ตารางเคมีไฟฟ้าของโลหะ โลกของวัสดุสมัยใหม่ - อนุกรมไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าของโลหะ

ส่วน: เคมี, การแข่งขัน "การนำเสนอสำหรับบทเรียน"

ระดับ: 11

การนำเสนอสำหรับบทเรียน

ย้อนกลับ

ความสนใจ! การแสดงตัวอย่างสไลด์มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้น และอาจไม่ได้แสดงถึงขอบเขตทั้งหมดของงานนำเสนอ หากคุณสนใจงานนี้ โปรดดาวน์โหลดเวอร์ชันเต็ม

เป้าหมายและเป้าหมาย:

• บทช่วยสอน:การพิจารณากิจกรรมทางเคมีของโลหะตามตำแหน่งในตารางธาตุ D.I. Mendeleev และในชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าของโลหะ
• กำลังพัฒนา:มีส่วนช่วยในการพัฒนาความจำทางการได้ยิน ความสามารถในการเปรียบเทียบข้อมูล คิดอย่างมีเหตุผล และอธิบายปฏิกิริยาเคมีที่กำลังดำเนินอยู่
• เกี่ยวกับการศึกษา:การสร้างทักษะ งานอิสระความสามารถในการแสดงความคิดเห็นอย่างมีเหตุผลและรับฟังเพื่อนร่วมชั้น เราปลูกฝังให้เด็กมีความรักชาติและภาคภูมิใจในเพื่อนร่วมชาติ

อุปกรณ์:พีซีพร้อมเครื่องฉายสื่อ, ห้องปฏิบัติการส่วนบุคคลพร้อมชุดสารเคมี, แบบจำลองโครงตาข่ายคริสตัลของโลหะ

ประเภทบทเรียน: การใช้เทคโนโลยีเพื่อพัฒนาความคิดเชิงวิพากษ์

ระหว่างเรียน

ฉัน. เวทีท้าทาย

การทำให้เป็นจริงของความรู้ในหัวข้อ การตื่นขึ้นของกิจกรรมทางปัญญา

เกมบลัฟ: "คุณเชื่อไหมว่า...". (สไลด์ 3)

1. โลหะอยู่ที่มุมซ้ายบนใน PSCE
2. ในผลึก อะตอมของโลหะถูกยึดเหนี่ยวด้วยพันธะโลหะ
3. เวเลนต์อิเล็กตรอนของโลหะจับกับนิวเคลียสอย่างแน่นหนา
4. โลหะในกลุ่มย่อยหลัก (A) มักจะมีอิเล็กตรอน 2 ตัวในระดับชั้นนอก
5. ในกลุ่มจากบนลงล่างมีคุณสมบัติการรีดิวซ์ของโลหะเพิ่มขึ้น
6. ในการประเมินปฏิกิริยาของโลหะในสารละลายของกรดและเกลือ ก็เพียงพอที่จะดูที่ชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าของโลหะ
7. ในการประเมินปฏิกิริยาของโลหะในสารละลายของกรดและเกลือ ก็เพียงพอที่จะดูตารางธาตุของ D.I. เมนเดเลเยฟ

คำถามถึงชั้นเรียน?รายการหมายความว่าอย่างไร ฉัน 0 - เน -\u003e ฉัน + n(สไลด์ 4)

ตอบ: Me0 - เป็นตัวรีดิวซ์ซึ่งหมายความว่ามันทำปฏิกิริยากับตัวออกซิไดซ์ สารต่อไปนี้สามารถทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์:

1. สารธรรมดา (+ O 2, Cl 2, S ... )
2. สารเชิงซ้อน (H 2 O, กรด, สารละลายเกลือ ... )

ครั้งที่สอง ทำความเข้าใจกับข้อมูลใหม่

ในฐานะที่เป็นเทคนิควิธีการเสนอเพื่อจัดทำแผนอ้างอิง

คำถามถึงชั้นเรียน?ปัจจัยใดที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติการรีดิวซ์ของโลหะ (สไลด์ 5)

ตอบ:จากตำแหน่งในตารางธาตุของ D.I. Mendeleev หรือจากตำแหน่งในอนุกรมไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าของโลหะ

ครูแนะนำแนวคิด: กิจกรรมทางเคมีและกิจกรรมไฟฟ้าเคมี.

ก่อนเริ่มคำอธิบาย ให้เด็กๆ เปรียบเทียบกิจกรรมของอะตอม ถึงและ หลี่ตำแหน่งในตารางธาตุ D.I. Mendeleev และกิจกรรมของสารอย่างง่ายที่เกิดจากองค์ประกอบเหล่านี้ตามตำแหน่งในชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าโลหะ (สไลด์ 6)

มีความขัดแย้ง:ตามตำแหน่งของโลหะอัลคาไลใน PSCE และตามรูปแบบการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของธาตุในกลุ่มย่อย กิจกรรมของโพแทสเซียมจะมากกว่าลิเธียม ในแง่ของตำแหน่งในซีรีย์แรงดันไฟฟ้า ลิเธียมมีการใช้งานมากที่สุด

วัสดุใหม่ครูอธิบายความแตกต่างระหว่างกิจกรรมทางเคมีและเคมีไฟฟ้าและอธิบายว่าชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าสะท้อนถึงความสามารถของโลหะในการเปลี่ยนเป็นไอออนไฮเดรต ซึ่งการวัดกิจกรรมของโลหะคือพลังงานซึ่งประกอบด้วยคำศัพท์สามคำ (พลังงานอะตอม, ไอออนไนซ์ พลังงานและพลังงานความชุ่มชื้น) เราเขียนเนื้อหาลงในสมุดบันทึก (สไลด์ 7-10)

เขียนร่วมกันในสมุดบันทึก เอาต์พุต:ยิ่งรัศมีของไอออนมีขนาดเล็กลงเท่าใด สนามไฟฟ้าก็จะยิ่งถูกสร้างขึ้นรอบๆ ไอออนมากขึ้นเท่านั้น พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมามากขึ้นในระหว่างการให้ความชุ่มชื้น ดังนั้นโลหะชนิดนี้จึงมีคุณสมบัติในการรีดักชันมากขึ้นในปฏิกิริยา

ประวัติอ้างอิง:การนำเสนอโดยนักเรียนเกี่ยวกับการสร้างชุดโลหะแทนที่โดย Beketov (สไลด์ 11)

การกระทำของชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีของโลหะถูกจำกัดด้วยปฏิกิริยาของโลหะกับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (กรด เกลือ) เท่านั้น

การแจ้งเตือน:

1. คุณสมบัติรีดิวซ์ของโลหะจะลดลงระหว่างปฏิกิริยาในสารละลายที่เป็นน้ำภายใต้สภาวะมาตรฐาน (250°C, 1 atm.);
2. โลหะทางซ้ายแทนที่โลหะทางขวาของเกลือในสารละลาย
3. โลหะที่ทนต่อไฮโดรเจนจะแทนที่ด้วยกรดในสารละลาย (ไม่รวม: HNO3);
4. ฉัน (ถึงอัล) + H 2 O -> อัลคาไล + H 2
   อื่นฉัน (สูงสุด H 2) + H 2 O -> ออกไซด์ + H 2 (สภาวะที่รุนแรง)
   ฉัน (หลัง H 2) + H 2 O -> ไม่ตอบสนอง

(สไลด์ 12)

เด็ก ๆ จะได้รับบันทึก

งานจริง:"ปฏิสัมพันธ์ของโลหะกับสารละลายเกลือ" (สไลด์ 13)

ทำการเปลี่ยนแปลง:

• CuSO4 —> FeSO4
• CuSO4 —> ZnSO4

การสาธิตประสบการณ์อันตรกิริยาระหว่างทองแดงกับสารละลายไนเตรตของปรอท (II)

สาม. ไตร่ตรอง, ครุ่นคิด.

เราทำซ้ำ: ในกรณีนี้เราใช้ตารางธาตุ และในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้ชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะ (สไลด์ 14-15).

เรากลับไปที่คำถามเริ่มต้นของบทเรียน เราไฮไลต์คำถามที่ 6 และ 7 บนหน้าจอ เราวิเคราะห์ว่าข้อความใดไม่ถูกต้อง บนหน้าจอ - ปุ่ม (ตรวจสอบงาน 1) (สไลด์ 16).

สรุปบทเรียน:

• คุณได้เรียนรู้อะไรบ้าง?
• ในกรณีใดที่สามารถใช้ชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีของโลหะได้?

การบ้าน: (สไลด์ 17)

1. เพื่อทำซ้ำแนวคิดของ "ศักยภาพ" จากหลักสูตรฟิสิกส์
2. จบสมการปฏิกิริยา เขียนสมการสมดุลอิเล็กทรอนิกส์: Cu + Hg (NO 3) 2 →
3. ให้โลหะ ( เฟ, มก., Pb, Cu)- เสนอการทดลองเพื่อยืนยันตำแหน่งของโลหะเหล่านี้ในชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้า

เราประเมินผลของเกมบลัฟฟ์, ทำงานที่กระดาน, คำตอบด้วยปากเปล่า, การสื่อสาร, การทำงานจริง

หนังสือมือสอง:

1. อส. กาเบรียลยาน, จี.จี. Lysova, A.G. Vvedenskaya "คู่มือสำหรับครู เคมี ป.11 ตอนที่ 2 "สำนักพิมพ์ดรฟ้า.
2. N.L. Glinka เคมีทั่วไป.

โลหะทั้งหมดขึ้นอยู่กับปฏิกิริยารีดอกซ์ของพวกมัน รวมกันเป็นชุดที่เรียกว่าชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าของโลหะ (เนื่องจากโลหะในนั้นถูกจัดเรียงตามลำดับของศักย์ไฟฟ้าเคมีมาตรฐานที่เพิ่มขึ้น) หรือชุดกิจกรรมของโลหะ:

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

โลหะที่มีปฏิกิริยามากที่สุดอยู่ในลำดับของกิจกรรมจนถึงไฮโดรเจน และยิ่งโลหะอยู่ทางซ้ายมากเท่าไร ก็ยิ่งมีความว่องไวมากขึ้นเท่านั้น โลหะที่อยู่ถัดจากไฮโดรเจนในชุดกิจกรรมจะถือว่าไม่ใช้งาน

อลูมิเนียม

อลูมิเนียมเป็นสีเงินสีขาว คุณสมบัติทางกายภาพหลักของอลูมิเนียมคือความเบา การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ในสภาวะอิสระ เมื่อสัมผัสกับอากาศ อะลูมิเนียมจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์เข้มข้น Al 2 O 3 ซึ่งทำให้ทนต่อกรดเข้มข้นได้

อลูมิเนียมเป็นโลหะตระกูล p การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกคือ 3s 2 3p 1 . ในสารประกอบ อะลูมิเนียมแสดงสถานะออกซิเดชันเท่ากับ "+3"

อลูมิเนียมได้มาจากการอิเล็กโทรไลซิสของออกไซด์หลอมเหลวขององค์ประกอบนี้:

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

อย่างไรก็ตามเนื่องจากผลผลิตต่ำจึงมักใช้วิธีรับอะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าของส่วนผสมของ Na 3 และ Al 2 O 3 ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนถึง 960C และต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา - ฟลูออไรด์ (AlF 3 , CaF 2 และอื่น ๆ ) ในขณะที่อลูมิเนียมถูกปล่อยออกมาที่แคโทดและออกซิเจนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก

อะลูมิเนียมสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำได้หลังจากลอกฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิว (1) ทำปฏิกิริยากับสารอย่างง่าย (ออกซิเจน ฮาโลเจน ไนโตรเจน กำมะถัน คาร์บอน) (2-6) กรด (7) และเบส (8):

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

2Al + 3 / 2O 2 \u003d อัล 2 O 3 (2)

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

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al + 3S \u003d อัล 2 S 3 (5)

4Al + 3C \u003d อัล 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)

แคลเซียม

ในรูปแบบอิสระ Ca เป็นโลหะสีเงินสีขาว เมื่อสัมผัสกับอากาศ มันจะกลายเป็นฟิล์มสีเหลืองปกคลุมทันที ซึ่งเป็นผลจากอันตรกิริยาของมันกับส่วนประกอบของอากาศ แคลเซียมเป็นโลหะที่ค่อนข้างแข็ง มีตะแกรงคริสตัลตรงกลางเป็นลูกบาศก์

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกคือ 4 วินาที 2 . ในสารประกอบ แคลเซียมแสดงสถานะออกซิเดชันเท่ากับ "+2"

แคลเซียมได้มาจากการอิเล็กโทรไลซิสของเกลือที่หลอมเหลว ซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นคลอไรด์:

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

แคลเซียมสามารถละลายในน้ำด้วยการก่อตัวของไฮดรอกไซด์ซึ่งแสดงคุณสมบัติพื้นฐานที่แข็งแกร่ง (1) ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (2) สร้างออกไซด์ ทำปฏิกิริยากับอโลหะ (3-8) ละลายในกรด (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 พี 2 (7)

Ca + H 2 \u003d CaH 2 (8)

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

เหล็กและสารประกอบของมัน

เหล็กเป็นโลหะสีเทา ในรูปบริสุทธิ์ มันค่อนข้างอ่อน อ่อนตัว และเหนียว การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกคือ 3d 6 4s 2 . ในสารประกอบของมัน เหล็กแสดงสถานะออกซิเดชันเป็น "+2" และ "+3"

เหล็กโลหะทำปฏิกิริยากับไอน้ำกลายเป็นออกไซด์ผสม (II, III) Fe 3 O 4:

3เฟ + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

ในอากาศ เหล็กสามารถออกซิไดซ์ได้ง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความชื้น (เป็นสนิม):

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

เช่นเดียวกับโลหะอื่นๆ เหล็กทำปฏิกิริยากับสารง่ายๆ เช่น ฮาโลเจน (1) ละลายในกรด (2):

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

เหล็กก่อตัวเป็นสารประกอบหลายชนิด เนื่องจากมันแสดงสถานะออกซิเดชั่นหลายอย่าง: เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์, เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์, เกลือ, ออกไซด์ ฯลฯ ดังนั้น เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์สามารถได้รับจากการกระทำของสารละลายอัลคาไลบนเกลือของเหล็ก (II) โดยไม่มีอากาศเข้าถึง:

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

ไฮดรอกไซด์ของเหล็ก(II) ละลายได้ในกรดและถูกออกซิไดซ์เป็นไฮดรอกไซด์ของเหล็ก(III) เมื่อมีออกซิเจน

เกลือของธาตุเหล็ก (II) แสดงคุณสมบัติของสารรีดิวซ์และถูกเปลี่ยนเป็นสารประกอบของธาตุเหล็ก (III)

ไม่สามารถรับเหล็กออกไซด์ (III) ได้จากการเผาไหม้ของเหล็กในออกซิเจน เพื่อให้ได้มานั้นจำเป็นต้องเผาซัลไฟด์เหล็กหรือเผาเกลือเหล็กอื่น ๆ :

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

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

สารประกอบเหล็ก (III) มีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ที่อ่อนแอและสามารถเข้าสู่ OVR ด้วยตัวรีดิวซ์ที่แรง:

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

การผลิตเหล็กและเหล็กกล้า

เหล็กกล้าและเหล็กหล่อเป็นโลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน และปริมาณคาร์บอนในเหล็กกล้าสูงถึง 2% และในเหล็กหล่อ 2-4% เหล็กกล้าและเหล็กหล่อมีสารผสมเจือ: เหล็กกล้า - Cr, V, Ni และเหล็กหล่อ - Si

มีเหล็กหลายประเภทดังนั้นตามวัตถุประสงค์แล้วเหล็กโครงสร้างสแตนเลสเครื่องมือเหล็กทนความร้อนและความเย็น ตามองค์ประกอบทางเคมี คาร์บอน (คาร์บอนต่ำ ปานกลาง และสูง) และอัลลอยด์ (อัลลอยด์ต่ำ ปานกลาง และสูง) มีความแตกต่างกัน เหล็กกล้าออสเทนนิติก เฟอริติก มาร์เทนซิติก เพิร์ลลิติก และไบนิติกขึ้นอยู่กับโครงสร้าง

เหล็กถูกนำมาใช้ในหลายภาคส่วนของเศรษฐกิจของประเทศ เช่น การก่อสร้าง เคมีภัณฑ์ ปิโตรเคมี การปกป้องสิ่งแวดล้อม การขนส่งพลังงาน และอุตสาหกรรมอื่นๆ

ขึ้นอยู่กับรูปแบบของปริมาณคาร์บอนในเหล็กหล่อ - ซีเมนต์หรือกราไฟต์รวมถึงปริมาณเหล็กหล่อหลายประเภทมีความโดดเด่น: สีขาว (สีอ่อนของการแตกหักเนื่องจากมีคาร์บอนในรูปของซีเมนต์) สีเทา (สีเทาของการแตกหักเนื่องจากมีคาร์บอนในรูปของกราไฟต์) ) อ่อนตัวและทนความร้อน เหล็กหล่อเป็นโลหะผสมที่เปราะบางมาก

พื้นที่ของการประยุกต์ใช้เหล็กหล่อนั้นกว้างขวาง - การตกแต่งทางศิลปะ (รั้ว, ประตู), ส่วนของร่างกาย, อุปกรณ์ประปา, ของใช้ในครัวเรือน (กระทะ) ทำจากเหล็กหล่อ, ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

งาน	โลหะผสมของแมกนีเซียมและอะลูมิเนียมที่มีน้ำหนัก 26.31 กรัมถูกละลายในกรดไฮโดรคลอริก ในกรณีนี้ ปล่อยก๊าซไร้สีจำนวน 31.024 ลิตร กำหนดเศษส่วนมวลของโลหะในโลหะผสม
การตัดสินใจ	โลหะทั้งสองสามารถทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกซึ่งเป็นผลมาจากการที่ไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมา: Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2 2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2 ค้นหาจำนวนโมลของไฮโดรเจนทั้งหมดที่ปล่อยออกมา: โวลต์(H 2) \u003d V (H 2) / V ม v (H 2) \u003d 31.024 / 22.4 \u003d 1.385 โมล ให้ปริมาณของสาร Mg เป็น x โมล และ Al เป็น y โมล จากนั้นตามสมการปฏิกิริยา เราสามารถเขียนนิพจน์สำหรับจำนวนโมลของไฮโดรเจนทั้งหมดได้: x + 1.5y = 1.385 เราแสดงมวลของโลหะในส่วนผสม: จากนั้น มวลของส่วนผสมจะแสดงด้วยสมการ: 24x + 27y = 26.31 เราได้ระบบสมการ: x + 1.5y = 1.385 24x + 27y = 26.31 มาแก้ปัญหากันเถอะ: 33.24 -36y + 27y \u003d 26.31 v(Al) = 0.77 โมล v(มก.) = 0.23โมล จากนั้นมวลของโลหะในส่วนผสม: ม. (มก.) \u003d 24 × 0.23 \u003d 5.52 ก. ม.(อัล) \u003d 27 × 0.77 \u003d 20.79 ก. ค้นหาเศษส่วนมวลของโลหะในส่วนผสม: ώ = ม.(ฉัน)/ม. ผลรวม ×100% ώ(มก.) = 5.52 / 26.31 × 100% = 20.98% ώ(อัล) = 100 - 20.98 = 79.02%
ตอบ	เศษส่วนมวลของโลหะในโลหะผสม: 20.98%, 79.02%

ความสนใจ! คำอธิบายด้านล่างนี้เป็นข้อมูลอ้างอิง ซึ่งไม่ได้ระบุไว้ในแผนภูมิไวนิลนี้!

