ანიონებს. ეს შესაძლებელს ხდის თეორიულად იწინასწარმეტყველოს სხვადასხვა პირობებში რედოქსული რეაქციების წარმოქმნის შესაძლებლობა. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ არაწყლიან ხსნარებში ლითონების პოტენციალი განსხვავებული იქნება, რის გამოც სერიაში ლითონების თანმიმდევრობა შეიძლება მკვეთრად შეიცვალოს. მაგალითად, წყალხსნარებში სპილენძის ელექტროდის პოტენციალი დადებითია (+0,24 ვ) და სპილენძი მდებარეობს წყალბადის მარჯვნივ. აცეტონიტრილის CH3CN ხსნარში სპილენძის პოტენციალი უარყოფითია (–0,28 ვ), ანუ სპილენძი მდებარეობს წყალბადის მარცხნივ. ამიტომ ამ გამხსნელში მიმდინარეობს შემდეგი რეაქცია: Cu + 2HCl = CuCl2 + H2.

ახლა დროა ვუპასუხოთ მესამე კითხვას და გავარკვიოთ, კონკრეტულად რა შეისწავლა ბეკეტოვმა და რა დასკვნები გამოიტანა.

ერთ-ერთი გამოჩენილი რუსი ქიმიკოსი, ნ.ნ.ბეკეტოვი, ყაზანის უნივერსიტეტის დამთავრების შემდეგ (1848 წელს), გარკვეული პერიოდი მუშაობდა სამედიცინო და ქირურგიულ აკადემიაში ნ.ნ.ვინინის ლაბორატორიაში, შემდეგ კი ქ.ხარკოვის უნივერსიტეტში. 1857 წელს, ქიმიის უნივერსიტეტის ფაკულტეტის მიღებიდან მალევე, ბეკეტოვი ერთი წლით გაემგზავრა საზღვარგარეთ "წელიწადში ათასი რუბლის დანიშვნით, ვიდრე მიღებული ხელფასი" - იმ დროს ეს იყო დიდი თანხა. პარიზში ყოფნის დროს მან გამოაქვეყნა (ფრანგულ ენაზე) რუსეთში ადრინდელი კვლევების შედეგები წყალბადის მიერ ხსნარებიდან გარკვეული ლითონების გადაადგილებისა და თუთიის ორთქლის შემცირების ეფექტის შესახებ. პარიზის ქიმიური საზოგადოების შეხვედრაზე ბეკეტოვმა მოხსენება მოახდინა მისი მუშაობის შესახებ SiCl4 და BF3 წყალბადით შემცირების შესახებ. ეს იყო პირველი რგოლები კვლევის ჯაჭვში, რომელიც მიეძღვნა ზოგიერთი ელემენტის გადაადგილებას სხვების მიერ, რომელიც ბეკეტოვმა დაიწყო 1856 წელს და დაასრულა 1865 წელს.

უკვე საზღვარგარეთ, ბეკეტოვმა ყურადღება მიიპყრო. საკმარისია მოვიყვანოთ დ.ი.მენდელეევის სიტყვები, რომელსაც ბეკეტოვი გერმანიაში შეხვდა: „რუსი ქიმიკოსებისგან საზღვარგარეთ ვისწავლე ბეკეტოვი... სავიჩი, სეჩენოვი. სულ ესაა... ადამიანები, რომლებიც პატივს სცემენ რუსეთს, ადამიანები, რომლებთანაც მიხარია, რომ გავერთიანდი.

1865 წელს ხარკოვში გამოქვეყნდა ბეკეტოვის დისერტაცია „კვლევა ზოგიერთი ელემენტის სხვის მიერ გადაადგილების ფენომენების შესახებ“. ეს ნაშრომი ხელახლა გამოიცა ხარკოვში 1904 წელს (კრებულში „ნ. ნ. ბეკეტოვის სამეცნიერო მოღვაწეობის 50 წლისთავის ხსოვნისადმი“) და 1955 წელს (კრებულში „ნ. ნ. ბეკეტოვი. რჩეული შრომები ფიზიკურ ქიმიაში“) .

მოდით გავეცნოთ ბეკეტოვის ამ ნაშრომს უფრო დეტალურად. იგი შედგება ორი ნაწილისაგან. პირველ ნაწილში (ის შეიცავს ექვს განყოფილებას) დეტალურად არის წარმოდგენილი ავტორის ექსპერიმენტების შედეგები. პირველი სამი ნაწილი ეძღვნება წყალბადის მოქმედებას ვერცხლის და ვერცხლისწყლის მარილების ხსნარებზე სხვადასხვა წნევით. ბეკეტოვს უაღრესად მნიშვნელოვანი ამოცანა ჩანდა ლითონების სერიაში წყალბადის ადგილის გარკვევა, აგრეთვე რეაქციის მიმართულების დამოკიდებულება გარე პირობებზე - წნევა, ტემპერატურა, რეაგენტების კონცენტრაცია. მან ჩაატარა ექსპერიმენტები როგორც ხსნარებში, ასევე მშრალ ნივთიერებებზე. ქიმიკოსებისთვის კარგად იყო ცნობილი, რომ წყალბადი ადვილად ანაცვლებს ზოგიერთ ლითონს მათი ოქსიდებიდან მაღალ ტემპერატურაზე, მაგრამ არააქტიურია დაბალ ტემპერატურაზე. ბეკეტოვმა აღმოაჩინა, რომ წყალბადის აქტივობა იზრდება წნევის მატებასთან ერთად, რაც მან დაუკავშირა რეაგენტის „დიდი სიმკვრივეს“ (ახლა იტყვიან - უფრო მაღალი წნევით, ანუ გაზის კონცენტრაციით).

ხსნარებიდან ლითონების წყალბადით გადატანის შესაძლებლობის შესწავლისას ბეკეტოვმა მოაწყო არაერთი საკმაოდ სარისკო ექსპერიმენტი. პირველად ქიმიის ისტორიაში ბეკეტოვმა მოახდინა ზეწოლა 100 ატმ-ზე მეტი. მან ჩაატარა ექსპერიმენტები სიბნელეში, დალუქულ მინის მილებში რამდენიმე მოსახვევით (იდაყვებით). ერთ მუხლში მოათავსა მარილის ხსნარი, მეორეში - მჟავა, ხოლო მილის ბოლოს - მეტალის თუთია. მილის დახრილობით ბეკეტოვმა თუთია ჭარბად აღებულ მჟავაში ჩავარდა. იცოდა გახსნილი თუთიის მასა და მილის მოცულობა, შესაძლებელი გახდა მიღწეული წყალბადის წნევის შეფასება. ზოგიერთ ექსპერიმენტში ბეკეტოვმა დააკონკრეტა წნევა მილზე შედუღებულ თხელ კაპილარში სითხის მიერ ჰაერის შეკუმშვის ხარისხით. მილის გახსნას ყოველთვის თან ახლდა აფეთქება. ერთ-ერთ ექსპერიმენტში, რომელშიც წნევამ 110 ატმ-ს მიაღწია, მილის გახსნის დროს აფეთქებამ (ეს წყალში გადატრიალებული ცილინდრის ქვეშ იყო) დაიმსხვრა სქელკედლიანი ცილინდრი, რომლის მოცულობაც ათასჯერ მეტი იყო. ვიდრე მილის მოცულობა რეაგენტებით.

