Metallerin elektrokimyasal tablosu. Modern malzemelerin dünyası - metallerin elektrokimyasal voltaj serileri

Bölümler: Kimya, Yarışma "Ders için sunum"

Sınıf: 11

ders için sunum

İleri geri

Dikkat! Slayt önizlemesi yalnızca bilgilendirme amaçlıdır ve sunumun tamamını yansıtmayabilir. Bu çalışmayla ilgileniyorsanız, lütfen tam sürümünü indirin.

Amaçlar ve hedefler:

• Öğretici: Periyodik tablodaki pozisyona göre metallerin kimyasal aktivitesinin değerlendirilmesi D.I. Mendeleev ve metallerin elektrokimyasal voltaj serisinde.
• Geliştirme:İşitsel belleğin, bilgileri karşılaştırma, mantıksal düşünme ve devam eden kimyasal reaksiyonları açıklama becerisinin gelişimine katkıda bulunur.
• eğitici: Bir beceri oluşturmak bağımsız iş, fikrini makul bir şekilde ifade etme ve sınıf arkadaşlarını dinleme yeteneği, çocuklara vatanseverlik duygusu ve yurttaşlarla gurur aşılıyoruz.

Teçhizat: Medya projektörlü PC, bir dizi kimyasal reaktif içeren bireysel laboratuvarlar, metal kristal kafes modelleri.

ders türü: eleştirel düşüncenin gelişimi için teknolojiyi kullanmak.

dersler sırasında

BEN. Meydan okuma aşaması.

Konuyla ilgili bilginin gerçekleştirilmesi, bilişsel aktivitenin uyanışı.

Blöf oyunu: "Buna inanıyor musun ...". (Slayt 3)

1. Metaller, PSCE'de sol üst köşeyi kaplar.
2. Kristallerde, metal atomları metalik bir bağ ile bağlanır.
3. Metallerin değerlik elektronları çekirdeğe sıkıca bağlıdır.
4. Ana alt gruplardaki (A) metaller genellikle dış seviyede 2 elektrona sahiptir.
5. Yukarıdan aşağıya doğru grupta metallerin indirgeyici özelliklerinde artış vardır.
6. Bir metalin asit ve tuz çözeltilerindeki reaktivitesini değerlendirmek için, metallerin voltajlarının elektrokimyasal serisine bakmak yeterlidir.
7. Bir metalin asit ve tuz çözeltilerindeki reaktivitesini değerlendirmek için D.I.'nin periyodik tablosuna bakmak yeterlidir. Mendeleyev

Sınıfa soru? Giriş ne anlama geliyor? Ben 0 - ne -\u003e Ben + n(4. Slayt)

Cevap: Me0 - indirgeyici bir maddedir, yani oksitleyici maddelerle etkileşime girer. Aşağıdakiler oksitleyici görevi görebilir:

1. Basit maddeler (+ O 2, Cl 2, S ...)
2. Karmaşık maddeler (H 2 O, asitler, tuz çözeltileri ...)

II. Yeni bilgileri anlamak.

Metodolojik bir teknik olarak, bir referans şeması hazırlanması önerilmektedir.

Sınıfa soru? Metallerin indirgeme özelliklerini hangi faktörler etkiler? (Slayt 5)

Cevap: Mendeleev'in periyodik tablosundaki konumdan veya metallerin voltajının elektrokimyasal serisindeki konumundan.

Öğretmen kavramları tanıtır: kimyasal aktivite ve elektrokimyasal aktivite.

Açıklamaya başlamadan önce, çocuklar atomların aktivitelerini karşılaştırmaya davet edilir. İLE Ve Li periyodik tablodaki konum D.I. Mendeleev ve bu elementlerin oluşturduğu basit maddelerin metal voltajlarının elektrokimyasal dizisindeki konumlarına göre aktiviteleri. (Slayt 6)

Bir çelişki var:Alkali metallerin PSCE'deki konumuna ve alt gruptaki elementlerin özelliklerindeki değişiklik modellerine göre, potasyumun aktivitesi lityumdan daha fazladır. Voltaj serisindeki konumu açısından lityum en aktif olanıdır.