หลักสูตรเล็ก ๆ ของเคมีไฟฟ้าของโลหะ

เราได้ทำความคุ้นเคยกับอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของคลอไรด์โลหะอัลคาไลและการผลิตโลหะโดยใช้การหลอม ตอนนี้ ลองทำการทดลองง่ายๆ สองสามข้อเพื่อศึกษากฎของเคมีไฟฟ้าของสารละลายที่เป็นน้ำ เซลล์กัลวานิก และทำความคุ้นเคยกับการผลิตสารเคลือบกัลวานิกป้องกัน
วิธีการทางเคมีไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในเคมีวิเคราะห์สมัยใหม่และทำหน้าที่กำหนดปริมาณที่สำคัญที่สุดในเคมีเชิงทฤษฎี
ในที่สุดการกัดกร่อนของวัตถุที่เป็นโลหะซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมาก เศรษฐกิจของประเทศในกรณีส่วนใหญ่เป็นกระบวนการไฟฟ้าเคมี

ช่วงแรงดันไฟฟ้าของโลหะ

การเชื่อมโยงพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจกระบวนการไฟฟ้าเคมีคือชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะ สามารถจัดเรียงโลหะในแถวที่เริ่มต้นด้วยปฏิกิริยาและสิ้นสุดด้วยโลหะมีตระกูลที่มีปฏิกิริยาน้อยที่สุด:
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.
นี่คือวิธีตามแนวคิดล่าสุดชุดของแรงดันไฟฟ้าสำหรับโลหะและไฮโดรเจนที่สำคัญที่สุด ถ้าอิเล็กโทรดของเซลล์กัลวานิกทำจากโลหะสองชนิดในแถวเดียวกัน แรงดันไฟฟ้าเชิงลบจะปรากฏบนวัสดุที่อยู่ก่อนหน้าในแถว
ค่าแรงดันไฟฟ้า ( ศักย์ไฟฟ้าเคมี) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งขององค์ประกอบในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าและคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์
เราจะสร้างสาระสำคัญของอนุกรมแรงดันไฟฟ้าจากการทดลองง่ายๆ สองสามอย่าง ซึ่งเราต้องการแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าและเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า

การเคลือบโลหะ "ต้นไม้" และ "รูปแบบน้ำแข็ง" ไม่มีกระแส

ละลายคอปเปอร์ซัลเฟตที่เป็นผลึกประมาณ 10 กรัมในน้ำ 100 มล. แล้วจุ่มเข็มเหล็กหรือแผ่นเหล็กลงในสารละลาย (เราขอแนะนำให้คุณทำความสะอาดเตารีดให้เงางามด้วยผ้าทรายบางๆ ก่อน) หลังจากนั้นไม่นาน เหล็กจะถูกเคลือบด้วยชั้นสีแดงของทองแดงที่ปล่อยออกมา เหล็กที่มีความว่องไวมากขึ้นจะแทนที่ทองแดงจากสารละลาย โดยเหล็กจะละลายเป็นไอออนและทองแดงจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของโลหะ กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปตราบเท่าที่สารละลายสัมผัสกับเตารีด ทันทีที่ทองแดงปกคลุมพื้นผิวทั้งหมดของเหล็ก มันจะหยุดทำงาน ในกรณีนี้จะเกิดชั้นทองแดงที่มีรูพรุนขึ้น ดังนั้นจึงไม่สามารถรับการเคลือบป้องกันได้โดยไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้า
ในการทดลองต่อไปนี้ เราจะลดแถบสังกะสีและตะกั่วดีบุกลงในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต หลังจากผ่านไป 15 นาที นำออกมาล้างน้ำและตรวจดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ เราสามารถเห็นรูปแบบน้ำแข็งที่สวยงามซึ่งมีสีแดงในแสงสะท้อนและประกอบด้วยทองแดงที่มีอิสระ ในที่นี้โลหะที่ใช้งานมากกว่าจะถ่ายโอนทองแดงจากไอออนิกไปยังสถานะโลหะ
ในทางกลับกัน ทองแดงสามารถแทนที่โลหะที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า นั่นคือมีการใช้งานน้อยกว่า บนแผ่นทองแดงแผ่นบางหรือเป็นแผ่นเรียบ ลวดทองแดง(หลังจากทำความสะอาดพื้นผิวจนเงางามแล้ว) ให้หยดสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตสองสามหยด ด้วยตาเปล่าจะสังเกตเห็นการเคลือบสีดำที่เกิดขึ้นซึ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ในแสงสะท้อนจะดูเหมือนเข็มบาง ๆ และลวดลายของพืช (ที่เรียกว่า dendrites)
ในการแยกสังกะสีโดยไม่ใช้กระแสไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้โลหะที่มีความว่องไวมากกว่า หากไม่รวมโลหะที่มีปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ เราพบว่าแมกนีเซียมอยู่ในชุดความเค้นเหนือสังกะสี เราหยดสารละลายซิงค์ซัลเฟต 2-3 หยดลงบนแผ่นเทปแมกนีเซียมหรือบนชิปอิเล็กตรอนบางๆ สารละลายซิงค์ซัลเฟตเราได้มาจากการละลายสังกะสีในกรดซัลฟิวริกเจือจาง พร้อมกันกับซิงค์ซัลเฟต เติมแอลกอฮอล์ 2-3 หยด สำหรับแมกนีเซียม หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ เราสังเกตเห็นสังกะสีโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ สังกะสีจะแยกตัวออกมาในรูปของผลึกบางๆ
โดยทั่วไป สมาชิกใดๆ ของอนุกรมแรงดันไฟฟ้าสามารถถูกบังคับให้ออกจากสารละลาย ซึ่งอยู่ในรูปของไอออน และถ่ายโอนไปยังสถานะโลหะ อย่างไรก็ตาม เมื่อลองใช้ชุดค่าผสมต่างๆ เราอาจผิดหวัง ดูเหมือนว่าหากแถบอลูมิเนียมแช่อยู่ในสารละลายของเกลือทองแดง เหล็ก ตะกั่วและสังกะสี โลหะเหล่านี้ควรจะโดดเด่น แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น สาเหตุของความล้มเหลวไม่ได้อยู่ที่ข้อผิดพลาดในชุดของแรงดันไฟฟ้า แต่ขึ้นอยู่กับการยับยั้งปฏิกิริยาพิเศษ ซึ่งในกรณีนี้เกิดจากฟิล์มออกไซด์บาง ๆ บนพื้นผิวอลูมิเนียม ในการแก้ปัญหาดังกล่าว อะลูมิเนียมเรียกว่าพาสซีฟ

มาดูนอกฉากกัน

เพื่อกำหนดรูปแบบของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ เราสามารถจำกัดตัวเองให้พิจารณาไอออนบวกและไม่รวมแอนไอออน เนื่องจากพวกมันไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา (อย่างไรก็ตาม ประเภทของประจุลบจะส่งผลต่ออัตราการสะสม) ถ้าเพื่อความง่าย เราถือว่าทั้งโลหะที่ปลดปล่อยและละลายให้ไอออนบวกที่มีประจุเป็นสองเท่า เราก็สามารถเขียนได้ดังนี้

ฉัน 1 + ฉัน 2 2+ = ฉัน 1 2+ + ฉัน 2

นอกจากนี้ สำหรับการทดลองครั้งแรก ฉัน 1 = Fe, ฉัน 2 = Сu
ดังนั้น กระบวนการนี้ประกอบด้วยการแลกเปลี่ยนประจุ (อิเล็กตรอน) ระหว่างอะตอมและไอออนของโลหะทั้งสอง หากเราแยกพิจารณา (เป็นปฏิกิริยาขั้นกลาง) การละลายของเหล็กหรือการตกตะกอนของทองแดง เราจะได้รับ:

เฟ = เฟ 2+ + 2 อี --

ซู 2+ + 2 อี--=ลูกบาศ์ก

ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่โลหะถูกแช่อยู่ในน้ำหรือในสารละลายเกลือโดยที่ไอออนบวกนั้นไม่สามารถแลกเปลี่ยนได้เนื่องจากตำแหน่งในชุดของแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ โลหะมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่สารละลายในรูปของไอออน ในกรณีนี้ อะตอมของโลหะจะปล่อยอิเล็กตรอนสองตัว (หากโลหะนั้นเป็นไดวาเลนต์) พื้นผิวของโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายจะมีประจุเป็นลบเมื่อเทียบกับสารละลาย และชั้นไฟฟ้าสองชั้นจะก่อตัวขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ความต่างศักย์นี้ป้องกันการละลายของโลหะเพิ่มเติม เพื่อให้กระบวนการหยุดลงในไม่ช้า
หากโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันถูกแช่อยู่ในสารละลาย ทั้งสองจะถูกชาร์จ แต่โลหะที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่าจะค่อนข้างอ่อนกว่าเนื่องจากอะตอมของโลหะนั้นมีแนวโน้มที่จะแยกอิเล็กตรอนออกน้อยกว่า
เชื่อมต่อโลหะทั้งสองด้วยตัวนำ เนื่องจากความต่างศักย์ การไหลของอิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะที่มีความว่องไวมากกว่าไปยังโลหะที่มีความว่องไวน้อยกว่า ซึ่งเป็นขั้วบวกของธาตุ กระบวนการเกิดขึ้นโดยที่โลหะที่มีความว่องไวมากกว่าจะเข้าสู่สารละลาย และไอออนบวกจากสารละลายจะถูกปลดปล่อยออกมาบนโลหะที่มีตระกูลสูงกว่า

สาระสำคัญของเซลล์กัลวานิก

ให้เราอธิบายด้วยการทดลองเล็กน้อยถึงการให้เหตุผลที่ค่อนข้างเป็นนามธรรมข้างต้น
ขั้นแรก เติมสารละลายกรดซัลฟิวริก 10% ลงในบีกเกอร์ที่มีความจุ 250 มล. แล้วจุ่มสังกะสีและทองแดงชิ้นไม่เล็กเกินไปลงไป เราบัดกรีหรือตรึงลวดทองแดงกับขั้วไฟฟ้าทั้งสองโดยปลายไม่ควรสัมผัสกับสารละลาย
ตราบใดที่ปลายลวดไม่ได้เชื่อมต่อกัน เราจะสังเกตเห็นการละลายของสังกะสี ซึ่งมาพร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจน สังกะสี ดังจากอนุกรมแรงดันไฟฟ้า มีความว่องไวมากกว่าไฮโดรเจน ดังนั้นโลหะจึงสามารถแทนที่ไฮโดรเจนจากสถานะไอออนิกได้ โลหะทั้งสองสร้างชั้นไฟฟ้าสองชั้น ความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้านั้นตรวจจับได้ง่ายที่สุดด้วยโวลต์มิเตอร์ ทันทีหลังจากเปิดอุปกรณ์ในวงจรลูกศรจะระบุประมาณ 1 V แต่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว หากคุณเชื่อมต่อหลอดไฟขนาดเล็กเข้ากับชิ้นส่วนที่ใช้แรงดันไฟฟ้า 1 V หลอดไฟจะสว่างขึ้น - ในตอนแรกค่อนข้างแรงจากนั้นแสงจะอ่อนลง
จากขั้วของขั้วของอุปกรณ์เราสามารถสรุปได้ว่าขั้วทองแดงเป็นขั้วบวก สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้แม้ไม่มีอุปกรณ์โดยพิจารณาจากเคมีไฟฟ้าของกระบวนการ ให้เราเตรียมสารละลายอิ่มตัวของเกลือแกงในบีกเกอร์ขนาดเล็กหรือในหลอดทดลอง เติมสารละลายแอลกอฮอล์ประมาณ 0.5 มล. ของตัวบ่งชี้ฟีนอล์ฟทาลีนแล้วจุ่มขั้วไฟฟ้าทั้งสองที่ปิดด้วยลวดลงในสารละลาย ใกล้ขั้วลบจะสังเกตเห็นสีแดงเล็กน้อยซึ่งเกิดจากการก่อตัวของโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่แคโทด
ในการทดลองอื่น ๆ เราสามารถวางคู่โลหะต่าง ๆ ไว้ในเซลล์และกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ได้ ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมและเงินจะให้ความต่างศักย์ที่มากเป็นพิเศษเนื่องจากระยะห่างที่มีนัยสำคัญระหว่างพวกมันในชุดของแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่สังกะสีและเหล็กจะให้ค่าความต่างศักย์ที่น้อยมาก น้อยกว่า 1 ใน 10 ของโวลต์ เมื่อใช้อลูมิเนียมเราจะไม่ได้รับกระแสใด ๆ เนื่องจากการทู่
องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้ หรือตามที่นักเคมีไฟฟ้ากล่าวว่า วงจร มีข้อเสียตรงที่เมื่อรับกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น นักเคมีไฟฟ้ามักจะวัดค่าที่แท้จริงของแรงดันในสถานะที่ไม่มีพลังงานโดยใช้วิธีการชดเชยแรงดัน กล่าวคือ โดยเปรียบเทียบกับแรงดันของแหล่งจ่ายกระแสอื่น
ให้เราพิจารณากระบวนการในองค์ประกอบทองแดง-สังกะสีโดยละเอียด ที่ขั้วลบ สังกะสีจะเข้าสู่สารละลายตามสมการต่อไปนี้:

สังกะสี = Zn2+ + 2 อี --

ไอออนไฮโดรเจนของกรดซัลฟิวริกจะถูกปล่อยออกมาบนแอโนดของทองแดง พวกเขาแนบอิเล็กตรอนที่ผ่านลวดจากแคโทดสังกะสีและเป็นผลให้ฟองไฮโดรเจนเกิดขึ้น:

2H + + 2 อี-- \u003d H 2

หลังจากช่วงเวลาสั้น ๆ ทองแดงจะถูกปกคลุมด้วยฟองไฮโดรเจนบาง ๆ ในกรณีนี้ อิเล็กโทรดทองแดงจะกลายเป็นอิเล็กโทรดไฮโดรเจน และความต่างศักย์จะลดลง กระบวนการนี้เรียกว่าอิเล็กโทรโพลาไรเซชัน โพลาไรเซชันของอิเล็กโทรดทองแดงสามารถกำจัดได้โดยการเติมสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมตเล็กน้อยลงในเซลล์หลังจากแรงดันไฟตก หลังจากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเนื่องจากโพแทสเซียมไดโครเมตจะออกซิไดซ์ไฮโดรเจนเป็นน้ำ โพแทสเซียมไดโครเมตทำหน้าที่เป็นตัวดีโพลาไรเซอร์ในกรณีนี้
ในทางปฏิบัติ มีการใช้วงจรกัลวานิก ซึ่งอิเล็กโทรดที่ไม่มีโพลาไรซ์ หรือวงจรที่โพลาไรเซชันสามารถกำจัดได้โดยการเพิ่มดีโพลาไรเซอร์
ยกตัวอย่างองค์ประกอบที่ไม่มีขั้ว ให้พิจารณาองค์ประกอบ Daniell ซึ่งในอดีตมักจะใช้เป็นแหล่งปัจจุบัน นี่เป็นองค์ประกอบทองแดงและสังกะสี แต่โลหะทั้งสองถูกแช่อยู่ในสารละลายที่แตกต่างกัน อิเล็กโทรดสังกะสีวางอยู่ในเซลล์ดินเหนียวที่มีรูพรุนซึ่งเต็มไปด้วยกรดซัลฟิวริกเจือจาง (ประมาณ 20%) เซลล์ดินเหนียวถูกแขวนลอยอยู่ในบีกเกอร์ขนาดใหญ่ที่มีสารละลายเข้มข้นของคอปเปอร์ซัลเฟต และที่ด้านล่างจะมีชั้นของผลึกคอปเปอร์ซัลเฟต อิเล็กโทรดที่สองในภาชนะนี้เป็นทรงกระบอกแผ่นทองแดง
ส่วนประกอบนี้สามารถทำจากโหลแก้ว เซลล์ดินเหนียวที่มีจำหน่ายทั่วไป (ในกรณีที่รุนแรง ให้ใช้กระถางดอกไม้ปิดรูที่ด้านล่าง) และขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่มีขนาดเหมาะสม
ในระหว่างการทำงานขององค์ประกอบ สังกะสีจะละลายพร้อมกับการก่อตัวของซิงค์ซัลเฟต และไอออนของทองแดงจะถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดทองแดง แต่ในเวลาเดียวกันอิเล็กโทรดทองแดงไม่มีขั้วและองค์ประกอบให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 1 V ตามทฤษฎีแล้วแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วคือ 1.10 V แต่เมื่อวัดค่าปัจจุบันเราจะวัดค่าที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเนื่องจาก ต่อความต้านทานไฟฟ้าของเซลล์
หากเราไม่นำกระแสไฟฟ้าออกจากเซลล์ เราจะต้องถอดขั้วไฟฟ้าสังกะสีออกจากสารละลายกรดซัลฟิวริก เพราะไม่เช่นนั้นจะละลายกลายเป็นไฮโดรเจน
แผนภาพของเซลล์อย่างง่ายซึ่งไม่ต้องการพาร์ติชันที่มีรูพรุนแสดงอยู่ในรูปภาพ อิเล็กโทรดสังกะสีจะอยู่ในโถแก้วที่ด้านบน และอิเล็กโทรดทองแดงจะอยู่ใกล้กับด้านล่าง เซลล์ทั้งหมดเต็มไปด้วยสารละลายโซเดียมคลอไรด์อิ่มตัว ที่ด้านล่างของโถเราเทผลึกคอปเปอร์ซัลเฟตจำนวนหนึ่งกำมือ สารละลายเข้มข้นของคอปเปอร์ซัลเฟตจะผสมกับสารละลายเกลือทั่วไปช้ามาก ดังนั้นในระหว่างการทำงานของเซลล์ ทองแดงจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วทองแดง และสังกะสีในรูปของซัลเฟตหรือคลอไรด์จะละลายในส่วนบนของเซลล์
ปัจจุบันแบตเตอรี่ใช้เซลล์แห้งเกือบทั้งหมด ซึ่งสะดวกกว่าในการใช้งาน บรรพบุรุษของพวกเขาคือองค์ประกอบ Leclanchet อิเล็กโทรดเป็นกระบอกสังกะสีและแท่งคาร์บอน อิเล็กโทรไลต์เป็นแป้งที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมคลอไรด์เป็นส่วนใหญ่ สังกะสีจะละลายในแป้ง และไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาบนถ่านหิน เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพลาไรซ์ แท่งคาร์บอนจะถูกหย่อนลงในถุงลินินที่มีส่วนผสมของผงถ่านหินและไพโรลูไซต์ ผงคาร์บอนจะเพิ่มพื้นผิวของอิเล็กโทรด และไพโรลูไซต์จะทำหน้าที่เป็นตัวดีโพลาไรเซอร์ ออกซิไดซ์ไฮโดรเจนอย่างช้าๆ
จริงอยู่ ความสามารถในการดีโพลาไรซ์ของไพโรลูไซต์นั้นอ่อนแอกว่าโพแทสเซียมไดโครเมตที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ดังนั้นเมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าในเซลล์แห้ง แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว " เหนื่อยยาก"เนื่องจากโพลาไรเซชัน หลังจากนั้นไม่นาน ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นกับไพโรลูไซต์ ดังนั้น ธาตุต่างๆ" พักผ่อน", หากคุณไม่ผ่านกระแสในบางครั้ง ลองตรวจสอบสิ่งนี้กับแบตเตอรี่ไฟฉายที่เราเชื่อมต่อหลอดไฟ ขนานกับหลอดไฟนั่นคือเราเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์โดยตรงกับขั้ว
ในตอนแรกแรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 4.5 V. (ส่วนใหญ่เซลล์สามเซลล์เชื่อมต่อเป็นอนุกรมในแบตเตอรี่ดังกล่าวโดยแต่ละเซลล์มีแรงดันไฟฟ้าตามทฤษฎีที่ 1.48 V.) หลังจากนั้นครู่หนึ่งแรงดันไฟฟ้าจะลดลงหลอดไฟจะอ่อนลง โดยการอ่านโวลต์มิเตอร์ เราสามารถตัดสินได้ว่าแบตเตอรี่ต้องพักนานเท่าใด
สถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยองค์ประกอบที่สร้างใหม่ซึ่งเรียกว่า สะสม. ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นในเซลล์เหล่านี้ และสามารถชาร์จใหม่ได้หลังจากที่เซลล์ถูกคายประจุโดยเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC ภายนอก
ปัจจุบันแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นแบตเตอรี่ที่พบมากที่สุด ในนั้นอิเล็กโทรไลต์คือกรดซัลฟิวริกเจือจางซึ่งจุ่มแผ่นตะกั่วสองแผ่น ขั้วบวกเคลือบด้วยตะกั่วไดออกไซด์ PbO 2 ขั้วลบเป็นตะกั่วโลหะ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อมีค่าประมาณ 2.1 V ระหว่างการคายประจุ ตะกั่วซัลเฟตจะก่อตัวขึ้นบนเพลตทั้งสอง ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นตะกั่วโลหะอีกครั้งและกลายเป็นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ระหว่างการชาร์จ

เคลือบชุบ

การตกตะกอนของโลหะจากสารละลายที่เป็นน้ำด้วยความช่วยเหลือของกระแสไฟฟ้าเป็นกระบวนการย้อนกลับของการละลายด้วยไฟฟ้า ซึ่งเราพบเมื่อพิจารณาเซลล์กัลวานิก ก่อนอื่น ให้เราตรวจสอบการตกตะกอนของทองแดง ซึ่งใช้ในคูลอมิเตอร์ทองแดงเพื่อวัดปริมาณไฟฟ้า

โลหะถูกสะสมโดยกระแส

เมื่องอปลายทองแดงแผ่นบางสองแผ่นแล้วเราก็แขวนไว้บนผนังตรงข้ามของบีกเกอร์หรือดีกว่าคือตู้ปลาแก้วขนาดเล็ก เราต่อสายไฟเข้ากับแผ่นด้วยขั้วต่อ
อิเล็กโทรไลต์เตรียมตามสูตรต่อไปนี้: คอปเปอร์ซัลเฟตผลึก 125 กรัม, กรดซัลฟิวริกเข้มข้น 50 กรัมและแอลกอฮอล์ 50 กรัม (แอลกอฮอล์แปลงสภาพ) ส่วนที่เหลือคือน้ำไม่เกิน 1 ลิตร ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นให้ละลายคอปเปอร์ซัลเฟตในน้ำ 500 มล. จากนั้นเติมกรดซัลฟิวริกในส่วนเล็ก ๆ อย่างระมัดระวัง ( ร้อน! น้ำยาอาจกระเด็น!) จากนั้นเทแอลกอฮอล์และเติมน้ำให้ได้ปริมาตร 1 ลิตร
เราเติมคูลอมิเตอร์ด้วยสารละลายที่เตรียมไว้และรวมความต้านทานแปรผัน แอมมิเตอร์ และแบตเตอรี่ตะกั่วในวงจร ด้วยความช่วยเหลือของความต้านทาน เราปรับกระแสเพื่อให้ความหนาแน่นอยู่ที่ 0.02-0.01 A/cm 2 ของพื้นผิวอิเล็กโทรด หากแผ่นทองแดงมีพื้นที่ 50 ซม. 2 ความแรงของกระแสควรอยู่ในช่วง 0.5-1 A
หลังจากนั้นสักครู่ ทองแดงโลหะสีแดงอ่อนจะเริ่มตกตะกอนที่ขั้วลบ (ขั้วลบ) และทองแดงจะเข้าสู่สารละลายที่ขั้วบวก (ขั้วบวก) ในการทำความสะอาดแผ่นทองแดง เราจะผ่านกระแสไฟในคูลอมิเตอร์ประมาณครึ่งชั่วโมง จากนั้นนำแคโทดออก เช็ดให้แห้งด้วยกระดาษกรอง และชั่งน้ำหนักให้ถูกต้อง เราติดตั้งอิเล็กโทรดในเซลล์ ปิดวงจรด้วยรีโอสแตต และรักษากระแสคงที่ เช่น 1 A หลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมง เราจะเปิดวงจรและชั่งน้ำหนักแคโทดแห้งอีกครั้ง ที่กระแสไฟฟ้า 1 A ต่อชั่วโมงของการทำงาน มวลจะเพิ่มขึ้น 1.18 กรัม
ดังนั้นปริมาณไฟฟ้า 1 แอมแปร์-ชั่วโมง เมื่อผ่านสารละลายสามารถปล่อยทองแดงได้ 1.18 กรัม หรือโดยทั่วไป: ปริมาณของสารที่ปล่อยออกมาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ส่งผ่านสารละลาย
ในการแยกไอออน 1 ที่เทียบเท่า จำเป็นต้องผ่านสารละลายในปริมาณไฟฟ้าเท่ากับผลคูณของประจุอิเล็กโทรด e และหมายเลข Avogadro เอ็นตอบ:
จ*น A \u003d 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 \u003d 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 ค่านี้ระบุด้วยสัญลักษณ์ ฉและได้รับการตั้งชื่อตามผู้ค้นพบกฎเชิงปริมาณของอิเล็กโทรลิซิส หมายเลขฟาราเดย์(ค่าตรง ฉ- 96 498 A * s * โมล -1). ดังนั้น เพื่อแยกจำนวนเทียบเท่าที่กำหนดออกจากโซลูชัน น e ผ่านสารละลาย จะมีปริมาณไฟฟ้าเท่ากับ F * nอี A * s * โมล -1. กล่าวอีกนัยหนึ่ง
มัน =F * nอีที่นี่ ฉัน- ปัจจุบัน, ทีคือเวลาที่กระแสไหลผ่านสารละลาย ในหัวข้อ " พื้นฐานการไทเทรต"มันแสดงให้เห็นแล้วว่าจำนวนเทียบเท่าของสาร น e เท่ากับผลคูณของจำนวนโมลด้วยจำนวนที่เท่ากัน:
นจ = น*Zเพราะเหตุนี้:

ฉัน*ที = F*n*Z

ในกรณีนี้ Z- ประจุไอออน (สำหรับ Ag + Z= 1 สำหรับ Cu 2+ Z= 2 สำหรับอัล 3+ Z= 3 เป็นต้น). ถ้าเราแสดงจำนวนโมลเป็นอัตราส่วนของมวลต่อมวลโมลาร์ ( น = ม./ม) จากนั้นเราได้สูตรที่ช่วยให้คุณสามารถคำนวณกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส:

มัน =F*m*Z / M

เมื่อใช้สูตรนี้ คุณสามารถคำนวณกระแสได้:

ฉัน = 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

หากเราแนะนำอัตราส่วนสำหรับงานไฟฟ้า วอีเมล

วอีเมล = คุณ * ฉัน * tและ วอีเมล / ยู = มัน

ก็รู้ถึงความตึง ยูคุณสามารถคำนวณ:

วอีเมล = F*m*Z*U/M

คุณยังสามารถคำนวณระยะเวลาที่ใช้ในการปล่อยอิเล็กโทรไลต์ของสารจำนวนหนึ่ง หรือปริมาณของสารที่จะปล่อยออกมาในช่วงเวลาหนึ่งๆ ในระหว่างการทดลองต้องรักษาความหนาแน่นกระแสให้อยู่ในขอบเขตที่กำหนด หากมีค่าน้อยกว่า 0.01 A / cm 2 จะมีการปล่อยโลหะออกมาน้อยเกินไปเนื่องจากไอออนของทองแดง (I) จะเกิดขึ้นบางส่วน หากความหนาแน่นกระแสสูงเกินไป การยึดเกาะของสารเคลือบกับอิเล็กโทรดจะอ่อนลง และเมื่อนำอิเล็กโทรดออกจากสารละลาย อิเล็กโทรดอาจแตกได้
ในทางปฏิบัติ การเคลือบกัลวานิกบนโลหะจะใช้เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและเพื่อให้ได้ผิวกระจกเป็นหลัก
นอกจากนี้ โลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งทองแดงและตะกั่ว จะถูกทำให้บริสุทธิ์โดยการละลายขั้วบวกและการแยกที่แคโทดในภายหลัง (การกลั่นด้วยไฟฟ้า)
ในการชุบเหล็กด้วยทองแดงหรือนิกเกิล ก่อนอื่นคุณต้องทำความสะอาดพื้นผิวของวัตถุอย่างละเอียด ในการทำเช่นนี้ ให้ขัดมันด้วยชอล์คที่ชะแล้วขจัดคราบมันตามลำดับด้วยสารละลายเจือจางของโซดาไฟ น้ำ และแอลกอฮอล์ หากวัตถุถูกปกคลุมด้วยสนิม จำเป็นต้องดองไว้ล่วงหน้าในสารละลายกรดกำมะถัน 10-15%
เราจะแขวนผลิตภัณฑ์ที่ทำความสะอาดแล้วในอ่างอิเล็กโทรไลต์ (ตู้ปลาขนาดเล็กหรือบีกเกอร์) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นแคโทด
สารละลายสำหรับการชุบทองแดงประกอบด้วยคอปเปอร์ซัลเฟต 250 กรัมและกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 80-100 กรัมในน้ำ 1 ลิตร (ข้อควรระวัง!) ในกรณีนี้ แผ่นทองแดงจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก พื้นผิวของขั้วบวกควรจะเท่ากับพื้นผิวของวัตถุที่เคลือบโดยประมาณ ดังนั้น คุณต้องแน่ใจเสมอว่าแอโนดทองแดงแขวนอยู่ในอ่างน้ำที่ระดับความลึกเท่ากับแคโทด
กระบวนการจะดำเนินการที่แรงดันไฟฟ้า 3-4 V (แบตเตอรี่สองก้อน) และความหนาแน่นกระแส 0.02-0.4 A/cm 2 . อุณหภูมิของสารละลายในอ่างควรอยู่ที่ 18-25 °C
ให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าระนาบของขั้วบวกและพื้นผิวที่จะเคลือบนั้นขนานกัน เป็นการดีกว่าที่จะไม่ใช้วัตถุที่มีรูปร่างซับซ้อน ด้วยการเปลี่ยนระยะเวลาของอิเล็กโทรลิซิส ทำให้ได้การเคลือบทองแดงที่มีความหนาต่างกัน
การชุบทองแดงเบื้องต้นมักใช้เพื่อเคลือบโลหะอื่นที่ทนทานกับชั้นนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมักใช้ในการชุบเหล็กโครเมียม การชุบนิเกิลแบบหล่อด้วยสังกะสี และในกรณีอื่นๆ จริงอยู่ มีการใช้อิเล็กโทรไลต์ไซยาไนด์ที่เป็นพิษมากเพื่อจุดประสงค์นี้
ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบนิกเกิล ให้ละลายผลึกนิกเกิลซัลเฟต 25 กรัม กรดบอริก 10 กรัม หรือโซเดียมซิเตรต 10 กรัมในน้ำ 450 มล. โซเดียมซิเตรตสามารถเตรียมได้โดยการทำให้สารละลาย 10 กรัมเป็นกลาง กรดมะนาวสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เจือจางหรือสารละลายโซดา ให้ขั้วบวกเป็นแผ่นนิกเกิลในพื้นที่ที่ใหญ่ที่สุดและใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งจ่ายแรงดัน
ค่าของความหนาแน่นกระแสด้วยความช่วยเหลือของความต้านทานผันแปรจะคงที่เท่ากับ 0.005 A/cm 2 . ตัวอย่างเช่น ด้วยพื้นผิวของวัตถุ 20 ซม. 2 จำเป็นต้องทำงานที่ความแรงของกระแสไฟฟ้า 0.1 A หลังจากทำงานไปครึ่งชั่วโมง วัตถุจะถูกชุบนิกเกิลแล้ว นำออกจากอ่างแล้วเช็ดด้วยผ้า อย่างไรก็ตาม เป็นการดีกว่าที่จะไม่ขัดจังหวะกระบวนการชุบนิกเกิล เนื่องจากชั้นของนิกเกิลอาจหลุดร่อน และการเคลือบนิกเกิลที่ตามมาจะติดได้ไม่ดี
เพื่อให้ได้กระจกที่แวววาวโดยไม่ต้องขัดเงา เราแนะนำสารเพิ่มความสว่างที่เรียกว่าในอ่างชุบ สารเติมแต่งดังกล่าว ได้แก่ กาว เจลาติน น้ำตาล คุณสามารถเข้าสู่อ่างนิกเกิลเช่นน้ำตาลสองสามกรัมและศึกษาผลของมัน
ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบเหล็กโครเมียม (หลังจากการชุบทองแดงเบื้องต้น) ให้ละลาย CrO 3 โครมิกแอนไฮไดรด์ 40 กรัม (คำเตือน! พิษ!) และกรดซัลฟิวริก 0.5 กรัม (หรือมากกว่านั้น!) ในน้ำ 100 มล. กระบวนการนี้ดำเนินการที่ความหนาแน่นกระแสประมาณ 0.1 A/cm 2 และใช้แผ่นตะกั่วเป็นขั้วบวกซึ่งพื้นที่ควรน้อยกว่าพื้นที่ของพื้นผิวชุบโครเมียมเล็กน้อย
อ่างนิกเกิลและโครเมียมควรอุ่นเล็กน้อย (ประมาณ 35 °C) โปรดทราบว่าอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบโครเมียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับกระบวนการที่ยาวนานและความแรงของกระแสไฟสูง จะปล่อยไอระเหยที่มีกรดโครมิก ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างมาก ดังนั้นควรชุบโครเมี่ยมใต้ลมโกรกหรือกลางแจ้ง เช่น บนระเบียง
ในการชุบโครเมียม (และในระดับที่น้อยกว่าในการชุบนิเกิล) กระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะไม่ถูกใช้สำหรับการเคลือบผิวโลหะ ในขณะเดียวกันก็ปล่อยไฮโดรเจนออกมา บนพื้นฐานของชุดแรงดันไฟฟ้า คาดว่าโลหะที่ยืนอยู่หน้าไฮโดรเจนไม่ควรถูกปลดปล่อยออกจากสารละลายที่เป็นน้ำเลย แต่ในทางกลับกัน ควรปล่อยไฮโดรเจนที่มีกัมมันตภาพน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการละลายขั้วบวกของโลหะ วิวัฒนาการของไฮโดรเจนที่เป็นแคโทดิกมักจะถูกยับยั้งและสังเกตได้เฉพาะที่ไฟฟ้าแรงสูงเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าไฮโดรเจนแรงดันเกิน และมีขนาดใหญ่เป็นพิเศษ เช่น บนตะกั่ว ด้วยเหตุนี้ แบตเตอรี่ตะกั่วจึงสามารถทำงานได้ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ แทนที่จะเป็น PbO 2 ไฮโดรเจนควรปรากฏบนแคโทด แต่เนื่องจากแรงดันไฟเกิน วิวัฒนาการของไฮโดรเจนจะเริ่มขึ้นเมื่อแบตเตอรี่เกือบเต็ม