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ წყალბადის მოქმედება დამოკიდებულია არა მხოლოდ მის წნევაზე, არამედ „მეტალის ხსნარის სიძლიერეზე“, ანუ მის კონცენტრაციაზე. ვერცხლის შემცირება AgCl-ის ამიაკის ხსნარიდან იწყება თუთიის სრულ დაშლამდეც კი, დაახლოებით 10 ატმ წნევით - გამჭვირვალე ხსნარი ყავისფერდება (ჯერ გაზის საზღვარზე, შემდეგ მთელ მასაზე) და რამდენიმეს შემდეგ. დღეებში ნაცრისფერი ვერცხლის ფხვნილი სახლდება კედლებზე. ატმოსფერულ წნევაზე რეაქცია არ დაფიქსირებულა. ვერცხლი ასევე შემცირდა ნიტრატისა და სულფატისგან, ხოლო წყალბადი მოქმედებდა ვერცხლის აცეტატზე ატმოსფერული წნევის დროს. ლითონის ბურთულები გამოიყოფა ვერცხლისწყლის მარილებისგან მაღალი წნევით, მაგრამ სპილენძისა და ტყვიის ნიტრატები წყალბადის მაღალი წნევის დროსაც კი ვერ შემცირდა. სპილენძის შემცირება დაფიქსირდა მხოლოდ ვერცხლის და პლატინის თანდასწრებით 100 ატმ-მდე წნევის დროს. ბეკეტოვმა პროცესის დასაჩქარებლად, ანუ კატალიზატორად გამოიყენა პლატინა. მან დაწერა, რომ პლატინი უფრო ხელს უწყობს გარკვეული ლითონების გადაადგილებას, ვიდრე წნევას, რადგან პლატინის ზედაპირზე წყალბადი "ექვემდებარება უფრო დიდ მიზიდულობას და უნდა ჰქონდეს უდიდესი სიმკვრივე". ახლა ჩვენ ვიცით, რომ პლატინაზე ადსორბირებული წყალბადი გააქტიურებულია ლითონის ატომებთან მისი ქიმიური ურთიერთქმედების გამო.

პირველი ნაწილის მეოთხე ნაწილში ბეკეტოვი აღწერს ნახშირორჟანგის ექსპერიმენტებს. მან შეისწავლა მისი გავლენა კალციუმის აცეტატის ხსნარებზე სხვადასხვა წნევის დროს; აღმოაჩინა, რომ საპირისპირო რეაქცია - მარმარილოს დაშლა ძმარმჟავაში გაზის გარკვეულ წნევაზე წყდება მჟავას სიჭარბითაც კი.

ექსპერიმენტული ნაწილის ბოლო მონაკვეთებში ბეკეტოვმა აღწერა თუთიის ორთქლის ეფექტი მაღალ ტემპერატურაზე ბარიუმის, სილიციუმის და ალუმინის ნაერთებზე (ამ უკანასკნელ ელემენტს ის უწოდებს თიხას, როგორც ეს იმ წლებში იყო ჩვეულება). სილიციუმის ტეტრაქლორიდის თუთიით შემცირებით, ბეკეტოვმა პირველმა მიიღო საკმარისად სუფთა კრისტალური სილიციუმი. მან ასევე აღმოაჩინა, რომ მაგნიუმი ამცირებს ალუმინს კრიოლიტიდან (ნატრიუმის ფტორალუმინატი „შიდა“) და სილიციუმს მისი დიოქსიდიდან. ამ ექსპერიმენტებში ასევე დადგინდა ალუმინის უნარი, აღადგინოს ბარიუმი ოქსიდიდან და კალიუმი ჰიდროქსიდიდან. ასე რომ, ალუმინის უწყლო ბარიუმის ოქსიდით კალცინის შემდეგ (ბარიუმის ქლორიდის მცირე დამატებით, დნობის წერტილის შესამცირებლად), წარმოიქმნა შენადნობი, რომელიც, ანალიზის შედეგების მიხედვით, არის 33,3% ბარიუმი, დანარჩენი არის ალუმინი. ამავდროულად, ალუმინის მრავალსაათიან კალცინირებას დაფხვნილი ბარიუმის ქლორიდით არ მოჰყოლია რაიმე ცვლილება.

ალუმინის უჩვეულო რეაქცია KOH-თან ხდებოდა მრუდე თოფის ლულაში, რომლის დახურულ ბოლოში მოთავსებული იყო KOH და ალუმინის ნაჭრები. ამ ბოლოს ძლიერი ინკანდესცენტით გაჩნდა კალიუმის ორთქლი, რომელიც კონდენსირებული იყო ლულის ცივ ნაწილში, „საიდანაც მიღებული იყო რბილი ლითონის რამდენიმე ნაჭერი, რომელიც იწვის იისფერი ალით“. რუბიდიუმი და ცეზიუმი მოგვიანებით იზოლირებული იქნა ანალოგიურად.

ბეკეტოვის ნაშრომის მეორე ნაწილი ეძღვნება ზოგიერთი ელემენტის სხვების მიერ გადაადგილების თეორიას. ამ ნაწილში ბეკეტოვმა პირველად გააანალიზა მრავალი ექსპერიმენტული მონაცემი - როგორც მისი, ასევე სხვა მკვლევარების, მათ შორის ბრესლავ პროფესორის ფიშერის, ასევე დეივის, გეი-ლუსაკის, ბერცელიუსის, უოლერის მიერ. განსაკუთრებით აღსანიშნავია ინგლისელი ქიმიკოსის უილიამ ოდლინგის მიერ აღმოჩენილი „რამდენიმე საინტერესო ფაქტი ლითონების სველი გზით ნალექის შესახებ“. ამავდროულად, ბეკეტოვი განიხილავს ზოგიერთი ელემენტის გადაადგილების შემთხვევებს სხვების მიერ "სველი გზით", ანუ ხსნარებში და "მშრალ გზაზე", ანუ რეაგენტების კალციაციის დროს. ეს ლოგიკური იყო, რადგან შეუძლებელია ექსპერიმენტულად ჩატარდეს რეაქციები წყალხსნარებში, რომლებიც მოიცავს ტუტე და ტუტე დედამიწის ლითონებს, რადგან ისინი აქტიურად რეაგირებენ წყალთან.

შემდეგ ბეკეტოვი აყალიბებს თავის თეორიას, რომელიც შექმნილია ელემენტების განსხვავებული აქტივობის ასახსნელად. ყველა ლითონი ზედიზედ დალაგდა მათი სპეციფიკური სიმძიმის (ანუ სიმკვრივის) მიხედვით, ბეკეტოვმა აღმოაჩინა, რომ იგი საკმაოდ კარგად ეთანხმება ცნობილ გადაადგილების სერიას. ”შესაბამისად,” ასკვნის ბეკეტოვი, ”მეტალის ადგილი ... გადაადგილების სერიაში შეიძლება საკმაოდ სწორად განისაზღვროს და, ასე ვთქვათ, წინასწარ იწინასწარმეტყველოს მისი სპეციფიკური სიმძიმით”. გარკვეული გაურკვევლობა შეიმჩნევა მხოლოდ „მიმდებარე ლითონებს სპეციფიური სიმძიმის მიხედვით“. ამგვარად, კალიუმი, როგორც წესი, „უფრო ენერგიული“ ელემენტია და, მაგალითად, კალცინირებული ნატრიუმის ნატრიუმს აცლის NaCl-დან, თუმცა კალიუმი უფრო აქროლადია. თუმცა, საპირისპირო პროცესებიც ცნობილია: მაგალითად, ნატრიუმს შეუძლია კალიუმის გადაადგილება მისი ჰიდროქსიდისა და აცეტატისგან. „რაც შეეხება პირველი ტუტე ჯგუფის შეფარდებას მეორესთან და მეორე ჯგუფის ლითონების შეფარდებას ერთმანეთთან, ისინი ჯერ კიდევ ცოტაა შესწავლილი“, წერს ბეკეტოვი.

ბეკეტოვს უფრო სერიოზული სირთულეები შეხვდა. მაგალითად, მან შეძლო თუთიის შემცირება ალუმინთან ერთად ZnCl2 ხსნარიდან და ჩავარდა ZnSO4 ხსნარიდან. გარდა ამისა, ალუმინის "აბსოლუტურად არ აღადგენს რკინას, ნიკელს, კობალტს, კადმიუმს ხსნარებიდან". ბეკეტოვმა ეს იმით ახსნა, რომ ალუმინი "ძირითადად წყალზე მოქმედებს" და ივარაუდა, რომ ეს რეაქციები წყლის არარსებობის შემთხვევაში უნდა წავიდეს - "მშრალი გზა". მართლაც, მოგვიანებით ბეკეტოვმა აღმოაჩინა ასეთი რეაქციები და ფაქტობრივად აღმოაჩინა ალუმინოთერმია.