Yeni materyal.Öğretmen kimyasal ve elektrokimyasal aktivite arasındaki farkı açıklar ve elektrokimyasal gerilim serisinin bir metalin hidratlanmış bir iyona dönüşme yeteneğini yansıttığını açıklar; burada metal aktivitenin ölçüsü enerjidir ve bu terim üç terimden oluşur (atomizasyon enerjisi, iyonizasyon). enerji ve hidrasyon enerjisi). Malzemeyi bir deftere yazıyoruz. (7-10. Slaytlar)

Bir defterde birlikte yazmak çözüm:İyonun yarıçapı ne kadar küçük olursa, etrafındaki elektrik alanı o kadar büyük olur, hidrasyon sırasında o kadar fazla enerji açığa çıkar, dolayısıyla bu metalin reaksiyonlarda indirgeme özellikleri o kadar güçlü olur.

Tarihsel referans: bir öğrenci tarafından Beketov'un bir yer değiştirme metal serisi yaratması üzerine sunumu. (Slayt 11)

Metallerin elektrokimyasal voltaj serisinin etkisi, yalnızca metallerin elektrolit çözeltileri (asitler, tuzlar) ile reaksiyonları ile sınırlıdır.

Hatırlatma:

1. Metallerin indirgeme özellikleri, standart koşullar altında (250°C, 1 atm.) sulu çözeltilerdeki reaksiyonlar sırasında azalır;
2. Soldaki metal, çözeltideki tuzlarının sağındaki metali değiştirir;
3. Hidrojene karşı duran metaller onu solüsyondaki asitlerden uzaklaştırır (hariç: HNO3);
4. Ben (Al'a) + H 2 O -> alkali + H 2
   Diğer Ben (H 2'ye kadar) + H 2 O -> oksit + H 2 (sert koşullar)
   Ben (H 2'den sonra) + H 2 O -> tepki vermeyin

(Slayt 12)

Çocuklara notlar verilir.

Pratik iş:"Metallerin tuz çözeltileriyle etkileşimi" (Slayt 13)

Geçişi yapın:

• CuSO4 —> FeSO4
• CuSO4 —> ZnSO4

Bakır ve cıva (II) nitrat çözeltisi arasındaki etkileşim deneyiminin gösterilmesi.

III. Yansıma, tefekkür.

Tekrarlıyoruz: hangi durumda periyodik tabloyu kullanıyoruz ve bu durumda bir dizi metal voltajına ihtiyaç var. (Slaytlar 14-15).

Dersin ilk sorularına dönüyoruz. 6. ve 7. soruları ekranda işaretliyoruz, hangi ifadenin doğru olmadığını analiz ediyoruz. Ekranda - anahtar (görev 1'i kontrol edin). (Slayt 16).

dersi özetlemek:

• Ne öğrendin?
• Metallerin elektrokimyasal voltaj serisini kullanmak hangi durumda mümkündür?

Ev ödevi: (Slayt 17)

1. "POTANSİYEL" kavramını fizik dersinden tekrar etmek gerekirse;
2. Reaksiyon denklemini bitirin, elektronik denge denklemlerini yazın: Cu + Hg (NO 3) 2 →
3. Verilen metaller ( Fe, Mg, Pb, Cu)- elektrokimyasal voltaj serilerinde bu metallerin yerini doğrulayan deneyler sunun.

Blöf oyunu, tahtada çalışma, sözlü cevaplar, iletişim, pratik çalışma için sonuçları değerlendiriyoruz.

Kullanılmış Kitaplar:

1. İŞLETİM SİSTEMİ. Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaya "Öğretmen için el kitabı. Kimya 11. Sınıf II. Bölüm "Drofa Yayınevi.
2. N.L. Glinka Genel Kimya.

Tüm metaller, redoks aktivitelerine bağlı olarak, metallerin elektrokimyasal voltaj serisi (içindeki metaller artan standart elektrokimyasal potansiyellere göre düzenlendiğinden) veya metallerin aktivite serisi adı verilen bir seride birleştirilir:

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

En reaktif metaller hidrojene kadar aktivite sırasına göre sıralanır ve metal ne kadar solda bulunursa o kadar aktiftir. Aktivite serisinde hidrojenin yanında yer alan metaller inaktif kabul edilir.

Alüminyum

Alüminyum gümüşi beyaz renktedir. Alüminyumun temel fiziksel özellikleri hafiflik, yüksek termal ve elektriksel iletkenliktir. Serbest durumda, alüminyum, havaya maruz kaldığında, onu konsantre asitlere karşı dayanıklı kılan güçlü bir oksit film olan Al203 ile kaplanır.