ในตำราเคมีเมื่อนำเสนอหัวข้อ "กรด" ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งจะมีการกล่าวถึงชุดการกระจัดของโลหะที่เรียกว่าการรวบรวมซึ่งมักเกิดจาก Beketov

ตัวอย่างเช่น G. E. Rudzitis และ F. G. Feldman ซึ่งเป็นตำราเรียนที่แพร่หลายที่สุดครั้งหนึ่งสำหรับชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 (ตั้งแต่ปี 1989 ถึง 1995 ได้รับการตีพิมพ์โดยมียอดจำหน่ายรวม 8.3 ล้านเล่ม) กล่าวดังต่อไปนี้ เป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบจากประสบการณ์ว่าแมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับกรดได้เร็ว (โดยใช้กรดไฮโดรคลอริกเป็นตัวอย่าง) สังกะสีทำปฏิกิริยาค่อนข้างช้ากว่า เหล็กค่อนข้างช้ากว่า และทองแดงไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก "นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย N. N. Beketov ทำการทดลองที่คล้ายกัน" ผู้เขียนตำราเขียนเพิ่มเติม – บนพื้นฐานของการทดลอง เขารวบรวมชุดโลหะที่มีการกระจัด: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au ในซีรีส์นี้ โลหะทั้งหมดที่อยู่ก่อนไฮโดรเจนจะสามารถแทนที่จากกรดได้ มีรายงานด้วยว่า Beketov เป็น "ผู้ก่อตั้ง เคมีกายภาพ. ในปี พ.ศ. 2406 เขาได้รวบรวมชุดโลหะเคลื่อนที่ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ ต่อไป นักเรียนจะได้รับแจ้งว่าในซีรีส์ Beketov โลหะทางซ้ายจะแทนที่โลหะทางขวาจากสารละลายของเกลือ ข้อยกเว้นคือโลหะที่มีการใช้งานมากที่สุด ข้อมูลที่คล้ายกันนี้สามารถพบได้ในหนังสือเรียนและคู่มืออื่นๆ ของโรงเรียน เช่น "นักเคมีชาวรัสเซีย N. N. Beketov ตรวจสอบโลหะทั้งหมดและจัดเรียงโลหะเหล่านี้ตามกิจกรรมทางเคมีในอนุกรมการกระจัด (ชุดกิจกรรม)" เป็นต้น

อาจมีคำถามมากมายเกิดขึ้นที่นี่

คำถามที่หนึ่ง นักเคมีไม่ทราบมาก่อนการทดลองของ Beketov (นั่นคือก่อนปี 1863) ว่าแมกนีเซียม สังกะสี เหล็ก และโลหะอื่นๆ อีกหลายชนิดทำปฏิกิริยากับกรดเพื่อปลดปล่อยไฮโดรเจน ในขณะที่ทองแดง ปรอท เงิน แพลทินัม และทองคำไม่มีสิ่งนี้ คุณสมบัติ?

คำถามที่สอง ก่อน Beketov นักเคมีไม่ได้สังเกตว่าโลหะบางชนิดสามารถแทนที่สิ่งอื่นจากสารละลายเกลือของพวกเขาได้หรือไม่?

คำถามที่สาม ในหนังสือของ V. A. Volkov, E. V. Vonsky, G. I. Kuznetsov “นักเคมีดีเด่นของโลก หนังสืออ้างอิงชีวประวัติ (มอสโก: Vysshaya Shkola, 1991) กล่าวว่า Nikolai Nikolaevich Beketov (1827–1911) เป็น “นักเคมีกายภาพชาวรัสเซีย นักวิชาการ… หนึ่งในผู้ก่อตั้งเคมีเชิงฟิสิกส์… เขาศึกษาพฤติกรรมของกรดอินทรีย์ที่ อุณหภูมิสูง. สังเคราะห์ (1852) benzureide และ aceturide หยิบยก (พ.ศ. 2408) บทบัญญัติทางทฤษฎีจำนวนหนึ่งเกี่ยวกับการพึ่งพาทิศทางของปฏิกิริยากับสถานะของรีเอเจนต์และสภาวะภายนอก ... กำหนดความร้อนของการก่อตัวของออกไซด์และคลอไรด์ของโลหะอัลคาไลซึ่งเป็นครั้งแรกที่ได้รับ (พ.ศ. 2413 ) ออกไซด์ปราศจากน้ำของโลหะอัลคาไล การใช้ความสามารถของอลูมิเนียมในการกู้คืนโลหะจากออกไซด์ของพวกมัน เขาวางรากฐานของ aluminothermy ... ประธานสมาคมฟิสิกส์เคมีแห่งรัสเซีย .... " และไม่ใช่คำพูดเกี่ยวกับการรวบรวมชุดการกระจัดซึ่งรวมอยู่ในหนังสือเรียนของโรงเรียนที่ตีพิมพ์เป็นล้านเล่ม (ไม่เหมือนเช่น ureides - urea derivatives)

แทบจะไม่จำเป็นต้องตำหนิผู้เขียนคู่มือชีวประวัติที่ลืมการค้นพบที่สำคัญของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย: ท้ายที่สุดแล้ว D. I. Mendeleev ซึ่งไม่สามารถถูกตำหนิได้ว่าไม่รักชาติในตำราคลาสสิกของเขา "ความรู้พื้นฐานทางเคมี" ก็ไม่เคยกล่าวถึง ชุดการกระจัดของ Beketov แม้ว่า 15 ครั้งจะอ้างถึงผลงานต่างๆ ของเขา ในการตอบคำถามเหล่านี้ทั้งหมด เราจะต้องสำรวจประวัติศาสตร์ของวิชาเคมี เพื่อหาว่าใครและเมื่อใดที่เสนอชุดกิจกรรมของโลหะ การทดลองแบบใดที่ N. N. Beketov ดำเนินการเอง และชุดการกระจัดของเขาคืออะไร

คำถามสองข้อแรกสามารถตอบได้ด้วยวิธีต่อไปนี้ แน่นอนทั้งการปล่อยไฮโดรเจนจากกรดด้วยโลหะและ ตัวอย่างต่างๆการกระจัดของกันและกันจากเกลือเป็นที่ทราบกันมานานก่อนการเกิดของ Beketov ตัวอย่างเช่น ในคู่มือฉบับหนึ่งของ Thornburn Olaf Bergman นักเคมีและนักแร่วิทยาชาวสวีเดน ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1783 แนะนำให้กำจัดตะกั่วและเงินออกจากสารละลายโดยใช้แผ่นเหล็กเมื่อวิเคราะห์แร่โพลีเมทัลลิก เมื่อทำการคำนวณปริมาณเหล็กในแร่ควรคำนึงถึงส่วนที่ผ่านเข้าไปในสารละลายจากจาน ในคู่มือเล่มเดียวกันนี้ เบิร์กแมนเขียนว่า “โลหะสามารถถูกแทนที่ด้วยสารละลายเกลือของพวกมันด้วยโลหะชนิดอื่น และมีการสังเกตความสม่ำเสมอบางประการ ในชุดของสังกะสี เหล็ก ตะกั่ว ดีบุก ทองแดง เงิน และปรอท สังกะสีแทนที่เหล็ก ฯลฯ” และแน่นอนว่าไม่ใช่เบิร์กแมนที่ค้นพบปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นคนแรก: ข้อสังเกตดังกล่าวย้อนไปถึงช่วงเวลาเล่นแร่แปรธาตุ ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของปฏิกิริยาดังกล่าวถูกนำมาใช้ในยุคกลางโดยนักต้มตุ๋นที่แสดงต่อสาธารณชนถึง "การเปลี่ยนแปลง" ของตะปูเหล็กเป็น "ทอง" สีแดงเมื่อพวกเขาจุ่มตะปูลงในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ตอนนี้ปฏิกิริยานี้แสดงให้เห็นในวิชาเคมีที่โรงเรียน สาระสำคัญของทฤษฎีใหม่ของ Beketov คืออะไร? ก่อนการถือกำเนิดของอุณหพลศาสตร์เคมี นักเคมีได้อธิบายการไหลของปฏิกิริยาในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่งโดยแนวคิดของความสัมพันธ์ของวัตถุบางส่วนกับวัตถุอื่นๆ เบิร์กแมนคนเดียวกันนี้อิงจากปฏิกิริยาการกระจัดที่รู้จักกันดีซึ่งพัฒนาจากทฤษฎีการเลือกความสัมพันธ์แบบเลือกข้างในปี ค.ศ. 1775 ตามทฤษฎีนี้ ความสัมพันธ์ทางเคมีระหว่างสารสองชนิดภายใต้สภาวะที่กำหนดจะคงที่และไม่ขึ้นอยู่กับมวลสัมพัทธ์ของสารตั้งต้น นั่นคือ ถ้าร่างกาย A และ B สัมผัสกับร่างกาย C ร่างกายที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับมันจะเชื่อมต่อกับ C ตัวอย่างเช่น เหล็กมีความสัมพันธ์กับออกซิเจนมากกว่าปรอท ดังนั้นจึงเป็นเหล็กชนิดแรกที่ถูกออกซิไดซ์โดยมัน สันนิษฐานว่าทิศทางของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ทางเคมีของตัวทำปฏิกิริยาเท่านั้น และปฏิกิริยาจะสิ้นสุดลง เบิร์กแมนรวบรวมตารางความสัมพันธ์ทางเคมีซึ่งนักเคมีใช้จนถึงต้นศตวรรษที่ 19 ตารางเหล่านี้รวมถึงกรดและเบสต่างๆ

เกือบพร้อมกันกับเบิร์กแมน นักเคมีชาวฝรั่งเศส Claude Louis Berthollet ได้พัฒนาอีกทฤษฎีหนึ่ง ความสัมพันธ์ทางเคมียังเกี่ยวข้องกับแรงดึงดูดของร่างกายซึ่งกันและกัน แต่ได้ข้อสรุปอื่น ๆ โดยเปรียบเทียบกับกฎแห่งแรงดึงดูดสากล Berthollet เชื่อว่าในวิชาเคมี แรงดึงดูดควรขึ้นอยู่กับมวลของตัวที่ทำปฏิกิริยาด้วย ดังนั้น วิถีของปฏิกิริยาและผลของมันไม่เพียงขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ทางเคมีของรีเอเจนต์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปริมาณของปฏิกิริยาด้วย ตัวอย่างเช่น ถ้าวัตถุ A และ B สามารถทำปฏิกิริยากับ C ได้ ดังนั้นร่างกาย C จะถูกกระจายระหว่าง A และ B ตามความสัมพันธ์และมวลของวัตถุนั้น และไม่มีปฏิกิริยาเดียวที่จะถึงจุดสิ้นสุด เนื่องจากสมดุลจะเกิดขึ้นเมื่อ AC, BC และอิสระ A และ B อยู่ร่วมกันพร้อม ๆ กัน เป็นสิ่งสำคัญมากที่การกระจายของ C ระหว่าง A และ B สามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับส่วนเกินของ A หรือ B ดังนั้น เมื่อมีส่วนเกินมาก ร่างกายที่มี Affinity ต่ำสามารถ "เลือก" ร่างกาย C ได้เกือบทั้งหมด จาก "คู่แข่ง" แต่ถ้าหนึ่งในผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา (AC หรือ BC) ถูกลบออก ปฏิกิริยาจะสิ้นสุดลงและจะมีเฉพาะผลิตภัณฑ์ที่ออกจากขอบเขตเท่านั้น

Berthollet ได้ข้อสรุปโดยการสังเกตกระบวนการตกตะกอนจากสารละลาย ข้อสรุปเหล่านี้ฟังดูทันสมัยอย่างน่าประหลาดใจ นอกเหนือจากคำศัพท์ที่ล้าสมัย อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีของ Berthollet เป็นแบบเชิงคุณภาพซึ่งไม่ได้ให้วิธีการวัดค่าความสัมพันธ์

ความก้าวหน้าทางทฤษฎีเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับการค้นพบในด้านไฟฟ้า นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Alessandro Volta ในปลายศตวรรษที่ 18 แสดงให้เห็นว่าเมื่อโลหะต่างชนิดกันสัมผัสกันจะเกิดประจุไฟฟ้าขึ้น ดำเนินการทดลองกับโลหะหลายคู่และกำหนดสัญลักษณ์และขนาดของประจุของโลหะบางชนิดที่สัมพันธ์กับโลหะอื่น Volta ได้สร้างชุดของแรงดันไฟฟ้า: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au โวลตาออกแบบเซลล์กัลวานิกโดยใช้โลหะต่างชนิดกันเป็นคู่ ซึ่งมีความแข็งแรงมากขึ้น เซลล์ของซีรีส์นี้ยิ่งอยู่ห่างกันมากขึ้นเท่านั้น เหตุผลนี้ไม่เป็นที่รู้จักในเวลานั้น จริงอยู่ ย้อนกลับไปในปี ค.ศ. 1797 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Johann Wilhelm Ritter ได้ทำนายว่าโลหะควรอยู่ในชุดของความเค้นเพื่อลดความสามารถในการรวมตัวกับออกซิเจน ในกรณีของสังกะสีและทองคำ ข้อสรุปนี้ไม่มีข้อสงสัย สำหรับโลหะอื่น ๆ ควรสังเกตว่าความบริสุทธิ์ของพวกมันไม่สูงมาก ดังนั้นซีรี่ส์ Volta จึงไม่สอดคล้องกับโลหะสมัยใหม่เสมอไป