კიდევ ერთი სირთულე ის იყო, რომ ზოგიერთი ლითონი გამოვარდა სპეციფიკური სიმძიმის წესიდან. ასე რომ, სპილენძი (სიმკვრივე 8.9) აქტივობის სერიაში მდებარეობს არა ადრე, არამედ ტყვიის შემდეგ (სიმკვრივე 11.4 - ბეკეტოვის სიმკვრივის მნიშვნელობები ოდნავ განსხვავდება თანამედროვეებისგან). ამგვარმა „ანომალიამ“ აიძულა ბეკეტოვი, უფრო აქტიური ტყვიის ნაკლებად აქტიური სპილენძით ჩანაცვლება ეცადა. მან მოათავსა სპილენძის ფირფიტები ტყვიის ქლორიდის ცხელ გაჯერებულ ხსნარებში - ნეიტრალური და მჟავე, ტყვიის ოქსიდის ამიაკის ხსნარში, გაცხელებული სპილენძი მშრალი ოქსიდით და ტყვიის ქლორიდით. ყველა ექსპერიმენტი წარუმატებელი აღმოჩნდა და ბეკეტოვი იძულებული გახდა ეღიარებინა „უკან დახევა ზოგადი წესი". სხვა "ანომალიები" ეხებოდა ვერცხლს (სიმკვრივე 10.5) და ტყვიას, ასევე ვერცხლს და ვერცხლისწყალს (სიმკვრივე 13.5), ვინაიდან ტყვიაც და ვერცხლისწყალიც ამცირებს "მსუბუქ" ვერცხლს მისი მარილების ხსნარებიდან. ბეკეტოვმა ვერცხლისწყლის ანომალია იმით ახსნა, რომ ეს ლითონი თხევადია და ამიტომ მისი აქტივობა უფრო მაღალია ვიდრე კონკრეტული სიმძიმის წესიდან გამომდინარეობს.

ბეკეტოვმა თავისი მმართველობა არამეტალებზე გაავრცელა. მაგალითად, სერიაში ქლორი (თხევადი ქლორის სიმკვრივე 1.33), ბრომი (სიმკვრივე 2.86), იოდი (სიმკვრივე 4.54), ყველაზე მსუბუქი ელემენტი ამავე დროს ყველაზე აქტიურია (ფტორი მოისანმა მიიღო მხოლოდ 20 წლის შემდეგ). იგივე შეინიშნება O, S, Se, Te სერიებში: ჟანგბადი ყველაზე აქტიურია და საკმაოდ ადვილად ანაცვლებს დანარჩენ ელემენტებს მათი ნაერთებიდან წყალბადით ან ტუტე მეტალთან.

ბეკეტოვმა თავისი წესი მექანიკის ანალოგიით ახსნა: სპეციფიური სიმძიმე დაკავშირებულია ნაწილაკების (ანუ ატომების) მასასთან და მათ შორის მანძილთან მარტივ ნივთიერებაში. ლითონების სიმკვრივისა და მათი ფარდობითი ატომური მასების ცოდნა, შეიძლება გამოვთვალოთ ფარდობითი მანძილი ატომებს შორის. რაც უფრო დიდია მათ შორის მანძილი, მით უფრო ადვილია, ბეკეტოვის აზრით, ატომები ცალ-ცალკე ხდება ქიმიურ პროცესებში. ეს ასევე დაკავშირებულია სხვადასხვა ელემენტების ურთიერთ „მიახლოებასთან“ და ნაერთებისგან ერთმანეთის გადაადგილების უნართან. სხვადასხვა ლითონებში ატომებს შორის ფარდობითი მანძილის გამოთვლის და კალიუმის სტანდარტად აღების შემდეგ ბეკეტოვმა მიიღო შემდეგი მნიშვნელობები: K - 100, Na - 80, Ca - 65, Mg - 53, Al - 43 და ა.შ. პლატინამდე.

Უფრო შემაჯამებელიბეკეტოვის თეორია ქიმიური ნაერთების ფარდობითი სიძლიერის შესახებ (კერძოდ, ზოგიერთი ელემენტის უნარის გადაადგილება დაკავშირებულია ამას) შეგიძლიათ იხილოთ D.I. მენდელეევის სახელმძღვანელოში "ქიმიის საფუძვლები" (ციტირებულია 1947 წლის გამოცემიდან თანამედროვე ტერმინოლოგიით): ". .. პროფესორმა ნ.ნ. ბეკეტოვმა თავის ნაშრომში „გამოკვლევები რეპრესიების ფენომენებზე“ (ხარკოვი, 1865 წ.) შემოგვთავაზა სპეციალური ჰიპოთეზა, რომელსაც თითქმის ავტორის სიტყვებით გამოვხატავთ.

ალუმინის ოქსიდისთვის Al2O3 უფრო ძლიერია ვიდრე AlCl3 და AlI3 ჰალოიდები. ოქსიდში თანაფარდობა Al: O = 112: 100, ქლორიდისთვის Al: Cl = 25: 100, იოდიდისთვის Al: I = 7: 100. ვერცხლის ოქსიდისთვის Ag2O (ფარდობა 1350: 100) ნაკლებად გამძლეა ვიდრე ქლორიდი ( Ag: Cl = = 100: 33), ხოლო იოდიდი ყველაზე გამძლეა (Ag: I = 85: 100). ამ და მსგავსი მაგალითებიდან ჩანს, რომ ყველაზე გამძლეა ის ნაერთები, რომლებშიც დამაკავშირებელი ელემენტების მასები თითქმის ერთნაირი ხდება. მაშასადამე, ჩნდება დიდი მასების დიდი მასების შერწყმის სურვილი, ხოლო მცირე მასების - წვრილთან, მაგალითად: Ag2O + 2KI იძლევა K2O + 2AgI. იმავე მიზეზით როცა ამაღლებული ტემპერატურა Ag2O, HgO, Au2O3 და მსგავსი ოქსიდები, რომლებიც შედგება არათანაბარი მასებისგან, იშლება, ხოლო მსუბუქი ლითონების ოქსიდები, ისევე როგორც წყალი, ასე ადვილად არ იშლება. ყველაზე სითბოს მდგრადი ოქსიდები - MgO, CaO, SiO2, Al2O3 უახლოვდება მასის თანასწორობის პირობას. ამავე მიზეზით, HI უფრო ადვილად იშლება ვიდრე HCl. ქლორი არ მოქმედებს MgO-ზე და Al2O3-ზე, მაგრამ მოქმედებს CaO-ზე, Ag2O-ზე და ა.შ.

ნათესაობათა ჭეშმარიტი ურთიერთობის გასაგებად, - ასკვნის მენდელეევი, - ის დამატებები ქიმიური ფენომენების მექანიკურ თეორიაში, რომელსაც ბეკეტოვი იძლევა, ჯერ კიდევ შორს არის საკმარისად. მიუხედავად ამისა, მრავალი ნაერთის ფარდობითი სიძლიერის ახსნის გზაზე, შეგიძლიათ ნახოთ უაღრესად მნიშვნელოვანი კითხვების ძალიან საინტერესო განცხადება. ასეთი მცდელობების გარეშე შეუძლებელია ექსპერიმენტული ცოდნის კომპლექსური ობიექტების დაუფლება.