Alüminyum, p-ailesi metallerine aittir. Harici enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu 3s 2 3p 1 şeklindedir. Alüminyum, bileşiklerinde "+3" e eşit bir oksidasyon durumu sergiler.

Alüminyum, bu elementin erimiş oksitinin elektrolizi ile elde edilir:

2Al2O3 \u003d 4Al + 3O2

Bununla birlikte, ürünün veriminin düşük olması nedeniyle, Na3 ve Al203 karışımının elektrolizi ile alüminyum elde etme yöntemi daha sık kullanılmaktadır. Reaksiyon, 960C'ye ısıtıldığında ve katalizörlerin - florürlerin (AlF3 , CaF2 , vb.) varlığında ilerlerken, katotta alüminyum salınır ve anotta oksijen salınır.

Alüminyum, oksit filmi yüzeyinden çıkardıktan sonra su ile etkileşime girebilir (1), basit maddeler (oksijen, halojenler, nitrojen, kükürt, karbon) (2-6), asitler (7) ve bazlar (8) ile etkileşime girebilir:

2Al + 6H2O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2(1)

2Al + 3 / 2O2 \u003d Al2O3 (2)

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 (3)

2Al + N2 = 2AlN (4)

2Al + 3S \u003d Al2S3 (5)

4Al + 3C \u003d Al4C3 (6)

2Al + 3H2S04 \u003d Al2 (S04) 3 + 3H2(7)

2Al + 2NaOH + 3H2O \u003d 2Na + 3H2 (8)

Kalsiyum

Serbest haliyle Ca, gümüşi beyaz bir metaldir. Havaya maruz kaldığında, anında havayı oluşturan parçalarla etkileşiminin ürünü olan sarımsı bir filmle kaplanır. Kalsiyum oldukça sert bir metaldir, kübik yüz merkezli bir kristal kafese sahiptir.

Harici enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu 4s 2'dir. Bileşiklerinde kalsiyum, "+2" ye eşit bir oksidasyon durumu sergiler.

Kalsiyum, çoğunlukla klorürler olmak üzere erimiş tuzların elektrolizi ile elde edilir:

CaCl2 \u003d Ca + Cl2

Kalsiyum, güçlü temel özellikler sergileyen (1), oksijenle reaksiyona giren (2), oksitler oluşturan, metal olmayanlarla etkileşime giren (3-8), asitlerde çözünen (9) hidroksitlerin oluşumu ile suda çözünebilir:

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

2Ca + O2 \u003d 2CaO (2)

Ca + Br 2 \u003d CaBr 2 (3)

3Ca + N2 \u003d Ca3N2 (4)

2Ca + 2C = Ca2C2 (5)

2Ca + 2P = Ca3P2 (7)

Ca + H 2 \u003d CaH 2 (8)

Ca + 2HCl \u003d CaCl2 + H2 (9)

Demir ve bileşikleri

Demir gri bir metaldir. Saf haliyle oldukça yumuşak, dövülebilir ve sünektir. Harici enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu 3d 6 4s 2 şeklindedir. Bileşiklerinde demir, "+2" ve "+3" oksidasyon durumlarını sergiler.

Metalik demir, su buharı ile reaksiyona girerek karışık bir oksit (II, III) Fe304 oluşturur:

3Fe + 4H2Ö (v) ↔ Fe3Ö4 + 4H2

Havada demir, özellikle nem varlığında kolayca oksitlenir (paslanır):

3Fe + 3O2 + 6H2O \u003d 4Fe (OH) 3

Diğer metaller gibi demir de basit maddelerle, örneğin halojenlerle (1) reaksiyona girer, asitlerde çözünür (2):

Fe + 2HCl \u003d FeCl2 + H2 (2)

Demir, çeşitli oksidasyon durumları sergilediği için bir dizi bileşik oluşturur: demir (II) hidroksit, demir (III) hidroksit, tuzlar, oksitler, vb. Böylece, demir (II) hidroksit, alkali çözeltilerin hava erişimi olmadan demir (II) tuzları üzerindeki etkisiyle elde edilebilir:

FeS04 + 2NaOH \u003d Fe (OH) 2 ↓ + Na2S04

Demir(II) hidroksit asitlerde çözünür ve oksijen varlığında demir(III) hidroksite yükseltgenir.