มุมมองทางทฤษฎีเกี่ยวกับธรรมชาติของกระบวนการที่เกิดขึ้นในกรณีนี้นั้นคลุมเครือและมักจะขัดแย้งกัน นักเคมีชาวสวีเดนชื่อดัง Jöns Jakob Berzelius เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 สร้างเคมีไฟฟ้า (หรือ dualistic จาก ลาดพร้าว. dualis - "คู่") ทฤษฎีของสารประกอบทางเคมี ตามทฤษฎีนี้สันนิษฐานว่าสารประกอบเคมีแต่ละชนิดประกอบด้วยสองส่วนคือประจุบวกและประจุลบ ในปี ค.ศ. 1811 Berzelius ได้เรียงตามคุณสมบัติทางเคมีของธาตุที่เขารู้จัก โดยจัดเรียงพวกมันเป็นแถวเพื่อให้แต่ละเทอมในนั้นเป็นอิเล็กโทรเนกาติตีฟเมื่อเทียบกับอันก่อนหน้าและอิเล็กโทรโพสิทีฟสำหรับอันถัดไป ในเวอร์ชันย่อ องค์ประกอบต่อไปนี้ถูกกำหนดให้กับองค์ประกอบอิเล็กโทรเนกาติตี (ตามลำดับจากมากไปหาน้อย):

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

จากนั้นตามด้วยธาตุทรานซิชัน - ไฮโดรเจน และหลังจากนั้น - ธาตุอิเล็กโทรโพสิทีฟ (เพื่อเพิ่มคุณสมบัตินี้):

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

ซีรี่ส์นี้หากคุณเขียนโลหะทั้งหมดในลำดับที่กลับกันจะใกล้เคียงกับโลหะสมัยใหม่มาก ความแตกต่างบางประการในลำดับของโลหะในซีรีส์นี้อาจเกิดจากการทำให้สารบริสุทธิ์ไม่เพียงพอในสมัยของ Berzelius เช่นเดียวกับคุณสมบัติอื่น ๆ ของโลหะที่ Berzelius ได้รับคำแนะนำ จากข้อมูลของ Berzelius ยิ่งองค์ประกอบต่างๆ ในซีรีส์นี้อยู่ห่างจากกัน ประจุไฟฟ้าที่ตรงข้ามกันก็ยิ่งมีมากขึ้น และยิ่งมีความทนทานมากขึ้น พวกมันจะสร้างสารประกอบทางเคมีซึ่งกันและกัน

ทฤษฎีความเป็นคู่ของ Berzelius ในกลางศตวรรษที่ 19 มีความโดดเด่น ความล้มเหลวดังกล่าวแสดงให้เห็นโดยผู้ก่อตั้งเทอร์โมเคมี นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Marcellin Berthelot และนักวิจัยชาวเดนมาร์ก Julius Thomsen พวกเขาวัดความสัมพันธ์ทางเคมีจากงานที่ปฏิกิริยาเคมีสามารถผลิตได้ ในทางปฏิบัติจะวัดจากความร้อนของปฏิกิริยา ผลงานเหล่านี้นำไปสู่การสร้างอุณหพลศาสตร์เคมี ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์ที่ทำให้สามารถคำนวณตำแหน่งของสมดุลในระบบปฏิกิริยาได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสมดุลในกระบวนการเคมีไฟฟ้า มีการวางพื้นฐานทางทฤษฎีของอนุกรมกิจกรรม (และอนุกรมของแรงดันไฟฟ้า) ในการแก้ปัญหา XIX ปลายใน. วอลเตอร์ เนิร์นสท์ นักเคมีกายภาพชาวเยอรมัน แทนที่จะเป็นลักษณะเชิงคุณภาพ - ความสัมพันธ์หรือความสามารถของโลหะและไอออนของโลหะต่อปฏิกิริยาบางอย่าง - ค่าเชิงปริมาณที่แน่นอนปรากฏขึ้นซึ่งแสดงลักษณะของความสามารถของโลหะแต่ละชนิดในการผ่านเข้าไปในสารละลายในรูปของไอออน และยังลดลงจากไอออนเป็น โลหะบนอิเล็กโทรด ค่าดังกล่าวคือศักย์อิเล็กโทรดมาตรฐานของโลหะ และอนุกรมที่เกี่ยวข้อง ซึ่งจัดเรียงตามลำดับการเปลี่ยนแปลงศักย์ เรียกว่า อนุกรมศักย์อิเล็กโทรดมาตรฐาน (สถานะมาตรฐานถือว่าความเข้มข้นของไอออนในสารละลายคือ 1 โมล/ลิตร และความดันก๊าซคือ 1 atm ส่วนใหญ่แล้วสถานะมาตรฐานจะคำนวณสำหรับอุณหภูมิ 25 ° C)

ศักยภาพมาตรฐานของโลหะอัลคาไลที่แอคทีฟมากที่สุดถูกคำนวณตามทฤษฎี เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดค่าเหล่านี้ในสารละลายที่เป็นน้ำ ในการคำนวณศักยภาพของโลหะที่ความเข้มข้นต่างๆ ของไอออน (เช่น ในสถานะที่ไม่ได้มาตรฐาน) จะใช้สมการของ Nernst ศักยภาพของอิเล็กโทรดไม่ได้ถูกกำหนดเฉพาะสำหรับโลหะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับทั้งไอออนบวกและประจุลบด้วย สิ่งนี้ทำให้สามารถทำนายความเป็นไปได้ของปฏิกิริยารีดอกซ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ในทางทฤษฎี ควรสังเกตด้วยว่าในสารละลายที่ไม่ใช่น้ำ ศักยภาพของโลหะจะแตกต่างกัน ดังนั้นลำดับของโลหะในชุดอาจเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจน ตัวอย่างเช่น ในสารละลายที่เป็นน้ำ ศักย์ไฟฟ้าของขั้วทองแดงจะเป็นบวก (+0.24 V) และทองแดงจะอยู่ทางด้านขวาของไฮโดรเจน ในสารละลายของ acetonitrile CH3CN ศักยภาพของทองแดงเป็นลบ (–0.28 V) กล่าวคือ ทองแดงจะอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ดังนั้นปฏิกิริยาต่อไปนี้จึงเกิดขึ้นในตัวทำละลายนี้: Cu + 2HCl = CuCl2 + H2

ตอนนี้ถึงเวลาตอบคำถามที่สามแล้วค้นหาว่า Beketov ศึกษาอะไรกันแน่และเขาได้ข้อสรุปอะไร

นักเคมีชาวรัสเซียที่โดดเด่นที่สุดคนหนึ่ง N. N. Beketov หลังจากสำเร็จการศึกษา (ในปี พ.ศ. 2391) จากมหาวิทยาลัยคาซานได้ทำงานที่ Medical and Surgical Academy ในห้องปฏิบัติการของ N. N. Vinin จากนั้นใน มหาวิทยาลัยปีเตอร์สเบิร์ก, และจาก 2398 ถึง 2429 - ที่มหาวิทยาลัยคาร์คอฟ ไม่นานหลังจากได้รับภาควิชาเคมีของมหาวิทยาลัยในปี พ.ศ. 2400 Beketov ไปต่างประเทศเป็นเวลาหนึ่งปี "โดยได้รับการแต่งตั้งเป็นพันรูเบิลต่อปีซึ่งเกินกว่าเงินเดือนที่ได้รับ" - ในเวลานั้นเป็นจำนวนมาก ระหว่างที่เขาพำนักอยู่ในปารีส เขาได้เผยแพร่ (เป็นภาษาฝรั่งเศส) ผลการศึกษาก่อนหน้านี้ของเขาในรัสเซียเกี่ยวกับการแทนที่ของโลหะบางชนิดจากสารละลายโดยไฮโดรเจนและผลการลดไอของสังกะสี ในการประชุมของ Paris Chemical Society Beketov ได้รายงานเกี่ยวกับงานของเขาเกี่ยวกับการลด SiCl4 และ BF3 ด้วยไฮโดรเจน นี่เป็นลิงค์แรกในห่วงโซ่การวิจัยที่อุทิศให้กับการแทนที่ขององค์ประกอบบางอย่างโดยผู้อื่น ซึ่ง Beketov เริ่มต้นในปี 1856 และเสร็จสิ้นในปี 1865

อยู่ต่างประเทศแล้ว Beketov ดึงความสนใจมาที่ตัวเอง ก็เพียงพอแล้วที่จะอ้างคำพูดของ D. I. Mendeleev ซึ่ง Beketov พบในเยอรมนี: "จากนักเคมีชาวรัสเซียในต่างประเทศฉันได้เรียนรู้ Beketov ... Savich, Sechenov นั่นคือทั้งหมด ... คนที่ให้เกียรติรัสเซียคนที่ฉันดีใจที่ได้อยู่ด้วย

ในปีพ. ศ. 2408 วิทยานิพนธ์ของ Beketov "การวิจัยเกี่ยวกับปรากฏการณ์การเคลื่อนที่ขององค์ประกอบบางอย่างโดยผู้อื่น" ได้รับการตีพิมพ์ในคาร์คอฟ งานนี้ตีพิมพ์ซ้ำใน Kharkov ในปี 1904 (ในคอลเลกชั่น "ในความทรงจำครบรอบ 50 ปีของกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ของ N. N. Beketov") และในปี 1955 (ในคอลเลกชั่น "N. N. Beketov. Selected Works in Physical Chemistry") .

มาทำความคุ้นเคยกับงานของ Beketov นี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้น ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนแรก (มีหกส่วน) นำเสนอผลการทดลองของผู้เขียนโดยละเอียด สามส่วนแรกเกี่ยวข้องกับการกระทำของไฮโดรเจนในสารละลายของเงินและเกลือของปรอทที่ความดันต่างๆ ดูเหมือนว่า Beketov จะเป็นงานที่สำคัญอย่างยิ่งในการค้นหาตำแหน่งของไฮโดรเจนในชุดโลหะรวมถึงการพึ่งพาทิศทางของปฏิกิริยากับสภาวะภายนอก - ความดันอุณหภูมิความเข้มข้นของรีเอเจนต์ เขาทำการทดลองทั้งในสารละลายและสารแห้ง เป็นที่ทราบกันดีสำหรับนักเคมีว่าไฮโดรเจนสามารถแทนที่โลหะบางชนิดได้อย่างง่ายดายจากออกไซด์ของพวกมันที่อุณหภูมิสูง แต่จะไม่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำ Beketov พบว่ากิจกรรมของไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับ "ความหนาแน่นที่มากขึ้น" ของตัวทำปฏิกิริยา (ตอนนี้พวกเขาจะพูดว่า - ด้วยความดันที่สูงขึ้น เช่น ความเข้มข้นของก๊าซ)

การศึกษาความเป็นไปได้ในการแทนที่โลหะด้วยไฮโดรเจนจากสารละลาย Beketov ได้ทำการทดลองที่ค่อนข้างเสี่ยงจำนวนหนึ่ง เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์เคมี Beketov ใช้แรงดันเกิน 100 atm เขาทำการทดลองในที่มืดในหลอดแก้วที่ปิดสนิทซึ่งมีข้อศอกหลายอัน ในเข่าข้างหนึ่งเขาวางสารละลายเกลือไว้อีกข้างหนึ่ง - กรดและที่ปลายท่อ - สังกะสีโลหะ เมื่อเอียงท่อ Beketov ทำให้สังกะสีตกลงไปในกรดที่ได้รับมากเกินไป เมื่อทราบมวลของสังกะสีที่ละลายและปริมาตรของท่อ จึงเป็นไปได้ที่จะประเมินความดันไฮโดรเจนที่ได้ ในการทดลองบางอย่าง Beketov ระบุความดันตามระดับการอัดอากาศโดยของเหลวในเส้นเลือดฝอยบาง ๆ ที่บัดกรีเข้ากับท่อ การเปิดท่อมักมาพร้อมกับการระเบิดเสมอ ในการทดลองครั้งหนึ่งซึ่งมีความดันถึง 110 atm การระเบิดระหว่างการเปิดท่อ (ดำเนินการในน้ำภายใต้กระบอกสูบที่คว่ำ) ทำให้กระบอกสูบที่มีผนังหนาแตกซึ่งมีปริมาตรมากกว่าพันเท่า กว่าปริมาตรของหลอดที่มีน้ำยา

การทดลองแสดงให้เห็นว่าการกระทำของไฮโดรเจนไม่เพียงขึ้นอยู่กับความดันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับ "ความแข็งแรงของสารละลายโลหะ" นั่นคือความเข้มข้นของมันด้วย การลดลงของธาตุเงินจากสารละลายแอมโมเนียของ AgCl เริ่มต้นขึ้นก่อนที่สังกะสีจะละลายหมดสิ้นที่ความดันประมาณ 10 atm สารละลายโปร่งใสจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล (ขั้นแรกที่บริเวณขอบของก๊าซ จากนั้นให้ทั่วทั้งมวล) และหลังจากนั้นอีกสักครู่ วันผงเงินสีเทาตกตะกอนบนผนัง ไม่พบปฏิกิริยาที่ความดันบรรยากาศ เงินยังถูกรีดิวซ์จากไนเตรตและซัลเฟต และไฮโดรเจนทำหน้าที่กับซิลเวอร์อะซิเตตที่ความดันบรรยากาศ ลูกบอลโลหะถูกปล่อยออกมาจากเกลือของปรอทที่ความดันสูง แต่ทองแดงและตะกั่วไนเตรตไม่สามารถลดลงได้แม้ที่ความดันไฮโดรเจนสูง การลดลงของทองแดงถูกสังเกตได้เฉพาะเมื่อมีเงินและแพลทินัมที่ความดันสูงถึง 100 atm Beketov ใช้ทองคำขาวเพื่อเร่งกระบวนการนั่นคือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เขาเขียนว่าแพลทินัมเอื้อต่อการเคลื่อนที่ของโลหะบางชนิดมากกว่าแรงดัน เนื่องจากไฮโดรเจนบนพื้นผิวของแพลทินัม "อาจมีแรงดึงดูดมากกว่าและควรมีความหนาแน่นมากที่สุด" ตอนนี้เรารู้แล้วว่าไฮโดรเจนที่ดูดซับบนแพลตตินัมนั้นถูกเปิดใช้งานเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีกับอะตอมของโลหะ

ในส่วนที่สี่ของส่วนแรก Beketov อธิบายการทดลองกับคาร์บอนไดออกไซด์ เขาศึกษาผลของสารละลายแคลเซียมอะซิเตตที่ความดันต่างๆ ค้นพบว่าปฏิกิริยาย้อนกลับ - การละลายของหินอ่อนในกรดอะซิติกที่ความดันก๊าซบางอย่างจะหยุดลงแม้จะมีกรดมากเกินไป

ในส่วนสุดท้ายของการทดลอง Beketov ได้อธิบายถึงผลกระทบของไอสังกะสีที่อุณหภูมิสูงต่อสารประกอบของแบเรียม ซิลิกอน และอะลูมิเนียม ด้วยการลดซิลิกอนเตตระคลอไรด์ด้วยสังกะสี Beketov เป็นคนแรกที่ได้รับซิลิกอนที่เป็นผลึกบริสุทธิ์เพียงพอ นอกจากนี้เขายังพบว่าแมกนีเซียมลดอลูมิเนียมจากไครโอไลต์ (โซเดียมฟลูออโรลูมิเนต "ในบ้าน") และซิลิคอนจากไดออกไซด์ ในการทดลองเหล่านี้ ได้มีการสร้างความสามารถของอลูมิเนียมในการคืนแบเรียมจากออกไซด์และโพแทสเซียมจากไฮดรอกไซด์ ดังนั้นหลังจากการเผาอลูมิเนียมด้วยแบเรียมออกไซด์ปราศจากน้ำ (ด้วยการเติมแบเรียมคลอไรด์เล็กน้อยเพื่อลดจุดหลอมเหลว) จึงเกิดโลหะผสมขึ้นซึ่งตามผลการวิเคราะห์คือแบเรียม 33.3% ส่วนที่เหลือเป็นอลูมิเนียม ในขณะเดียวกัน การเผาอะลูมิเนียมด้วยผงแบเรียมคลอไรด์เป็นเวลาหลายชั่วโมงก็ไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ

ปฏิกิริยาที่ผิดปกติของอะลูมิเนียมกับ KOH เกิดขึ้นในกระบอกปืนโค้ง โดยส่วนปลายของ KOH และอะลูมิเนียมวางอยู่ ด้วยไฟที่รุนแรงของปลายนี้ไอโพแทสเซียมปรากฏขึ้นซึ่งควบแน่นในส่วนที่เย็นของถัง "จากที่ได้โลหะอ่อนสองสามชิ้นมาเผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีม่วง" หลังจากนั้นรูบิเดียมและซีเซียมก็ถูกแยกด้วยวิธีเดียวกัน

ส่วนที่สองของงานของ Beketov อุทิศให้กับทฤษฎีการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบบางอย่างโดยผู้อื่น ในส่วนนี้ Beketov ได้วิเคราะห์ข้อมูลการทดลองจำนวนมากเป็นครั้งแรก ทั้งของตัวเองและที่ดำเนินการโดยนักวิจัยคนอื่นๆ รวมถึงศาสตราจารย์ Breslav Fischer เช่นเดียวกับ Davy, Gay-Lussac, Berzelius, Wöhler การกล่าวถึงเป็นพิเศษคือ "หลาย ๆ ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจการทับถมของโลหะในทางเปียก ค้นพบโดย William Odling นักเคมีชาวอังกฤษ ในเวลาเดียวกัน Beketov พิจารณากรณีของการแทนที่องค์ประกอบบางอย่างโดย "ทางเปียก" อื่น ๆ เช่น ในสารละลายและ "ทางแห้ง" เช่น ในระหว่างการเผารีเอเจนต์ สิ่งนี้มีเหตุผลเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะทำปฏิกิริยาเชิงทดลองในสารละลายที่เป็นน้ำซึ่งเกี่ยวข้องกับโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท เนื่องจากพวกมันทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างแข็งขัน