ასე რომ, ღირსშესანიშნავი ქიმიკოსის ღვაწლის შემცირების გარეშე, უნდა ვაღიაროთ, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ნ.ნ.ბეკეტოვის თეორიამ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა თეორიული ქიმიის განვითარებაში, არ უნდა მივაწეროთ მას ლითონების შედარებითი აქტივობის დამკვიდრება მჟავებიდან წყალბადის გადაადგილების რეაქცია და ლითონების აქტივობის შესაბამისი სერია: მისი მექანიკური ქიმიური ფენომენების თეორია დარჩა ქიმიის ისტორიაში, როგორც მისი მრავალი ეტაპიდან ერთ-ერთი.

რატომ, მაშ, ზოგიერთ წიგნში ბეკეტოვს მიაწერენ იმას, რაც მან ვერ აღმოაჩინა? ეს ტრადიცია, ისევე როგორც მრავალი სხვა, ალბათ გაჩნდა 1940-იანი წლების ბოლოს და 1950-იანი წლების დასაწყისში. XX საუკუნის, როდესაც სსრკ-ში მძვინვარებდა კამპანია „დასავლეთისადმი ჩივილის“ წინააღმდეგ საბრძოლველად და ავტორებს უბრალოდ მეცნიერებაში ყველა მეტ-ნაკლებად შესამჩნევი აღმოჩენა ექსკლუზიურად ადგილობრივ მეცნიერებს უნდა მიეწერათ და უცხოელი ავტორების ციტირებაც კი ითვლებოდა ამბოხად. (სწორედ იმ წლებში ხუმრობდა იმის შესახებ, რომ "რუსეთი სპილოების სამშობლოა"). მაგალითად, მ.ვ. ლომონოსოვს მიენიჭა ენერგიის შენარჩუნების კანონის აღმოჩენა, რომელიც აღმოაჩინეს მხოლოდ მე -19 საუკუნის შუა ხანებში. აქ მოცემულია იმდროინდელი მეცნიერების ისტორიის წარმოდგენის კონკრეტული მაგალითი. ვლადიმირ ორლოვის წიგნში „მამაცი აზროვნების შესახებ“ (მ.: მოლოდაია გვარდია, 1953 წ.), გამოგონებები ელექტროენერგიის სფეროში აღწერილია შემდეგი სიტყვებით: „უცხოელებმა გაანადგურეს ელექტრული სინათლის აკვანი ... ამერიკელებმა მოიპარეს მშვენიერი რუსი. გამოგონება ... ედისონმა ამერიკაში ხარბად დაიწყო რუსული გამოგონების გაუმჯობესება ... უცხოელმა მეცნიერებმა დააბრკოლეს რუსი ხალხის გენიოსის მიერ შექმნილი ელექტრო ნათურა ... ამერიკელმა იმპერიალისტებმა შეურაცხყვეს ელექტროენერგია ... მათ შემდეგ იუგოსლაველმა ფაშისტებმა შეურაცხყვეს ელექტრო სინათლე ... "- და ა.შ. და ა.შ. ცალკეული გამოძახილები იმ დროის იმ ცუდი მოგონებების შესახებ, როგორც ჩანს, ზოგიერთ სახელმძღვანელოში დარჩა და ისინი უნდა განადგურდეს. როგორც ქიმიის ერთ-ერთმა ისტორიკოსმა თქვა, „ლომონოსოვი საკმარისად დიდია, რომ მას სხვისი აღმოჩენები არ მიაწეროს“.

"სანთელი იწვა..."

სანთლის დაწვის დროს დაფიქსირებული ფენომენები ისეთია, რომ არ არსებობს ბუნების ერთი კანონი, რომელიც ამა თუ იმ გზით არ იმოქმედებს.

მაიკლ ფარადეი. სანთლის ისტორია

ეს ამბავი "ექსპერიმენტულ გამოძიებას" ეხება. ქიმიაში მთავარი ექსპერიმენტია. მთელს მსოფლიოში ლაბორატორიებში მილიონობით სხვადასხვა ექსპერიმენტი ჩატარდა და ტარდება, მაგრამ ძალზე იშვიათია პროფესიონალი მკვლევარის გაკეთება ისე, როგორც ამას ზოგიერთი ახალგაზრდა ქიმიკოსი აკეთებს: რა მოხდება, თუ რაიმე საინტერესო მოხდება? ყველაზე ხშირად, მკვლევარს აქვს მკაფიოდ ჩამოყალიბებული ჰიპოთეზა, რომლის დადასტურებას ან უარყოფას ექსპერიმენტულად ცდილობს. მაგრამ ახლა გამოცდილება დასრულდა, შედეგი მიღებულია. თუ ის არ ეთანხმება ჰიპოთეზას, მაშინ ის არასწორია (რა თქმა უნდა, თუ ექსპერიმენტი სწორად არის დაყენებული და ის რამდენჯერმე განმეორდება). რა მოხდება, თუ თანახმაა? ნიშნავს თუ არა ეს, რომ ჰიპოთეზა სწორია და დროა გადავიტანოთ იგი თეორიის კატეგორიაში? დამწყები მკვლევარი ხანდახან ასე ფიქრობს, მაგრამ გამოცდილი არ ჩქარობს დასკვნების გამოტანას, არამედ ჯერ მტკიცედ ფიქრობს, შესაძლებელია თუ არა მიღებული შედეგის სხვაგვარად ახსნა.

ქიმიის ისტორიამ იცის ათასობით მაგალითი იმისა, თუ რამდენად სასარგებლოა ასეთი „აზროვნება“. შემდეგი სამი ამბავი უბრალოდ ეძღვნება იმას, თუ რამდენად საშიში შეიძლება იყოს იმის დაჯერება, რომ „წარმატებული“ ექსპერიმენტი ამტკიცებს ჰიპოთეზის სისწორეს. ზოგჯერ კლასში აჩვენებენ ასეთ გამოცდილებას. წყლის თეფშში ნებადართულია პატარა ხის ან ქაფიანი წრე, რომელზედაც დამაგრებულია ანთებული სანთელი. ინვერსიული შუშის ქილა ჩამოშვებულია წრეზე სანთლით და ამ მდგომარეობაში მოთავსებულია ფირფიტის ძირში. ცოტა ხანში სანთელი ჩაქრება და ქილის ნაწილი წყლით ივსება. ეს ექსპერიმენტი უნდა აჩვენოს, რომ ჰაერის (ჟანგბადის) მხოლოდ მეხუთედი მხარს უჭერს წვას. მართლაც, ერთი შეხედვით ჩანს, რომ წყალი დაახლოებით მეხუთედით გაიზარდა, თუმცა უფრო ზუსტი გაზომვები ჩვეულებრივ არ ხდება. ერთი შეხედვით, ექსპერიმენტი მარტივი და საკმაოდ დამაჯერებელია: ბოლოს და ბოლოს, ჰაერში ჟანგბადი მართლაც 21% მოცულობითია. თუმცა, ქიმიის თვალსაზრისით, ეს ყველაფერი არ არის სწორი. მართლაც, სანთლები მზადდება პარაფინისგან, ხოლო პარაფინი შედგება C შემადგენლობის გაჯერებული ნახშირწყალბადებისგან. ნ H2 ნ+2 18–35 ნახშირბადით. წვის რეაქციის განტოლება შეიძლება დაიწეროს ზოგადი ფორმით შემდეგნაირად: ნ H2 ნ +2 + (3 ნ+ 1)/2 O2 → ნ CO2 + ( ნ+ 1)H2O. იმიტომ რომ ნდიდია, მაშინ კოეფიციენტი ჟანგბადის წინ ძალიან ახლოს არის 1,5-თან ნ(ამისთვის ნ= 18 განსხვავება (3 ნ+ +1)/2 და 1.5 ნიქნება 2%-ზე ნაკლები ამისთვის ნ= 30 ეს კიდევ უფრო ნაკლები იქნება). ამრიგად, მოხმარებული ჟანგბადის 1,5 მოცულობისთვის გამოიყოფა 1 მოცულობა CO2. მაშასადამე, მაშინაც კი, თუ ქილადან მთელი ჟანგბადი (იგი მოცულობით 0,21-ია) დაიხარჯება, მის ნაცვლად, წვის შემდეგ, უნდა გამოიყოს 0,21: 1,5 = 0,14 ტომი ნახშირორჟანგი. ეს ნიშნავს, რომ წყალი საერთოდ არ უნდა ავსებდეს ქილის მეხუთედს!