Demir (II) tuzları, indirgeyici maddelerin özelliklerini sergiler ve demir (III) bileşiklerine dönüştürülür.

Demir oksit (III), demirin oksijende yanmasıyla elde edilemez; elde etmek için demir sülfürleri yakmak veya diğer demir tuzlarını kalsine etmek gerekir:

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

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

Demir (III) bileşikleri, zayıf oksitleyici özellikler sergiler ve güçlü indirgeyici ajanlarla OVR'ye girebilir:

2FeCl3 + H2S \u003d Fe (OH)3 ↓ + 3NaCl

Demir çelik üretimi

Çelikler ve dökme demirler, karbonlu demir alaşımlarıdır ve çelikteki karbon içeriği% 2'ye kadar ve dökme demirde% 2-4'tür. Çelikler ve dökme demirler alaşım katkı maddeleri içerir: çelikler - Cr, V, Ni ve dökme demir - Si.

Çeşitli çelik türleri vardır, bu nedenle amaçlarına göre yapısal, paslanmaz, alet, ısıya dayanıklı ve kriyojenik çelikler ayırt edilir. Kimyasal bileşime göre karbon (düşük, orta ve yüksek karbonlu) ve alaşımlı (düşük, orta ve yüksek alaşımlı) ayırt edilir. Yapısına göre östenitik, ferritik, martensitik, perlitik ve beynitik çelikler ayırt edilir.

Çelikler, inşaat, kimya, petrokimya, çevre koruma, ulaşım enerjisi ve diğer endüstriler gibi ulusal ekonominin birçok sektöründe uygulama bulmuştur.

Dökme demir - sementit veya grafitteki karbon içeriğinin biçimine ve bunların miktarına bağlı olarak, çeşitli dökme demir türleri ayırt edilir: beyaz (sementit biçiminde karbon bulunması nedeniyle kırılmanın açık rengi), gri (grafit halinde karbon bulunmasından dolayı kırığın gri rengi), dövülebilir ve ısıya dayanıklıdır. Dökme demirler çok kırılgan alaşımlardır.

Dökme demirin uygulama alanları geniştir - dökme demirden sanatsal dekorasyonlar (çit, kapı), vücut parçaları, sıhhi tesisat ekipmanları, ev eşyaları (tavalar) yapılır, otomotiv endüstrisinde kullanılır.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak	26.31 g ağırlığında bir magnezyum ve alüminyum alaşımı hidroklorik asit içinde çözüldü. Bu durumda 31.024 litre renksiz gaz açığa çıktı. Alaşımdaki metallerin kütle kesirlerini belirleyin.
Çözüm	Her iki metal de hidroklorik asit ile reaksiyona girebilir ve bunun sonucunda hidrojen salınır: Mg + 2HCl \u003d MgCl2 + H2 2Al + 6HCl \u003d 2AlCl3 + 3H2 Salınan hidrojenin toplam mol sayısını bulun: v(H2) \u003d V(H2) / Vm v (H2) \u003d 31.024 / 22.4 \u003d 1.385 mol Mg maddesinin miktarı x mol ve Al y mol olsun. Daha sonra, reaksiyon denklemlerine dayanarak, toplam hidrojen mol sayısı için bir ifade yazabiliriz: x + 1.5y = 1.385 Karışımdaki metallerin kütlesini ifade ediyoruz: Daha sonra, karışımın kütlesi aşağıdaki denklemle ifade edilecektir: 24x + 27y = 26.31 Bir denklem sistemimiz var: x + 1.5y = 1.385 24x + 27y = 26.31 Hadi çözelim: 33,24 -36y + 27y \u003d 26,31 v(Al) = 0,77 mol v(Mg) = 0.23 mol Daha sonra, karışımdaki metallerin kütlesi: m (Mg) \u003d 24 × 0,23 \u003d 5,52 gr m(Al) \u003d 27 × 0,77 \u003d 20,79 gr Karışımdaki metallerin kütle kesirlerini bulun: ώ =m(Me)/m toplam ×%100 ώ(Mg) = 5,52 / 26,31 × %100 = %20,98 ώ(Al) = 100 - 20,98 = %79,02
Cevap	Alaşımdaki metallerin kütle oranları: %20,98, %79,02

Dikkat! Aşağıdaki açıklama bir referans malzemedir, bu vinil tablosunda listelenmemiştir!