จากนั้น Beketov ได้กำหนดทฤษฎีของเขาซึ่งออกแบบมาเพื่ออธิบายกิจกรรมต่างๆ ขององค์ประกอบต่างๆ เมื่อจัดเรียงโลหะทั้งหมดเป็นแถวตามความถ่วงจำเพาะ (เช่น ความหนาแน่น) เบเคตอฟพบว่ามันเข้ากันได้ดีกับอนุกรมการกระจัดที่รู้จัก "ด้วยเหตุนี้" Beketov สรุป "ตำแหน่งของโลหะ ... ในอนุกรมการกระจัดสามารถกำหนดได้ค่อนข้างถูกต้องและคาดการณ์ไว้ล่วงหน้าโดยความถ่วงจำเพาะของมัน" ความไม่แน่นอนบางอย่างเกิดขึ้นระหว่าง "โลหะที่อยู่ติดกันด้วยความถ่วงจำเพาะ" เท่านั้น ดังนั้น โพแทสเซียมมักจะเป็นธาตุที่ "มีพลังมากกว่า" และยกตัวอย่างเช่น แทนที่โซเดียมจาก NaCl เมื่อเผา แม้ว่าโพแทสเซียมจะระเหยได้ดีกว่าก็ตาม อย่างไรก็ตาม ยังรู้จักกระบวนการย้อนกลับ ตัวอย่างเช่น โซเดียมสามารถแทนที่โพแทสเซียมจากไฮดรอกไซด์และอะซีเตต Beketov เขียน "สำหรับอัตราส่วนของกลุ่มอัลคาไลน์กลุ่มแรกต่อกลุ่มที่สองและอัตราส่วนของโลหะกลุ่มที่สองต่อกันและกัน

Beketov พบกับปัญหาที่ร้ายแรงกว่า ตัวอย่างเช่น เขาประสบความสำเร็จในการลดสังกะสีด้วยอะลูมิเนียมจากสารละลาย ZnCl2 และล้มเหลวจากสารละลาย ZnSO4 นอกจากนี้อลูมิเนียม "ไม่ได้คืนค่าเหล็ก, นิกเกิล, โคบอลต์, แคดเมียมจากสารละลาย" อย่างแน่นอน Beketov อธิบายสิ่งนี้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าอลูมิเนียม "ทำหน้าที่ส่วนใหญ่กับน้ำ" และสันนิษฐานว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ควรเกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีน้ำ - "ทางแห้ง" แท้จริงแล้วต่อมา Beketov ได้ค้นพบปฏิกิริยาดังกล่าวและค้นพบ aluminothermy จริงๆ

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือโลหะบางชนิดหลุดออกจากกฎของความถ่วงจำเพาะ ดังนั้นทองแดง (ความหนาแน่น 8.9) ในชุดกิจกรรมไม่ได้อยู่ก่อน แต่อยู่หลังตะกั่ว (ความหนาแน่น 11.4 - ค่าความหนาแน่นของ Beketov แตกต่างจากสมัยใหม่เล็กน้อย) "ความผิดปกติ" ดังกล่าวบังคับให้ Beketov พยายามแทนที่ตะกั่วที่ใช้งานมากกว่าด้วยทองแดงที่ใช้งานน้อยกว่า เขาวางแผ่นทองแดงในสารละลายตะกั่วคลอไรด์อิ่มตัวที่ร้อน - เป็นกลางและเป็นกรดในสารละลายแอมโมเนียของตะกั่วออกไซด์ ทองแดงที่อุ่นด้วยดรายออกไซด์และตะกั่วคลอไรด์ การทดลองทั้งหมดไม่ประสบความสำเร็จและ Beketov ถูกบังคับให้ยอมรับ "ถอยจาก กฎทั่วไป". "ความผิดปกติ" อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับเงิน (ความหนาแน่น 10.5) และตะกั่ว เช่นเดียวกับเงินและปรอท (ความหนาแน่น 13.5) เนื่องจากทั้งตะกั่วและปรอทลดเงินที่ "เบากว่า" จากสารละลายของเกลือ Beketov อธิบายความผิดปกติของปรอทโดยความจริงที่ว่าโลหะนี้เป็นของเหลวดังนั้นกิจกรรมของมันจึงสูงกว่ากฎของความถ่วงจำเพาะ

Beketov ขยายกฎของเขาไปยังอโลหะ ตัวอย่างเช่นในชุดคลอรีน (ความหนาแน่นของคลอรีนเหลว 1.33), โบรมีน (ความหนาแน่น 2.86), ไอโอดีน (ความหนาแน่น 4.54), ธาตุที่เบาที่สุดในเวลาเดียวกันเป็นธาตุที่มีการใช้งานมากที่สุด (ฟลูออรีนได้รับจาก Moissan เพียง 20 ปีต่อมา) เช่นเดียวกับที่สังเกตได้ในซีรีส์ O, S, Se, Te: ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่ว่องไวที่สุดและค่อนข้างง่ายในการแทนที่องค์ประกอบที่เหลือจากสารประกอบด้วยไฮโดรเจนหรือโลหะอัลคาไล

Beketov อธิบายกฎของเขาโดยเปรียบเทียบกับกลศาสตร์: ความถ่วงจำเพาะเกี่ยวข้องกับมวลของอนุภาค (เช่น อะตอม) และระยะห่างระหว่างพวกมันในสารธรรมดา เมื่อทราบความหนาแน่นของโลหะและมวลอะตอมสัมพัทธ์ของโลหะ เราสามารถคำนวณระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างอะตอมได้ ยิ่งระยะห่างระหว่างพวกมันมากเท่าไหร่ก็ยิ่งง่ายขึ้นตาม Beketov อะตอมจะถูกแยกออกจากกันในกระบวนการทางเคมี สิ่งนี้เชื่อมโยงกับ "ความสัมพันธ์" ซึ่งกันและกันขององค์ประกอบต่างๆ และความสามารถในการแทนที่ซึ่งกันและกันจากสารประกอบ เมื่อคำนวณระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างอะตอมในโลหะต่าง ๆ และใช้โพแทสเซียมเป็นมาตรฐานแล้ว Beketov ได้ค่าต่อไปนี้: K - 100, Na - 80, Ca - 65, Mg - 53, Al - 43 และอื่น ๆ จนถึงแพลทินัม

ไกลออกไป สรุปทฤษฎีของ Beketov เกี่ยวกับความแรงสัมพัทธ์ของสารเคมี (กล่าวคือ ความสามารถขององค์ประกอบบางอย่างในการแทนที่องค์ประกอบอื่นเกี่ยวข้องกับสิ่งนี้) สามารถพบได้ในตำราเรียนของ D. I. Mendeleev เรื่อง "Fundamentals of Chemistry" (อ้างจากฉบับปี 1947 โดยใช้คำศัพท์สมัยใหม่): .. ศาสตราจารย์ N. N. Beketov ในงานของเขา "การสืบสวนปรากฏการณ์การปราบปราม" (Kharkov, 1865) เสนอสมมติฐานพิเศษซึ่งเราจะระบุไว้ในคำพูดของผู้เขียน

สำหรับอะลูมิเนียมออกไซด์ Al2O3 จะแรงกว่าเฮไลด์ AlCl3 และ AlI3 ในออกไซด์อัตราส่วน Al: O = 112: 100 สำหรับคลอไรด์ Al: Cl = 25: 100 สำหรับไอโอไดด์ Al: I = 7: 100 สำหรับซิลเวอร์ออกไซด์ Ag2O (อัตราส่วน 1350: 100) มีความคงทนน้อยกว่าคลอไรด์ ( Ag: Cl = = 100:33) และไอโอไดด์มีความคงทนมากที่สุด (Ag: I = 85:100) จากตัวอย่างเหล่านี้และตัวอย่างที่คล้ายกัน จะเห็นได้ว่าสิ่งที่ทนทานที่สุดคือสารประกอบที่มวลขององค์ประกอบเชื่อมต่อเกือบจะเท่ากัน ดังนั้นจึงมีความปรารถนาของมวลชนจำนวนมากที่จะรวมกับมวลขนาดใหญ่และมวลขนาดเล็ก - กับขนาดเล็กเช่น: Ag2O + 2KI ให้ K2O + 2AgI ด้วยเหตุผลเดียวกันเมื่อ อุณหภูมิที่สูงขึ้น Ag2O, HgO, Au2O3 และออกไซด์ที่คล้ายกันซึ่งมีมวลไม่เท่ากันจะสลายตัว ในขณะที่ออกไซด์ของโลหะเบาและน้ำจะไม่สลายตัวโดยง่าย ออกไซด์ที่ทนความร้อนได้มากที่สุด - MgO, CaO, SiO2, Al2O3 เข้าใกล้เงื่อนไขความเท่าเทียมกันของมวล ด้วยเหตุผลเดียวกัน HI จึงสลายตัวได้ง่ายกว่า HCl คลอรีนไม่ออกฤทธิ์กับ MgO และ Al2O3 แต่ออกฤทธิ์กับ CaO, Ag2O เป็นต้น

เพื่อทำความเข้าใจความสัมพันธ์ที่แท้จริงของความสัมพันธ์ - Mendeleev สรุป - การเพิ่มทฤษฎีเชิงกลของปรากฏการณ์ทางเคมีที่ Beketov มอบให้นั้นยังห่างไกลจากความเพียงพอ อย่างไรก็ตาม ในวิธีการของเขาในการอธิบายความแข็งแรงสัมพัทธ์ของสารประกอบหลายชนิด เราสามารถเห็นข้อความที่น่าสนใจเกี่ยวกับคำถามที่มีความสำคัญยิ่ง หากไม่มีความพยายามดังกล่าว ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าใจวัตถุที่ซับซ้อนของความรู้จากประสบการณ์

ดังนั้น โดยไม่ดูแคลนข้อดีของนักเคมีที่โดดเด่น ควรตระหนักว่าแม้ว่าทฤษฎีของ N. N. Beketov จะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเคมีเชิงทฤษฎี แต่ก็ไม่ควรให้เหตุผลแก่เขาในการจัดตั้งกิจกรรมสัมพัทธ์ของโลหะใน ปฏิกิริยาการแทนที่ของไฮโดรเจนจากกรดและชุดของกิจกรรมที่สอดคล้องกันของโลหะ: เชิงกลของมัน ทฤษฎีปรากฏการณ์ทางเคมียังคงอยู่ในประวัติศาสตร์เคมีซึ่งเป็นหนึ่งในหลายขั้นตอนของมัน

ทำไมในหนังสือบางเล่ม Beketov จึงให้เครดิตกับสิ่งที่เขาไม่ได้ค้นพบ? ประเพณีนี้อาจปรากฏขึ้นในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 และต้นทศวรรษ 1950 เช่นเดียวกับประเพณีอื่น ๆ อีกมากมาย ของศตวรรษที่ 20 เมื่อการรณรงค์เพื่อต่อต้าน "การบ่นไปทางตะวันตก" กำลังโหมกระหน่ำในสหภาพโซเวียต และผู้เขียนเพียงแค่ต้องระบุถึงการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่เห็นได้ชัดเจนไม่มากก็น้อยโดยเฉพาะนักวิทยาศาสตร์ในประเทศเท่านั้น และแม้แต่การอ้างผู้เขียนจากต่างประเทศก็ถือเป็นการยุยงปลุกปั่น (ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีเรื่องตลกว่า "รัสเซียเป็นบ้านเกิดของช้าง") ตัวอย่างเช่น M. V. Lomonosov ได้รับเครดิตจากการค้นพบกฎการอนุรักษ์พลังงานซึ่งถูกค้นพบในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เท่านั้น นี่คือตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมของการนำเสนอประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น ในหนังสือของ Vladimir Orlov เรื่อง "On a Courageous Thought" (M.: Molodaya Gvardiya, 1953) มีการอธิบายสิ่งประดิษฐ์ในด้านไฟฟ้าไว้ในคำต่อไปนี้: "ชาวต่างชาติทำลายแหล่งกำเนิดแสงไฟฟ้า ... ชาวอเมริกันขโมยรัสเซียที่ยอดเยี่ยม การประดิษฐ์ ... เอดิสันในอเมริกาเริ่มปรับปรุงสิ่งประดิษฐ์ของรัสเซียอย่างตะกละตะกลาม ... นักวิทยาศาสตร์ต่างชาติทำให้หลอดไฟฟ้าที่สร้างโดยอัจฉริยะของชาวรัสเซียพิการ ... พวกจักรวรรดินิยมอเมริกันทำให้เสื่อมเสียชื่อเสียงไฟฟ้า ... ตามพวกเขา พวกฟาสซิสต์ยูโกสลาเวียก็ขายหน้าไฟฟ้า แสง ... "- ฯลฯ ฯลฯ เห็นได้ชัดว่าเสียงสะท้อนของความทรงจำที่ไม่ดีในสมัยนั้นยังคงอยู่ในหนังสือเรียนบางเล่มและควรกำจัดทิ้ง ดังที่นักประวัติศาสตร์ด้านเคมีคนหนึ่งกล่าวว่า "Lomonosov เก่งพอที่จะไม่อ้างการค้นพบของคนอื่นว่าเป็นของเขา"

“เทียนกำลังไหม้...”

ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ในระหว่างการจุดเทียนนั้นไม่มีกฎแห่งธรรมชาติข้อเดียวที่จะไม่ได้รับผลกระทบไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง

ไมเคิล ฟาราเดย์. ประวัติต้นเทียน

เรื่องนี้เกี่ยวกับ "การทดลองสืบสวนสอบสวน" สิ่งสำคัญในวิชาเคมีคือการทดลอง ในห้องทดลองทั่วโลก มีการทดลองต่างๆ หลายล้านครั้งและยังคงดำเนินการต่อไป แต่นักวิจัยมืออาชีพจะทำได้ยากมากเหมือนที่นักเคมีรุ่นเยาว์บางคนทำ: จะเกิดอะไรขึ้นหากมีสิ่งที่น่าสนใจเกิดขึ้น? บ่อยครั้งที่ผู้วิจัยมีสมมติฐานที่ชัดเจนซึ่งเขาพยายามที่จะยืนยันหรือพิสูจน์หักล้างจากการทดลอง แต่ตอนนี้ประสบการณ์จบลงแล้ว ผลลัพธ์ก็ออกมาแล้ว หากไม่เห็นด้วยกับสมมติฐาน แสดงว่าไม่ถูกต้อง (แน่นอน หากตั้งค่าการทดสอบถูกต้องและทำซ้ำหลายครั้ง) แล้วถ้าตกลงล่ะ? นี่หมายความว่าสมมติฐานนั้นถูกต้องและถึงเวลาแล้วที่จะโอนไปยังหมวดหมู่ของทฤษฎีหรือไม่? บางครั้งนักวิจัยมือใหม่ก็คิดเช่นนั้น แต่ผู้มีประสบการณ์ไม่รีบสรุป แต่ก่อนอื่นให้คิดอย่างแน่วแน่ว่าจะสามารถอธิบายผลที่ได้รับด้วยวิธีอื่นได้หรือไม่

ประวัติศาสตร์เคมีรู้ตัวอย่างนับพันว่า "การคิด" ดังกล่าวมีประโยชน์อย่างไร เรื่องราวสามเรื่องถัดไปจะกล่าวถึงความอันตรายของการเชื่อว่าการทดลองที่ "ประสบความสำเร็จ" พิสูจน์ความถูกต้องของสมมติฐานได้ บางครั้งในห้องเรียนพวกเขาแสดงประสบการณ์ดังกล่าว วงกลมไม้หรือโฟมขนาดเล็กได้รับอนุญาตให้ลอยในจานน้ำซึ่งมีเทียนไขติดอยู่ เหยือกแก้วคว่ำวางลงบนวงกลมพร้อมเทียนและวางไว้ที่ด้านล่างของจานในตำแหน่งนี้ หลังจากนั้นครู่หนึ่งเทียนก็ดับและน้ำในเหยือกก็เต็ม การทดลองนี้ควรจะแสดงให้เห็นว่ามีอากาศเพียงหนึ่งในห้า (ออกซิเจน) เท่านั้นที่รองรับการเผาไหม้ เมื่อมองแวบแรกดูเหมือนว่าน้ำจะสูงขึ้นประมาณหนึ่งในห้า แม้ว่าปกติแล้วจะไม่มีการวัดค่าที่แม่นยำกว่านี้ เมื่อมองแวบแรก การทดลองนั้นเรียบง่ายและค่อนข้างน่าเชื่อ เพราะจริงๆ แล้ว ออกซิเจนในอากาศมีอยู่จริง 21% โดยปริมาตร อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของเคมี มันไม่ใช่ทั้งหมด แท้จริงแล้ว เทียนทำมาจากพาราฟิน และพาราฟินประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวที่มีองค์ประกอบ C น H2 น+2 กับ 18–35 คาร์บอน สมการปฏิกิริยาการเผาไหม้สามารถเขียนเป็นรูปทั่วไปได้ดังนี้ น H2 น +2 + (3 น+ 1)/2 O2 → นคาร์บอนไดออกไซด์ + ( น+ 1) เอชทูโอ เพราะ นมีขนาดใหญ่ ค่าสัมประสิทธิ์ด้านหน้าของออกซิเจนจะใกล้เคียงกับ 1.5 มาก น(สำหรับ น= 18 ผลต่างระหว่าง (3 น+ +1)/2 และ 1.5 นจะน้อยกว่า 2% สำหรับ น= 30 มันจะยิ่งน้อยลงไปอีก) ดังนั้นสำหรับ 1.5 ปริมาตรของออกซิเจนที่ใช้ไป 1 ปริมาตรของ CO2 จะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นแม้ว่าจะใช้ออกซิเจนทั้งหมดจากกระป๋อง (นั่นคือ 0.21 โดยปริมาตร) แทนที่จะปล่อยหลังจากการเผาไหม้ 0.21: 1.5 = 0.14 ปริมาตรของคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งหมายความว่าน้ำไม่ควรเต็มหนึ่งในห้าของเหยือกเลย!