მაგრამ არის ეს მსჯელობა სწორი? ყოველივე ამის შემდეგ, ნახშირორჟანგი, როგორც მოგეხსენებათ, წყალში ძალიან ხსნადია. იქნებ ეს ყველაფერი "წყალში ჩავიდეს"? თუმცა, ამ გაზის დაშლის პროცესი ძალიან ნელია. ეს აჩვენა სპეციალურმა ექსპერიმენტებმა: CO2-ით სავსე ინვერსიულ ქილაში სუფთა წყალი თითქმის არ ამოდის ერთ საათში. სანთელთან ექსპერიმენტი ერთ წუთზე ნაკლებს გრძელდება, ამიტომ, ჟანგბადის სრულად მოხმარების შემთხვევაშიც კი, წყალი უნდა შევიდეს ქილაში მისი მოცულობის მხოლოდ 0,21 - 0,1 = 0,07 (დაახლოებით 7%).

მაგრამ ეს ყველაფერი არ არის. გამოდის, რომ სანთელი ქილაში მთელ ჟანგბადს კი არა, მის მხოლოდ მცირე ნაწილს „წვავს“. ჰაერის ანალიზმა, რომელშიც სანთელი ჩაქრა, აჩვენა, რომ ის კვლავ შეიცავდა 16% ჟანგბადს (საინტერესოა, რომ ჟანგბადის შემცველობა ნორმალური ადამიანის ამოსუნთქვისას მცირდება დაახლოებით იმავე დონეზე). ეს ნიშნავს, რომ წყალი საერთოდ არ უნდა შევიდეს ქილაში! თუმცა გამოცდილება აჩვენებს, რომ ეს ასე არ არის. როგორ ავხსნათ?

უმარტივესი ვარაუდი: ანთებული სანთელი ათბობს ჰაერს, მისი მოცულობა იზრდება და ჰაერის ნაწილი ქილადან გამოდის. ქილაში ჰაერის გაციების შემდეგ (ეს საკმაოდ სწრაფად ხდება), მასში წნევა იკლებს და წყალი გარე ატმოსფერული წნევის ზემოქმედებით ხვდება ქილაში. იდეალური აირების კანონის შესაბამისად (და ჰაერი პირველი მიახლოებით შეიძლება ჩაითვალოს იდეალურ გაზად), იმისთვის, რომ ჰაერის მოცულობა გაიზარდოს 1/5-ით, მისი ტემპერატურაც (აბსოლუტური) უნდა გაიზარდოს 1/5-ით, ე.ი. გაზრდა 293 K-დან (20 ° C) 1.2 293 = 352 K-მდე (დაახლოებით 80 ° C). Არც ისე ძალიან! ჰაერის გაცხელება სანთლის ალით 60°-ზე სავსებით შესაძლებელია. რჩება მხოლოდ ექსპერიმენტულად შემოწმება, გამოდის თუ არა ჰაერი ქილიდან ექსპერიმენტის დროს.

თუმცა, პირველი ექსპერიმენტები არ ადასტურებდნენ ამ ვარაუდს. ასე რომ, 0,45 ლ მოცულობის ფართო პირის ქილაში ჩატარებული ექსპერიმენტების სერიაში, ქილის კიდეებიდან ჰაერის „ღრიალის“ ნიშნები არ დაფიქსირებულა. კიდევ ერთი მოულოდნელი დაკვირვება: ქილაში წყალი, სანამ სანთელი იწვა, თითქმის არ შედიოდა.

და მხოლოდ მას შემდეგ, რაც სანთელი ჩაქრა, ამოტრიალებულ ქილაში წყლის დონემ სწრაფად აიწია. როგორ ავხსნათ?

შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ სანამ სანთელი იწვის, ქილაში ჰაერი თბება, მაგრამ ამავე დროს, მისი მოცულობა კი არ იზრდება, არამედ წნევა, რაც ხელს უშლის წყლის შეწოვას. წვის შეწყვეტის შემდეგ ქილაში ჰაერი კლებულობს, წნევა ეცემა და წყალი მატულობს. თუმცა, ეს ახსნა არ ჯდება. ჯერ ერთი, წყალი არ არის მძიმე ვერცხლისწყალი, რომელიც დაიცავს ჰაერს ქილიდან გასვლისგან, წნევის უმნიშვნელო მატებით. (ვერცხლისწყლის ბეჭედს ოდესღაც ყველა ფიზიკოსი და ქიმიკოსი იყენებდა, რომლებიც აირებს სწავლობდნენ.) მართლაც, წყალი ვერცხლისწყალზე 13,6-ჯერ მსუბუქია, ხოლო წყლის დალუქვის სიმაღლე ქილის კიდესა და თეფშში წყლის დონეს შორის მცირეა. . ამიტომ, წნევის მცირე მატებაც კი აუცილებლად გამოიწვევს ჰაერის „ბუშტუკს“ სარქველში.

მეორე წინააღმდეგობა კიდევ უფრო სერიოზულია. მაშინაც კი, თუ თეფშში წყლის დონე უფრო მაღალი იყო და წყალი არ გამოუშვებს გაცხელებულ ჰაერს მაღალი წნევის ქვეშ ქილიდან, მაშინ მას შემდეგ რაც ქილაში ჰაერი გაცივდება, მისი ტემპერატურაც და წნევაც დაუბრუნდება თავდაპირველ მნიშვნელობებს. ასე რომ, ქილაში ჰაერის ჩასვლის მიზეზი არ იქნებოდა.

გამოცანის ამოხსნა მხოლოდ ექსპერიმენტის დროს მცირე დეტალის შეცვლით მოხდა. როგორც წესი, ქილა სანთლის თავზე "იდება". მაშ, იქნებ ეს არის ბანკში ჰაერის უცნაური ქცევის მიზეზი? ანთებული სანთელი ქმნის გაცხელებული ჰაერის ზევით ნაკადს და როცა ქილა ზემოდან მოძრაობს, ცხელი ჰაერი ანაცვლებს ცივ ჰაერს ქილიდან მანამ, სანამ ქილის კიდე წყალს შეეხება. ამის შემდეგ, ჰაერის ტემპერატურა ქილაში, სანამ სანთელი იწვის, ოდნავ იცვლება, ამიტომ ჰაერი არ ტოვებს მას (და ასევე არ შედის შიგნით). ხოლო ქილაში ცხელი ჰაერის წვის შეწყვეტისა და გაგრილების შემდეგ, მასში წნევა შესამჩნევად იკლებს და გარე ატმოსფერული წნევა წყლის ნაწილს ქილაში გადააქვს.

ამ ვარაუდის შესამოწმებლად, რამდენიმე ექსპერიმენტში ქილა სანთელზე „დაიცვეს“ არა ზემოდან, არამედ გვერდიდან, თითქმის ეხებოდა ცეცხლს ქილის კიდით, რის შემდეგაც ქვევით სწრაფი მოძრაობით ქილა. თეფშს ძირზე მოათავსეს. და მაშინვე ქილის კიდედან, ჰაერის ბუშტუკებმა სწრაფად გაჩნდა! ბუნებრივია, მას შემდეგ, რაც სანთლის წვა შეჩერდა, წყალი იწოვა შიგნით - დაახლოებით იმავე დონეზე, როგორც წინა ექსპერიმენტებში.

ასე რომ, ეს ექსპერიმენტი სანთლით ვერანაირად ვერ ასახავს ჰაერის შემადგენლობას. მაგრამ ის იმეორებს ბრძნული გამონათქვამიდიდი ფიზიკოსი, გადმოცემულია ეპიგრაფში.

ბალანსის მიახლოება...