แต่เหตุผลนี้ถูกต้องหรือไม่? อย่างที่ทราบกันดีว่าคาร์บอนไดออกไซด์ละลายได้ดีในน้ำ บางทีมันอาจจะ "ลงไปในน้ำ" ทั้งหมด? อย่างไรก็ตามกระบวนการละลายก๊าซนี้ช้ามาก สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยการทดลองพิเศษ: น้ำบริสุทธิ์ในเหยือกคว่ำที่เต็มไปด้วย CO2 เกือบจะไม่เพิ่มขึ้นในหนึ่งชั่วโมง การทดลองกับเทียนใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งนาที ดังนั้น แม้ว่าออกซิเจนจะถูกใช้จนหมด แต่น้ำควรเข้าไปในโถเพียง 0.21 - 0.1 = 0.07 ของปริมาตร (ประมาณ 7%)

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด ปรากฎว่าเทียน "เผาไหม้" ในขวดไม่ใช่ออกซิเจนทั้งหมด แต่เป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น การวิเคราะห์อากาศที่เทียนดับแสดงให้เห็นว่ายังคงมีออกซิเจนอยู่ 16% (น่าสนใจ ปริมาณออกซิเจนในการหายใจออกของมนุษย์ปกติจะลดลงเหลือประมาณระดับเดียวกัน) ซึ่งหมายความว่าน้ำไม่ควรเข้าไปในโถเลย! อย่างไรก็ตามประสบการณ์แสดงให้เห็นว่านี่ไม่ใช่กรณี จะอธิบายได้อย่างไร?

ข้อสันนิษฐานที่ง่ายที่สุด: เทียนที่จุดอยู่จะทำให้อากาศร้อนขึ้น ปริมาณของมันเพิ่มขึ้น และอากาศส่วนหนึ่งจะออกมาจากขวดโหล หลังจากทำให้อากาศในขวดเย็นลง (สิ่งนี้เกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว) ความดันจะลดลงและน้ำจะเข้าสู่ขวดภายใต้การกระทำของความดันบรรยากาศภายนอก ตามกฎหมาย ก๊าซในอุดมคติ(และอากาศในการประมาณครั้งแรกถือเป็นก๊าซในอุดมคติ) เพื่อให้ปริมาตรของอากาศเพิ่มขึ้น 1/5 อุณหภูมิ (สัมบูรณ์) จะต้องเพิ่มขึ้น 1/5 เช่น เพิ่มจาก 293 K (20 ° C) ถึง 1, 2 293 \u003d 352 K (ประมาณ 80 ° C) ไม่ค่อยเท่าไหร่! การทำให้อากาศร้อนด้วยเปลวเทียนที่ 60° เป็นไปได้ค่อนข้างมาก ยังคงเป็นเพียงการตรวจสอบการทดลองว่ามีอากาศออกมาจากขวดหรือไม่ในระหว่างการทดลอง

อย่างไรก็ตาม การทดลองครั้งแรกดูเหมือนจะไม่ยืนยันข้อสันนิษฐานนี้ ดังนั้นในการทดลองหลายชุดที่ดำเนินการกับขวดปากกว้างที่มีปริมาตร 0.45 ลิตร จึงไม่มีสัญญาณของอากาศ "ไหลวน" จากใต้ขอบขวด ข้อสังเกตที่ไม่คาดคิดอีกประการหนึ่ง: น้ำในขวดในขณะที่เทียนกำลังลุกไหม้เกือบจะไม่เข้ามา

และหลังจากที่เทียนดับลง ระดับน้ำในเหยือกคว่ำก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จะอธิบายได้อย่างไร?

อาจสันนิษฐานได้ว่าในขณะที่เทียนกำลังลุกไหม้ อากาศในโถจะร้อนขึ้น แต่ในขณะเดียวกัน ปริมาตรของเทียนก็ไม่เพิ่มขึ้น แต่ความดันที่ป้องกันไม่ให้น้ำถูกดูดเข้าไป หลังจากการเผาไหม้หยุดลง อากาศในโถจะเย็นลง ความดันลดลง และน้ำจะสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม คำอธิบายนี้ใช้ไม่ได้ ประการแรก น้ำไม่ใช่สารปรอทหนัก ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้อากาศไหลออกจากขวดที่มีความดันเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (ครั้งหนึ่งนักฟิสิกส์และนักเคมีทุกคนที่ศึกษาก๊าซใช้ตราปรอท) แท้จริงแล้ว น้ำนั้นเบากว่าปรอทถึง 13.6 เท่า และความสูงของตราประทับน้ำระหว่างขอบขวดกับระดับน้ำในจานก็น้อย . ดังนั้น ความดันที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยจะทำให้อากาศ "เดือด" ผ่านวาล์วอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

การคัดค้านครั้งที่สองนั้นร้ายแรงยิ่งกว่า แม้ว่าระดับน้ำในจานจะสูงขึ้นและน้ำจะไม่ปล่อยอากาศร้อนภายใต้ความดันสูงออกจากโถ หลังจากอากาศในโถเย็นลง ทั้งอุณหภูมิและความดันจะกลับสู่ค่าเดิม ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่อากาศจะเข้าไปในโถ

ปริศนาได้รับการแก้ไขโดยการเปลี่ยนรายละเอียดเล็กน้อยระหว่างการทดลองเท่านั้น โดยปกติขวดจะ "วางบน" ด้านบนของเทียน นี่อาจเป็นสาเหตุของพฤติกรรมแปลก ๆ ของอากาศในธนาคาร? เทียนที่จุดไฟจะทำให้อากาศร้อนไหลขึ้นด้านบน และเมื่อโถเคลื่อนที่จากด้านบน อากาศร้อนจะแทนที่อากาศเย็นออกจากโถก่อนที่ขอบของโถจะสัมผัสกับน้ำ หลังจากนั้นอุณหภูมิของอากาศในขวดในขณะที่เทียนกำลังไหม้จะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยดังนั้นอากาศจึงไม่ออกไป (และไม่เข้าไปข้างในด้วย) และหลังจากหยุดการเผาไหม้และการระบายความร้อนของอากาศร้อนในโถความดันจะลดลงอย่างเห็นได้ชัดและความดันบรรยากาศภายนอกจะขับน้ำส่วนหนึ่งเข้าไปในโถ

เพื่อทดสอบข้อสันนิษฐานนี้ ในการทดลองหลายครั้ง ขวดถูก "วางบน" บนเทียน ไม่ใช่จากด้านบน แต่จากด้านข้าง เกือบจะสัมผัสกับเปลวไฟด้วยขอบขวด หลังจากนั้น ขวดโหลก็เคลื่อนลงอย่างรวดเร็ว ถูกวางไว้ที่ด้านล่างของจาน และทันทีจากใต้ขอบขวด ฟองอากาศก็เริ่มปรากฏขึ้นอย่างรวดเร็ว! โดยธรรมชาติแล้วหลังจากจุดเทียนหยุดลง น้ำก็จะถูกดูดเข้าไปข้างใน - ใกล้เคียงกับระดับเดียวกับในการทดลองครั้งก่อนๆ

ดังนั้นการทดลองกับเทียนนี้จึงไม่สามารถแสดงองค์ประกอบของอากาศได้แต่อย่างใด แต่เขาย้ำ พูดอย่างชาญฉลาดนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ แสดงในบทประพันธ์

เข้าใกล้สมดุล...

ให้เราพิจารณาคำอธิบายที่ผิดพลาดอีกข้อหนึ่งของการทดลอง ซึ่งก๊าซจะถูกทำให้ร้อนด้วย คำอธิบายนี้ได้เข้าสู่บทความเคมียอดนิยมและแม้แต่ตำราเรียนของวิทยาลัย ดังนั้นในหนังสือเรียนต่างประเทศเกี่ยวกับเคมีทั่วไปหลายเล่มจึงมีการอธิบายการทดลองที่สวยงามซึ่งเราจะอธิบายสาระสำคัญด้วยคำพูดจากหนังสือเรียน "Chemical Kinetics" ของ Noel Waite วิธีการผ่อนคลาย วิธี Eigen ซึ่งผู้เขียนได้รับรางวัลในปี 1967 รางวัลโนเบลในทางเคมีเรียกว่าวิธีการผ่อนคลาย ระบบปฏิกิริยาเข้าสู่สภาวะสมดุลภายใต้เงื่อนไขบางประการ จากนั้นเงื่อนไขเหล่านี้ (อุณหภูมิ ความดัน สนามไฟฟ้า) จะถูกละเมิดอย่างรวดเร็ว - เร็วกว่าการเปลี่ยนแปลงสมดุล ระบบเข้าสู่สภาวะสมดุลอีกครั้ง แต่ตอนนี้อยู่ภายใต้เงื่อนไขใหม่ สิ่งนี้เรียกว่า "การผ่อนคลายสู่ตำแหน่งสมดุลใหม่" ในขณะที่การผ่อนคลายกำลังเกิดขึ้น การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติบางอย่างของระบบจะถูกตรวจสอบ...

การทดลองแสดงปรากฏการณ์การผ่อนคลาย

ในบางกรณี สภาวะสมดุลจะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ ภายใต้เงื่อนไขใหม่ ๆ จนสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นได้ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการทั่วไป จึงสามารถสังเกตปรากฏการณ์ของการผ่อนคลายได้ ตัวอย่างเช่น พิจารณาการเปลี่ยนแปลงของไนโตรเจนไดออกไซด์ (ก๊าซสีน้ำตาลเข้ม) เป็นหรี่ (ก๊าซไม่มีสี):

เติมแก๊สไซริงก์แก้วด้วยแก๊สประมาณ 80 cm3 กดลูกสูบของกระบอกฉีดยาอย่างรวดเร็วและอัดแก๊สไปที่ 50–60 cm3 ตรวจสอบว่าสีของแก๊สเปลี่ยนไป ขั้นแรกก๊าซจะมืดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากความเข้มข้นของ NO2 จะเพิ่มขึ้น แต่จากนั้นจะเกิดความสว่างขึ้นอย่างช้าๆ เนื่องจาก ความดันสูงก่อให้เกิดการก่อตัวของ N2O4 และสภาวะสมดุลจะมาถึงภายใต้สภาวะภายนอกใหม่

ในหนังสือเรียนหลายเล่ม มีคำอธิบายที่คล้ายกันเพื่ออธิบายหลักการของ Le Chatelier: เมื่อความดันก๊าซเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การลดลงของจำนวนโมเลกุล ในกรณีนี้คือ N2O4 dimer ที่ไม่มีสี ข้อความมาพร้อมกับรูปถ่ายสามสี พวกเขาแสดงให้เห็นว่าทันทีหลังจากการบีบอัด ส่วนผสมของสีน้ำตาลอมเหลืองในตอนแรกกลายเป็นสีน้ำตาลเข้มได้อย่างไร และในภาพที่สาม ซึ่งถ่ายหลังจากนั้นไม่กี่นาที ส่วนผสมของก๊าซในกระบอกฉีดจะสว่างขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

บางครั้งพวกเขาเสริมว่าต้องกดลูกสูบให้เร็วที่สุดเพื่อไม่ให้เครื่องชั่งเคลื่อนที่ในช่วงเวลานี้

เมื่อมองแวบแรก คำอธิบายนี้ดูน่าเชื่อถือมาก อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบเชิงปริมาณของกระบวนการในกระบอกฉีดยาจะหักล้างข้อสรุปทั้งหมดโดยสิ้นเชิง ความจริงก็คือความสมดุลที่ระบุระหว่างไนโตรเจนไดออกไซด์ NO2 และไดเมอร์ (ไนโตรเจนเตตรอกไซด์) N2O4 นั้นเกิดขึ้นเร็วมาก: ในล้านส่วนของวินาที! ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะอัดแก๊สในกระบอกฉีดยาเร็วกว่าสมดุลนี้ แม้ว่าคุณจะขยับลูกสูบใน "หลอดฉีดยา" ที่ทำจากเหล็กด้วยการระเบิด สมดุลก็มักจะมีเวลาที่จะสร้างเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่เนื่องจากความเฉื่อย ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้จากการทดลองนี้จะอธิบายได้อย่างไร แน่นอนว่าการลดลงของปริมาตรและการเพิ่มความเข้มข้นของก๊าซที่สอดคล้องกันจะทำให้สีเพิ่มขึ้น แต่ไม่ใช่สิ่งนี้ เหตุผลหลัก. ใครก็ตามที่เติมลมจักรยานด้วยปั๊มมือจะรู้ว่าปั๊ม (โดยเฉพาะอันที่เป็นอะลูมิเนียม) จะร้อนมาก แรงเสียดทานของลูกสูบบนท่อปั๊มไม่มีส่วนเกี่ยวข้อง - สามารถตรวจสอบได้ง่ายโดยการแกว่งรอบเดินเบาสองสามครั้งเมื่ออากาศในปั๊มไม่ถูกบีบอัด ความร้อนเกิดขึ้นจากการบีบอัดที่เรียกว่าอะเดียแบติก - เมื่อความร้อนไม่มีเวลากระจายไปในพื้นที่โดยรอบ ซึ่งหมายความว่าเมื่อส่วนผสมของไนโตรเจนออกไซด์ถูกบีบอัด จะต้องทำให้ร้อนขึ้นด้วย และเมื่อได้รับความร้อน สมดุลในส่วนผสมนี้จะเปลี่ยนไปอย่างมากต่อไดออกไซด์

ส่วนผสมจะร้อนแค่ไหนเมื่อบีบอัด? ในกรณีของการอัดอากาศในปั๊ม สามารถคำนวณความร้อนได้ง่ายโดยใช้สมการอะเดียแบติกสำหรับ ก๊าซในอุดมคติ: โทรทัศน์γ–1 = const โดยที่ ตคืออุณหภูมิของก๊าซ (หน่วยเป็นเคลวิน) วีคือปริมาตร γ = ซี พี / ประวัติย่อคืออัตราส่วนของความจุความร้อนของก๊าซที่ความดันคงที่ต่อความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ สำหรับก๊าซเชิงเดี่ยว (โนเบิล) γ = 1.66 สำหรับไดอะตอม (อากาศเป็นของพวกมันด้วย) γ = 1.40 สำหรับไตรอะตอม (เช่น สำหรับ NO2) γ = 1.30 เป็นต้น สมการอะเดียแบติกสำหรับอากาศ บีบอัดได้ตั้งแต่ปริมาตร 1 ถึง เล่ม 2 สามารถเขียนใหม่เป็น ต 2/ ต 1 = (วี 1/ วี 2)γ–1. หากลูกสูบถูกดันไปตรงกลางของปั๊มอย่างรวดเร็ว เมื่อปริมาตรของอากาศในนั้นลดลงครึ่งหนึ่ง เราจะได้สมการสำหรับอัตราส่วนของอุณหภูมิก่อนและหลังการบีบอัด ต 2/ ต 1 = = 20.4 = 1.31. และถ้า ต 1 \u003d 293 K (20 ° C) จากนั้น ต 2 = 294 K (111°C)!