განვიხილოთ ექსპერიმენტის კიდევ ერთი მცდარი ახსნა, რომელშიც გაზებიც თბება. ეს ახსნა იპოვა პოპულარულ ქიმიის სტატიებში და კოლეჯის სახელმძღვანელოებშიც კი. ასე რომ, ზოგადი ქიმიის მთელ რიგ უცხოურ სახელმძღვანელოებში აღწერილია მშვენიერი ექსპერიმენტი, რომლის არსს წარმოვადგენთ ციტატით ნოელ უეიტის სახელმძღვანელოდან „ქიმიური კინეტიკა“. რელაქსაციის მეთოდი. ეიგენის მეთოდი, რომლისთვისაც ავტორი დაჯილდოვდა 1967 წელს ნობელის პრემიაქიმიაში მას რელაქსაციის მეთოდს უწოდებენ. რეაქტიული სისტემა გარკვეულ პირობებში აღწევს წონასწორობის მდგომარეობას. ეს პირობები (ტემპერატურა, წნევა, ელექტრული ველი) შემდეგ სწრაფად ირღვევა - უფრო სწრაფად, ვიდრე წონასწორობა იცვლება. სისტემა კვლავ მოდის წონასწორობაში, მაგრამ ახლა ახალ პირობებში; ამას ჰქვია "დასვენება ახალ წონასწორობის პოზიციაზე". სანამ რელაქსაცია მიმდინარეობს, სისტემის ზოგიერთი თვისების ცვლილება მონიტორინგდება...

ექსპერიმენტი, რომელიც აჩვენებს დასვენების ფენომენს.

ზოგიერთ შემთხვევაში, წონასწორობის მდგომარეობა ახალ პირობებში იმდენად ნელა მყარდება, რომ კონცენტრაციის ცვლილება შეიძლება მოჰყვეს ჩვეულებრივი ლაბორატორიული აღჭურვილობის დახმარებით და ამგვარად შეინიშნება რელაქსაციის ფენომენი. მაგალითად, განვიხილოთ აზოტის დიოქსიდის (მუქი ყავისფერი გაზი) დიმერზე (უფერო გაზზე) გადასვლა:

შეავსეთ შუშის გაზის შპრიცი დაახლოებით 80 სმ3 გაზით. სწრაფად დააჭირეთ შპრიცის დგუშის და შეკუმშეთ გაზი 50-60 სმ3-მდე. შეამოწმეთ, რომ გაზის ფერი შეიცვალა. ჯერ იქნება გაზის სწრაფი ჩაბნელება, რადგან გაიზრდება NO2-ის კონცენტრაცია, მაგრამ შემდეგ მოხდება ნელი გაღიავება, რადგან მაღალი წნევახელს უწყობს N2O4-ის წარმოქმნას და წონასწორობა მიიღწევა ახალ გარე პირობებში.

რიგ სახელმძღვანელოებში მსგავსი აღწერა მოცემულია ლე შატელიეს პრინციპის საილუსტრაციოდ: გაზის წნევის მატებასთან ერთად წონასწორობა გადადის მოლეკულების რაოდენობის შემცირებისკენ, ამ შემთხვევაში უფერო N2O4 დიმერისკენ. ტექსტს ახლავს სამი ფერადი ფოტო. ისინი აჩვენებენ, თუ როგორ, შეკუმშვისთანავე, თავდაპირველად მოყვითალო-ყავისფერი ნარევი ხდება მუქი ყავისფერი, ხოლო მესამე ფოტოზე, რომელიც გადაღებულია რამდენიმე წუთის შემდეგ, შპრიცში არსებული გაზის ნარევი შესამჩნევად ანათებს.

ხანდახან ამატებენ, რომ დგუში უნდა დააჭიროთ რაც შეიძლება სწრაფად, რათა ბალანსს ამ დროის განმავლობაში მოძრაობის დრო არ ჰქონდეს.

ერთი შეხედვით, ეს ახსნა ძალიან დამაჯერებლად გამოიყურება. თუმცა, შპრიცში მიმდინარე პროცესების რაოდენობრივი გამოკვლევა მთლიანად უარყოფს ყველა დასკვნას. ფაქტია, რომ მითითებული წონასწორობა აზოტის დიოქსიდს NO2 და მის დიმერს (აზოტის ტეტროქსიდი) N2O4 შორის მყარდება ძალიან სწრაფად: წამის მემილიონედებში! აქედან გამომდინარე, შეუძლებელია შპრიცში გაზის შეკუმშვა უფრო სწრაფად, ვიდრე ეს წონასწორობა დამყარებულია. მაშინაც კი, თუ დგუშის ფოლადის „შპრიცში“ აფეთქების საშუალებით გადაადგილდებით, წონასწორობის დამყარება დიდი ალბათობით ექნებოდა დრო, რადგან დგუში მოძრაობს მისი ინერციის გამო. სხვაგვარად როგორ შეიძლება აიხსნას ამ ექსპერიმენტში დაფიქსირებული ფენომენი? რა თქმა უნდა, მოცულობის შემცირება და გაზების კონცენტრაციის შესაბამისი ზრდა იწვევს ფერის მატებას. მაგრამ არა ეს მთავარი მიზეზი. ვისაც ხელის ტუმბოთი ველოსიპედის მილი აქვს გაბერილი, იცის, რომ ტუმბო (განსაკუთრებით ალუმინის) ძალიან ცხელდება. დგუშის ხახუნს ტუმბოს მილზე არავითარი კავშირი არ აქვს - ამის შემოწმება ადვილია რამდენიმე უსაქმური რხევით, როცა ტუმბოში ჰაერი არ არის შეკუმშული. გათბობა ხდება ეგრეთ წოდებული ადიაბატური შეკუმშვის შედეგად - როდესაც სითბოს არ აქვს დრო, რომ გაიფანტოს მიმდებარე სივრცეში. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც აზოტის ოქსიდების ნარევი შეკუმშულია, ის ასევე უნდა გაცხელდეს. და როდესაც თბება, წონასწორობა ამ ნარევში ძლიერად გადადის დიოქსიდისკენ.

რამდენად ცხელი იქნება ნარევი შეკუმშვისას? ტუმბოში ჰაერის შეკუმშვის შემთხვევაში, გათბობა შეიძლება ადვილად გამოითვალოს ადიაბატური განტოლების გამოყენებით. იდეალური გაზი: სატელევიზიოγ–1 = const, სადაც თარის გაზის ტემპერატურა (კელვინებში), ვარის მისი მოცულობა, γ = C გვ / CVარის მუდმივი წნევის დროს გაზის თბოტევადობის თანაფარდობა მუდმივი მოცულობის სითბოს სიმძლავრის მიმართ. ერთატომური (კეთილშობილი) გაზებისთვის γ = 1,66, დიათომისთვის (ჰაერიც მათ ეკუთვნის) γ = 1,40, ტრიატომურისთვის (მაგალითად, NO2-სთვის) γ = 1,30 და ა.შ. ტომი 2 შეიძლება გადაიწეროს როგორც თ 2/ თ 1 = (ვ 1/ ვ 2)γ–1. თუ დგუში მკვეთრად უბიძგებს ტუმბოს შუაში, როდესაც მასში ჰაერის მოცულობა განახევრდება, მაშინ შეკუმშვამდე და შეკუმშვის შემდეგ ტემპერატურის თანაფარდობისთვის ვიღებთ განტოლებას. თ 2/ თ 1 = = 20.4 = 1.31. Და თუ თ 1 \u003d 293 K (20 ° C), შემდეგ თ 2 = 294 K (111 ° C)!

შეუძლებელია აირის იდეალური განტოლების პირდაპირ გამოყენება აზოტის ოქსიდების ნარევის მდგომარეობის გამოსათვლელად შეკუმშვისთანავე, რადგან ამ პროცესში არა მხოლოდ მოცულობა, წნევა და ტემპერატურის ცვლილება, არამედ მოლების რაოდენობაც (NO2 N2O4 თანაფარდობა) ქიმიური რეაქცია. პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია მხოლოდ დიფერენციალური განტოლების რიცხვითი ინტეგრაციით, რომელიც ითვალისწინებს, რომ მოძრავი დგუშის მიერ შესრულებული სამუშაო ყოველ მომენტში იხარჯება, ერთი მხრივ, ნარევის გაცხელებაზე, ხოლო მეორე მხრივ, დიმერის დისოციაცია. ვარაუდობენ, რომ ცნობილია N2O4-ის დისოციაციის ენერგია, ორივე აირის სითბური შესაძლებლობები, მათთვის γ-ის მნიშვნელობა და წონასწორული პოზიციის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე (ეს ყველაფერი ცხრილური მონაცემებია). გაანგარიშება აჩვენებს, რომ თუ ატმოსფერული წნევისა და ოთახის ტემპერატურაზე აირების საწყისი ნარევი სწრაფად შეკუმშულია მოცულობის ნახევარზე, მაშინ ნარევი გაცხელდება მხოლოდ 13 °C-ით. თუ ნარევს შეკუმშავთ მოცულობის სამჯერ შემცირებამდე, ტემპერატურა გაიზრდება 21°C-ით. და ნარევის ოდნავ გაცხელებაც კი ძლიერად ცვლის წონასწორობის პოზიციას N2O4-ის დისოციაციისკენ.

შემდეგ კი ხდება აირის ნარევის ნელი გაგრილება, რაც იწვევს წონასწორობის იგივე ნელ გადაადგილებას N2O4-ისკენ და ფერის შესუსტებას, რაც შეინიშნება ექსპერიმენტში. გაგრილების სიჩქარე დამოკიდებულია შპრიცის კედლების მასალაზე, მათ სისქეზე და მიმდებარე ჰაერთან სითბოს გაცვლის სხვა პირობებზე, როგორიცაა ოთახის ნაკაწრები. მნიშვნელოვანია, რომ წონასწორობის თანდათანობით გადანაცვლებით მარჯვნივ, N2O4-ისკენ, NO2 მოლეკულების დიმერიზაცია ხდება სითბოს გამოყოფით, რაც ამცირებს ნარევის გაგრილების სიჩქარეს (მსგავსია წყლის გაყინვის დიდ რეზერვუარებში. ზამთრის დასაწყისი არ იძლევა ჰაერის ტემპერატურის სწრაფ დაცემას).

რატომ ვერც ერთმა ექსპერიმენტატორმა არ იგრძნო შპრიცის გაცხელება, როცა დგუშის ჩასმა? პასუხი ძალიან მარტივია. გაზის ნარევისა და მინის (ერთეული მასის) სითბოს სიმძლავრეები დიდად არ განსხვავდება. მაგრამ შუშის დგუშის მასა ათობით და ზოგჯერ ასეულჯერ აღემატება გაზის მასას. ამიტომ, მაშინაც კი, თუ გამაგრილებელი აირის ნარევის მთელი სითბო გადაეცემა შპრიცის კედლებს, ეს კედლები გაცხელდება მხოლოდ რამდენიმე გრადუსით.

პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს აზოტის ორ ოქსიდს შორის წონასწორობის მქონე განხილულ სისტემას. დაბალ წნევაზე NO2 და N2O4 ნარევი ადვილად თხევადდება. ეს შესაძლებელს ხდის გამოიყენოს იგი როგორც ეფექტური გამაგრილებელი, მიუხედავად მისი მაღალი ქიმიური აქტივობისა და აღჭურვილობის კოროზიული ეფექტისა. წყლისგან განსხვავებით, რომელიც თერმული ენერგიის მიღებისას, მაგალითად, ბირთვული რეაქტორიდან, ძალიან ცხელდება და შეიძლება აორთქლდეს კიდეც, აზოტის ოქსიდების ნარევში სითბოს გადატანა ძირითადად იწვევს არა მის გაცხელებას, არამედ ქიმიურ რეაქციას - რღვევას. N–N ბმა N2O4 მოლეკულაში. მართლაც, N–N ბმის გაწყვეტა ნივთიერების ერთ მოლში (92 გ) გაცხელების გარეშე მოითხოვს 57,4 კჯ ენერგიას. თუ ასეთი ენერგია გადაეცემა 92 გ წყალს 20 ° C ტემპერატურაზე, მაშინ 30,8 კჯ წავა წყლის ადუღებამდე გასათბობად, ხოლო დარჩენილი 26,6 კჯ გამოიწვევს დაახლოებით 11 გ წყლის აორთქლებას! აზოტის ოქსიდების შემთხვევაში ნარევი დიდად არ ცხელდება, დანადგარის ცივ ადგილებში ცირკულირებადი ნარევი ოდნავ ცივდება, წონასწორობა გადადის N2O4-ისკენ და ნარევი კვლავ მზადაა სითბოს მისაღებად.

ლითონების ელექტროქიმიური აქტივობის სერია (ძაბვის დიაპაზონი, სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალის დიაპაზონი) - თანმიმდევრობა, რომლითაც ლითონები განლაგებულია მათი სტანდარტული ელექტროქიმიური პოტენციალის გაზრდის მიზნით φ 0, რომელიც შეესაბამება ლითონის კათიონის შემცირების ნახევრად რეაქციას Me n+ : Me n+ + nē → Me

რიგი სტრესები ახასიათებს ლითონების შედარებით აქტივობას რედოქს რეაქციებში წყალხსნარებში.

ამბავი

ლითონების თანმიმდევრობა მათი ქიმიური აქტივობის ცვლილების თანმიმდევრობით ზოგადი თვალსაზრისითუკვე ცნობილია ალქიმიკოსებისთვის. ხსნარებიდან ლითონების ურთიერთ გადაადგილების პროცესები და მათი ზედაპირული ნალექი (მაგალითად, ვერცხლის და სპილენძის გადაადგილება მათი მარილების ხსნარებიდან რკინით) განიხილებოდა, როგორც ელემენტების ტრანსმუტაციის გამოვლინება.

მოგვიანებით ალქიმიკოსები მიუახლოვდნენ მათ ხსნარებიდან ლითონების ურთიერთნალექის ქიმიური მხარის გაგებას. ასე რომ, ანჯელუს სალა თავის Anatomia Vitrioli-ში (1613) მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ პროდუქტები ქიმიური რეაქციებიშედგება იგივე „კომპონენტებისგან“, რომლებიც შეიცავდა ორიგინალურ ნივთიერებებს. შემდგომში, რობერტ ბოილმა შემოგვთავაზა ჰიპოთეზა იმის შესახებ, თუ რატომ ანაცვლებს ერთი მეტალი მეორეს ხსნარიდან, კორპუსკულური წარმოდგენების საფუძველზე.

კლასიკური ქიმიის ფორმირების ეპოქაში, ელემენტების უნარი ნაერთებისგან ერთმანეთის გადაადგილებისა გახდა რეაქტიულობის გაგების მნიშვნელოვანი ასპექტი. ჯ.ბერცელიუსმა, აფინურობის ელექტროქიმიური თეორიის საფუძველზე, ააგო ელემენტების კლასიფიკაცია, დაყო ისინი "მეტალოიდებად" (ახლა გამოიყენება ტერმინი "არამეტალები") და "მეტალები" და მათ შორის წყალბადი ჩადო.