เป็นไปไม่ได้ที่จะใช้สมการของก๊าซในอุดมคติโดยตรงในการคำนวณสถานะของส่วนผสมของไนโตรเจนออกไซด์ทันทีหลังการบีบอัด เนื่องจากในกระบวนการนี้ ไม่เพียงแต่ปริมาตร ความดัน และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจำนวนโมล (อัตราส่วน NO2 N2O4) ในระหว่าง ปฏิกิริยาเคมี ปัญหาสามารถแก้ไขได้โดยการรวมสมการเชิงอนุพันธ์เชิงตัวเลขเท่านั้น ซึ่งคำนึงถึงว่างานที่ทำในแต่ละช่วงเวลาโดยลูกสูบเคลื่อนที่นั้นถูกใช้ไปในด้านหนึ่งในการให้ความร้อนแก่ส่วนผสมและในทางกลับกัน การแยกตัวของ dimer สันนิษฐานว่าพลังงานการแยกตัวของ N2O4, ความจุความร้อนของก๊าซทั้งสอง, ค่าของ γ สำหรับพวกมัน, และการพึ่งพาตำแหน่งสมดุลกับอุณหภูมิ (ทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลแบบตาราง) การคำนวณแสดงให้เห็นว่าหากส่วนผสมเริ่มต้นของก๊าซที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิห้องถูกบีบอัดอย่างรวดเร็วจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาตร ส่วนผสมจะร้อนขึ้นเพียง 13 °C หากคุณบีบอัดส่วนผสมให้มีปริมาตรลดลงสามเท่า อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น 21 องศาเซลเซียส และแม้แต่ความร้อนเล็กน้อยของส่วนผสมก็เปลี่ยนตำแหน่งสมดุลอย่างมากไปสู่การแยกตัวของ N2O4

แล้วมันก็ช้าลง ส่วนผสมของแก๊สซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ ของสมดุลต่อ N2O4 และสีที่อ่อนลง ซึ่งสังเกตได้ในการทดลอง อัตราการทำความเย็นขึ้นอยู่กับวัสดุของผนังกระบอกฉีดยา ความหนาและเงื่อนไขอื่นๆ ของการแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศโดยรอบ เช่น กระแสลมในห้อง สิ่งสำคัญคือเมื่อมีการเปลี่ยนสมดุลไปทางขวาอย่างค่อยเป็นค่อยไปไปทาง N2O4 การลดลงของโมเลกุล NO2 จะเกิดขึ้นพร้อมกับการปลดปล่อยความร้อนซึ่งช่วยลดอัตราการเย็นตัวของส่วนผสม (คล้ายกับการแช่แข็งของน้ำในอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ที่ ต้นฤดูหนาวไม่ให้อุณหภูมิอากาศลดลงอย่างรวดเร็ว)

เหตุใดผู้ทดลองจึงไม่รู้สึกถึงความร้อนของกระบอกฉีดยาเมื่อดันลูกสูบเข้าไป คำตอบนั้นง่ายมาก ความจุความร้อนของส่วนผสมของก๊าซและแก้ว (ต่อหน่วยมวล) ไม่แตกต่างกันมากนัก แต่มวลของลูกสูบแก้วนั้นสูงกว่ามวลของก๊าซหลายสิบและบางครั้งหลายร้อยเท่า ดังนั้น แม้ว่าความร้อนทั้งหมดของส่วนผสมของก๊าซทำความเย็นจะถูกถ่ายโอนไปยังผนังของกระบอกฉีดยา ผนังเหล่านี้จะร้อนขึ้นเพียงเศษเสี้ยวขององศา

ระบบการพิจารณาที่มีความสมดุลระหว่างไนโตรเจนออกไซด์สองตัวก็มีความสำคัญในทางปฏิบัติเช่นกัน ที่ความดันต่ำ ส่วนผสมของ NO2 และ N2O4 จะเหลวได้ง่าย ทำให้สามารถใช้เป็นสารหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพได้ แม้ว่าจะมีปฏิกิริยาเคมีสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนต่ออุปกรณ์ก็ตาม ซึ่งแตกต่างจากน้ำซึ่ง พลังงานความร้อนตัวอย่างเช่น จากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีความร้อนสูงและสามารถระเหยได้ การถ่ายโอนความร้อนไปยังส่วนผสมของไนโตรเจนออกไซด์ไม่ได้นำไปสู่ความร้อน แต่นำไปสู่ปฏิกิริยาเคมี - ทำลายพันธะ N-N ในโมเลกุล N2O4 . อันที่จริง การทำลายพันธะ N–N ในหนึ่งโมลของสาร (92 กรัม) โดยไม่ใช้ความร้อนนั้นต้องการพลังงาน 57.4 กิโลจูล หากพลังงานดังกล่าวถ่ายโอนไปยังน้ำ 92 กรัมที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส 30.8 กิโลจูลจะทำให้น้ำเดือดและ 26.6 กิโลจูลที่เหลือจะทำให้น้ำระเหยประมาณ 11 กรัม! ในกรณีของไนโตรเจนออกไซด์ ส่วนผสมจะไม่ร้อนขึ้นมากนัก ในจุดที่เย็นกว่าของการติดตั้ง ส่วนผสมที่หมุนเวียนจะเย็นลงเล็กน้อย สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ ​​N2O4 และส่วนผสมก็พร้อมที่จะรับความร้อนอีกครั้ง

อนุกรมกิจกรรมไฟฟ้าเคมีของโลหะ (ช่วงแรงดันไฟฟ้า, ช่วงของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน) - ลำดับที่โลหะถูกจัดเรียงตามลำดับการเพิ่มศักย์ไฟฟ้าเคมีมาตรฐาน φ 0 ที่สอดคล้องกับครึ่งปฏิกิริยาการลดไอออนบวกของโลหะ Me n+ : Me n+ + nē → Me

ความเค้นจำนวนหนึ่งแสดงลักษณะกิจกรรมเปรียบเทียบของโลหะในปฏิกิริยารีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ

ประวัติศาสตร์

ลำดับของโลหะตามลำดับการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมทางเคมีใน ในแง่ทั่วไปนักเล่นแร่แปรธาตุรู้อยู่แล้ว กระบวนการของการแทนที่โลหะร่วมกันจากสารละลายและการตกตะกอนของพื้นผิว (ตัวอย่างเช่น การแทนที่ของเงินและทองแดงจากสารละลายของเกลือด้วยเหล็ก) ถือเป็นการแสดงถึงการแปรสภาพของธาตุ

นักเล่นแร่แปรธาตุในยุคต่อมาเกือบจะเข้าใจด้านเคมีของการตกตะกอนของโลหะร่วมกันจากสารละลายของพวกเขา ดังนั้น Angelus Sala ใน Anatomia Vitrioli (1613) จึงสรุปว่าผลิตภัณฑ์ ปฏิกริยาเคมีประกอบด้วย "ส่วนประกอบ" เดียวกันกับที่มีอยู่ในสารดั้งเดิม ต่อจากนั้น Robert Boyle ได้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับสาเหตุที่โลหะชนิดหนึ่งแทนที่อีกชนิดหนึ่งจากสารละลาย

ในยุคของการก่อตัวของเคมีคลาสสิก ความสามารถขององค์ประกอบในการแทนที่ซึ่งกันและกันจากสารประกอบกลายเป็นส่วนสำคัญในการทำความเข้าใจ ปฏิกิริยา. J. Berzelius บนพื้นฐานของทฤษฎีเคมีไฟฟ้าของความสัมพันธ์ ได้สร้างการจำแนกประเภทของธาตุ โดยแบ่งพวกมันออกเป็น "เมทัลลอยด์" (ปัจจุบันใช้คำว่า "อโลหะ") และ "โลหะ" และใส่ไฮโดรเจนระหว่างพวกมัน

ลำดับของโลหะตามความสามารถในการแทนที่ซึ่งกันและกันซึ่งนักเคมีรู้จักกันมานานได้รับการศึกษาอย่างละเอียดถี่ถ้วนและเสริมโดย N. N. Beketov ในปี 1860 และปีต่อ ๆ มา ในปี พ.ศ. 2402 เขาได้จัดทำรายงานในปารีสในหัวข้อ "การวิจัยเกี่ยวกับปรากฏการณ์การแทนที่ขององค์ประกอบบางอย่างโดยผู้อื่น" ในงานนี้ Beketov ได้รวมภาพรวมเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างการกระจัดร่วมกันขององค์ประกอบและน้ำหนักอะตอมของพวกมันโดยเชื่อมโยงกระบวนการเหล่านี้กับ " อักษรย่อ คุณสมบัติทางเคมีองค์ประกอบ - โดยสิ่งที่เรียกว่าความสัมพันธ์ทางเคมี» . การค้นพบของ Beketov เกี่ยวกับการแทนที่ของโลหะจากสารละลายเกลือของพวกมันด้วยไฮโดรเจนภายใต้ความกดดัน และการศึกษากิจกรรมการลดของอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และสังกะสีที่อุณหภูมิสูง (metallothermy) ทำให้เขาสามารถตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างความสามารถบางอย่าง องค์ประกอบเพื่อแทนที่สารอื่นจากสารประกอบที่มีความหนาแน่น: สารเชิงเดี่ยวที่เบากว่าสามารถแทนที่สารที่หนักกว่าได้ (ดังนั้น ซีรีส์นี้จึงมักเรียกอีกอย่างว่า อนุกรมการกระจัดของเบเคตอฟหรือง่ายๆ ชุด Beketov).

หากไม่ปฏิเสธข้อดีที่สำคัญของ Beketov ในการพัฒนาแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับจำนวนกิจกรรมของโลหะควรถือว่าผิดพลาดซึ่งเป็นที่นิยมในประเทศและ วรรณกรรมเพื่อการศึกษาความคิดของเขาในฐานะผู้สร้างซีรีส์นี้แต่เพียงผู้เดียว ข้อมูลการทดลองจำนวนมากที่ได้รับเมื่อสิ้นสุดศตวรรษที่ 19 ได้หักล้างสมมติฐานของ Beketov ดังนั้น William Odling จึงอธิบายหลายกรณีของ "การกลับรายการกิจกรรม" ตัวอย่างเช่น ทองแดงแทนที่ดีบุกจากสารละลายเข้มข้นที่เป็นกรดของ SnCl 2 และตะกั่วจากสารละลายที่เป็นกรดของ PbCl 2 นอกจากนี้ยังสามารถละลายในกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นด้วยการปลดปล่อยไฮโดรเจน ทองแดง ดีบุก และตะกั่วอยู่ในแถวทางขวาของแคดเมียม อย่างไรก็ตาม พวกมันสามารถแทนที่ได้จากสารละลาย CdCl 2 ที่มีกรดเดือดเล็กน้อย

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเคมีเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองชี้ให้เห็นอีกสาเหตุหนึ่งสำหรับความแตกต่างในกิจกรรมทางเคมีของโลหะ ด้วยการพัฒนาแนวคิดสมัยใหม่ของเคมีไฟฟ้า (ส่วนใหญ่อยู่ในผลงานของ Walter Nernst) เป็นที่ชัดเจนว่าลำดับนี้สอดคล้องกับ "ชุดของแรงดันไฟฟ้า" - การจัดเรียงของโลหะตามค่าของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน ดังนั้น แทนที่จะเป็นลักษณะเชิงคุณภาพ - "แนวโน้ม" ของโลหะและไอออนของโลหะต่อปฏิกิริยาบางอย่าง - เนิร์สต์แนะนำค่าเชิงปริมาณที่แน่นอนซึ่งแสดงถึงความสามารถของโลหะแต่ละชนิดในการผ่านเข้าสู่สารละลายในรูปของไอออน และจะลดลงจาก ไอออนกับโลหะบนอิเล็กโทรดและตั้งชื่อชุดที่เกี่ยวข้อง ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่ง.

พื้นฐานทางทฤษฎี

ค่าของศักย์ไฟฟ้าเคมีเป็นฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว ดังนั้นจึงแสดงการพึ่งพาที่ซับซ้อนกับตำแหน่งของโลหะในระบบธาตุ ดังนั้น ศักยภาพในการออกซิเดชันของไอออนบวกจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของพลังงานการทำให้เป็นอะตอมของโลหะ โดยการเพิ่มศักยภาพของไอออนไนซ์ทั้งหมดของอะตอม และด้วยการลดลงของพลังงานไฮเดรชันของไอออนบวก

ในรูปแบบทั่วไปเป็นที่ชัดเจนว่าโลหะที่จุดเริ่มต้นของงวดมีลักษณะค่าศักย์ไฟฟ้าเคมีต่ำและครอบครองตำแหน่งทางด้านซ้ายของชุดแรงดันไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน การสลับกันของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธสะท้อนถึงปรากฏการณ์ความคล้ายคลึงกันในแนวทแยง โลหะที่อยู่ใกล้กับช่วงกลางของช่วงเวลานั้นมีลักษณะเฉพาะ ค่ามากมีศักยภาพและครอบครองตำแหน่งในครึ่งขวาของแถว ศักยภาพไฟฟ้าเคมีที่เพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอ (จาก -3.395 V สำหรับคู่ Eu 2+ /Eu [ ] ถึง +1.691 V สำหรับ Au + /Au pair) สะท้อนถึงการลดลงของกิจกรรมที่ลดลงของโลหะ (ความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอน) และการเพิ่มขึ้นของความสามารถในการออกซิไดซ์ของไอออนบวก (ความสามารถในการติดอิเล็กตรอน) ดังนั้น ตัวรีดิวซ์ที่แรงที่สุดคือโลหะยูโรเพียม และตัวออกซิไดซ์ที่แรงที่สุดคือโกลด์ไอออนบวก Au+

ตามธรรมเนียมแล้ว ไฮโดรเจนจะรวมอยู่ในชุดแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากการวัดค่าศักย์ไฟฟ้าเคมีของโลหะในเชิงปฏิบัตินั้นดำเนินการโดยใช้อิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน

การใช้งานจริงของช่วงแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าจำนวนหนึ่งถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติสำหรับการประเมินเชิงเปรียบเทียบ [สัมพัทธ์] ของกิจกรรมทางเคมีของโลหะในปฏิกิริยากับสารละลายเกลือและกรดในน้ำ และสำหรับการประเมินกระบวนการแคโทดิกและแอโนดิกระหว่างอิเล็กโทรลิซิส:

• โลหะทางซ้ายของไฮโดรเจนเป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงกว่าโลหะทางขวา: พวกมันแทนที่ตัวหลังจากสารละลายเกลือ ตัวอย่างเช่น การโต้ตอบ Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu เป็นไปได้ในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้น
• โลหะในแถวด้านซ้ายของไฮโดรเจนจะแทนที่ไฮโดรเจนเมื่อทำปฏิกิริยากับสารละลายที่เป็นน้ำของกรดที่ไม่ออกซิไดซ์ โลหะที่ใช้งานมากที่สุด (รวมถึงอะลูมิเนียม) - และเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ
• โลหะในแถวทางขวาของไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลายที่เป็นน้ำของกรดที่ไม่ออกซิไดซ์ภายใต้สภาวะปกติ
• ในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส โลหะทางด้านขวาของไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด การลดลงของโลหะที่มีกิจกรรมปานกลางนั้นมาพร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจน โลหะที่ใช้งานมากที่สุด (จนถึงอลูมิเนียม) ไม่สามารถแยกออกจากสารละลายเกลือที่เป็นน้ำได้ภายใต้สภาวะปกติ

ตารางศักย์ไฟฟ้าเคมีของโลหะ

โลหะ	ไอออนบวก	φ 0 , V	ปฏิกิริยา	อิเล็กโทรไลซิส (ที่แคโทด):
	ลี่+	-3,0401	ทำปฏิกิริยากับน้ำ	ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมา
	ซีเอส+	-3,026
	Rb+	-2,98
	เค+	-2,931
	F +	-2,92
	ราทู+	-2,912
	บา2+	-2,905
	ซีเนียร์2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	อียู 2+	-2,812
	นา+	-2,71
	เอสเอ็ม2+	-2,68
	Md2+	-2,40	ทำปฏิกิริยากับสารละลายที่เป็นน้ำของกรด
	ลา3+	-2,379
	วาย3+	-2,372
	เอ็มจีทู+	-2,372
	ซี3+	-2,336
	ป.3+	-2,353
	น.3+	-2,323
	เออ 3+	-2,331
	โฮ3+	-2,33
	Tm3+	-2,319
	เอสเอ็ม 3+	-2,304
	น.3+	-2,30
	เอฟเอ็ม 2+	-2,30
	ได3+	-2,295
	ลู3+	-2,28
	ทีบี 3+	-2,28
	จีดี 3+	-2,279
	เอส 2+	-2,23
	เอซี 3+	-2,20
	ได 2+	-2,2
	น.2+	-2,2
	cf2+	-2,12
	วท.3+	-2,077
	ฉัน 3+	-2,048
	ซม.3+	-2,04
	Pu3+	-2,031
	เออ 2+	-2,0
	ปร2+	-2,0
	อียู 3+	-1,991
	ล.3+	-1,96
	cf3+	-1,94
	เอส3+	-1,91
	Th4+	-1,899
	เอฟเอ็ม 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	เป็น 2+	-1,847
	ยู3+	-1,798
	อัล3+	-1,700
	ม.3+	-1,65
	ที2+	-1,63		ปฏิกิริยาที่แข่งขันกัน: ทั้งวิวัฒนาการของไฮโดรเจนและวิวัฒนาการของโลหะบริสุทธิ์
	เอชเอฟ4+	-1,55
	Zr4+	-1,53
	ป่า3+	-1,34
	ที3+	-1,208
	ป.3+	-1,205
	ไม่ใช่ 3+	-1,20
	ตี4+	-1,19
	Mn2+	-1,185
	V2+	-1,175
	Nb 3+	-1,1
	Nb 5+	-0,96
	วี3+	-0,87
	Cr2+	-0,852
	สังกะสี2+	-0,763
	Cr3+	-0,74
	Ga3+	-0,560