ლითონების თანმიმდევრობა მათი გადაადგილების უნარის მიხედვით, რომელიც დიდი ხანია ცნობილია ქიმიკოსებისთვის, განსაკუთრებით საფუძვლიანად და სრულყოფილად იქნა შესწავლილი და დაემატა ნ.ნ.ბეკეტოვმა 1860-იან წლებში და შემდგომ წლებში. უკვე 1859 წელს მან გააკეთა მოხსენება პარიზში თემაზე "კვლევა ზოგიერთი ელემენტის გადაადგილების ფენომენების შესახებ სხვების მიერ". ამ ნაშრომში ბეკეტოვმა შეიტანა მთელი რიგი განზოგადებები ელემენტების ურთიერთ გადაადგილებასა და მათ ატომურ წონას შორის ურთიერთობის შესახებ, აკავშირებს ამ პროცესებს ". ელემენტების ორიგინალური ქიმიური თვისებები - რასაც ქიმიური აფინურობა ჰქვია» . ბეკეტოვის აღმოჩენამ წყალბადის მიერ მათი მარილების ხსნარებიდან ლითონების გადაადგილების შესახებ ზეწოლის ქვეშ და ალუმინის, მაგნიუმის და თუთიის შემცირების აქტივობის შესწავლა მაღალ ტემპერატურაზე (მეტალოთერმია) მისცა მას ჰიპოთეზა წამოეყენებინა ზოგიერთის უნარს შორის ურთიერთობის შესახებ. ელემენტები ნაერთებისგან სხვების გადასატანად მათი სიმკვრივით: მსუბუქია მარტივი ნივთიერებებიშეუძლია გადაიტანოს უფრო მძიმეები (ამიტომ, ამ სერიას ხშირად ასევე უწოდებენ ბეკეტოვის გადაადგილების სერია, ან უბრალოდ ბეკეტოვის სერია).

ბეკეტოვის მნიშვნელოვანი დამსახურების უარყოფის გარეშე ლითონების აქტივობის რაოდენობის შესახებ თანამედროვე იდეების შემუშავებაში, მცდარი უნდა ჩაითვალოს ის, რაც ჭარბობს შიდა პოპულარულ და საგანმანათლებლო ლიტერატურამისი, როგორც ამ სერიის ერთადერთი შემქმნელის იდეა. მე-19 საუკუნის ბოლოს მოპოვებულმა მრავალრიცხოვანმა ექსპერიმენტულმა მონაცემებმა უარყო ბეკეტოვის ჰიპოთეზა. ამრიგად, უილიამ ოდლინგმა აღწერა „აქტივობის შებრუნების“ მრავალი შემთხვევა. მაგალითად, სპილენძი ანაცვლებს კალას SnCl 2-ის კონცენტრირებული დამჟავებული ხსნარიდან და ტყვია PbCl 2-ის მჟავე ხსნარიდან; მას ასევე შეუძლია დაითხოვოს კონცენტრირებულ მარილმჟავაში წყალბადის გამოყოფით. სპილენძი, კალა და ტყვია არის კადმიუმის მარჯვნივ მწკრივში, თუმცა მათ შეუძლიათ გადააადგილონ იგი მდუღარე ოდნავ დამჟავებული CdCl 2 ხსნარიდან.

თეორიული და ექსპერიმენტული ფიზიკური ქიმიის სწრაფმა განვითარებამ მიუთითა ლითონების ქიმიური აქტივობის სხვაობის სხვა მიზეზზე. ელექტროქიმიის თანამედროვე კონცეფციების შემუშავებით (ძირითადად ვალტერ ნერნსტის ნაშრომებში) ცხადი გახდა, რომ ეს თანმიმდევრობა შეესაბამება "ძაბვის სერიას" - ლითონების განლაგებას სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალების მნიშვნელობის მიხედვით. ამრიგად, ხარისხობრივი მახასიათებლის ნაცვლად - ლითონისა და მისი იონის "მიდრეკილება" გარკვეული რეაქციებისადმი - ნერსტმა შემოიღო ზუსტი რაოდენობრივი მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს თითოეული ლითონის უნარს გადავიდეს ხსნარში იონების სახით და ასევე შემცირდეს. იონები მეტალამდე ელექტროდზე და დასახელდა შესაბამისი სერია რიგი სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალი.

თეორიული საფუძველი

ელექტროქიმიური პოტენციალის მნიშვნელობები მრავალი ცვლადის ფუნქციაა და, შესაბამისად, აჩვენებს კომპლექსურ დამოკიდებულებას ლითონების პოზიციაზე პერიოდულ სისტემაში. ამრიგად, კათიონების დაჟანგვის პოტენციალი იზრდება ლითონის ატომიზაციის ენერგიის მატებასთან ერთად, მისი ატომების მთლიანი იონიზაციის პოტენციალის გაზრდით და მისი კათიონების ჰიდრატაციის ენერგიის შემცირებით.

ყველაზე ზოგადი ფორმით, ცხადია, რომ ლითონები პერიოდების დასაწყისში ხასიათდება ელექტროქიმიური პოტენციალის დაბალი მნიშვნელობებით და იკავებენ ადგილებს ძაბვის სერიის მარცხენა მხარეს. ამავდროულად, ტუტე და მიწის ტუტე ლითონების მონაცვლეობა ასახავს დიაგონალური მსგავსების ფენომენს. პერიოდების შუათან უფრო ახლოს მდებარე ლითონები ხასიათდებიან დიდი პოტენციური მნიშვნელობებით და იკავებენ ადგილებს სერიის მარჯვენა ნახევარში. ელექტროქიმიური პოტენციალის თანმიმდევრული ზრდა (-3,395 ვ-დან Eu 2+ /Eu წყვილისთვის [ ] +1,691 V-მდე Au + /Au წყვილისთვის) ასახავს ლითონების შემცირების აქტივობის შემცირებას (ელექტრონების შეწირვის უნარს) და მათი კათიონების ჟანგვის უნარის ზრდას (ელექტრონების მიმაგრების უნარს). ამრიგად, ყველაზე ძლიერი შემცირების საშუალებაა ევროპიუმის ლითონი, ხოლო ყველაზე ძლიერი ჟანგვის აგენტი არის ოქროს კათიონები Au+.

წყალბადი ტრადიციულად შედის ძაბვის სერიაში, ვინაიდან ლითონების ელექტროქიმიური პოტენციალის პრაქტიკული გაზომვა ხორციელდება სტანდარტული წყალბადის ელექტროდის გამოყენებით.

ძაბვის დიაპაზონის პრაქტიკული გამოყენება

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

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

ლითონების ელექტროქიმიური პოტენციალის ცხრილი

მეტალი	კატიონი	φ 0, ვ	რეაქტიულობა	ელექტროლიზი (კათოდზე):
	Li+	-3,0401	რეაგირებს წყალთან	წყალბადი გამოიყოფა
	Cs+	-3,026
	Rb+	-2,98
	K+	-2,931
	F+	-2,92
	Ra2+	-2,912
	ბა 2+	-2,905
	Sr2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	EU 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	სმ 2+	-2,68
	Md2+	-2,40	რეაგირებს მჟავების წყალხსნარებთან
	La 3+	-2,379
	Y 3+	-2,372
	Mg2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Pr 3+	-2,353
	Nd 3+	-2,323
	ჯერ 3+	-2,331
	ჰო 3+	-2,33
	Tm3+	-2,319
	სმ 3+	-2,304
	საღამოს 3+	-2,30
	Fm 2+	-2,30
	Dy 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	Tb 3+	-2,28
	Gd 3+	-2,279
	Es 2+	-2,23
	AC 3+	-2,20
	Dy 2+	-2,2
	საღამოს 2+	-2,2
	cf2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	ვარ 3+	-2,048
	სმ 3+	-2,04
	Pu3+	-2,031
	ჯერ 2+	-2,0
	Pr 2+	-2,0
	EU 3+	-1,991
	Lr 3+	-1,96
	cf 3+	-1,94
	ეს 3+	-1,91
	Th4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	იყავი 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	ალ 3+	-1,700
	Md 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		კონკურენტული რეაქციები: წყალბადის ევოლუცია და სუფთა ლითონის ევოლუცია
	hf 4+	-1,55
	Zr4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	არა 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn2+	-1,185
	V2+	-1,175
	Nb 3+	-1,1
	Nb 5+	-0,96
	V 3+	-0,87
	Cr2+	-0,852
	Zn2+	-0,763
	Cr3+	-0,74
	Ga3+	-0,560