METAL ELEKTROKİMYASINDA KÜÇÜK BİR KURS

Alkali metal klorür çözeltilerinin elektrolizi ve eriyik kullanılarak metal üretimi hakkında zaten bilgi sahibi olduk. Şimdi sulu çözeltilerin, galvanik hücrelerin elektrokimyasının bazı yasalarını incelemek ve ayrıca koruyucu galvanik kaplamaların üretimini tanımak için birkaç basit deney deneyelim.
Elektrokimyasal yöntemler, modern analitik kimyada kullanılır ve teorik kimyada en önemli miktarların belirlenmesine hizmet eder.
Son olarak, büyük hasara neden olan metal nesnelerin korozyonu ulusal ekonomi, çoğu durumda bir elektrokimyasal işlemdir.

METALLERİN GERİLİM ARALIĞI

Elektrokimyasal süreçleri anlamak için temel bağlantı, metallerin voltaj serileridir. Metaller, reaktif ile başlayan ve en az reaktif asil metallerle biten bir sırada düzenlenebilir:
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.
En son fikirlere göre, en önemli metaller ve hidrojen için bir dizi voltaj bu şekilde. Bir galvanik hücrenin elektrotları sıradaki herhangi iki metalden yapılmışsa, sıranın önündeki malzemede negatif bir voltaj görünecektir.
Gerilim değeri ( elektrokimyasal potansiyel) elemanın gerilim serisindeki konumuna ve elektrolitin özelliklerine bağlıdır.
Gerilim serisinin özünü, bir akım kaynağına ve elektrikli ölçüm aletlerine ihtiyaç duyduğumuz birkaç basit deneyden kuracağız.

Akımsız metal kaplamalar, "ağaçlar" ve "buz desenleri"

100 ml suda yaklaşık 10 g kristal bakır sülfat eritelim ve çözeltiye bir çelik iğne veya bir parça demir sac batıralım. (Öncelikle ütüyü ince bir zımpara beziyle parlatacak şekilde temizlemenizi öneririz.) Kısa bir süre sonra, ütü kırmızımsı bir bakır tabakasıyla kaplanacaktır. Daha aktif olan demir, iyonlar halinde çözünen demir ve metal olarak serbest kalan bakır ile çözeltiden bakırın yerini alır. Solüsyon demirle temas halinde olduğu sürece işlem devam eder. Bakır, demirin tüm yüzeyini kaplar kaplamaz pratik olarak duracaktır. Bu durumda oldukça gözenekli bir bakır tabakası oluşur ve böylece akım kullanılmadan koruyucu kaplamalar elde edilemez.
Aşağıdaki deneylerde, küçük çinko ve kurşun kalay şeritlerini bakır sülfat çözeltisine indireceğiz. 15 dakika sonra çıkarın, durulayın ve mikroskop altında inceleyin. Yansıyan ışıkta kırmızı olan ve serbest bakırdan oluşan güzel, buz benzeri desenler görebiliriz. Burada da daha aktif metaller bakırı iyonik durumdan metalik duruma aktardı.
Buna karşılık bakır, voltaj serisinde daha düşük olan, yani daha az aktif olan metallerin yerini alabilir. İnce bir bakır levha şeridinde veya düzleştirilmiş bakır kablo(daha önce yüzeyi parlak bir şekilde temizledikten sonra), birkaç damla gümüş nitrat çözeltisi uygulayın. Çıplak gözle, yansıyan ışıkta mikroskop altında ince iğneler ve bitki desenleri (sözde dendritler) gibi görünen oluşan siyahımsı kaplamayı fark etmek mümkün olacaktır.
Çinkoyu akımsız izole etmek için daha aktif bir metal kullanmak gerekir. Su ile şiddetli bir şekilde etkileşime giren metalleri hariç tutarsak, magnezyumu çinkonun üzerindeki gerilim serilerinde buluruz. Bir parça magnezyum bandın veya ince bir elektron çipinin üzerine birkaç damla çinko sülfat çözeltisi koyuyoruz. çinko sülfat çözeltisiseyreltik sülfürik asit içinde bir parça çinko çözerek elde ederiz. Çinko sülfat ile eş zamanlı olarak birkaç damla denatüre alkol ekleyin. Magnezyumda, kısa bir süre sonra, özellikle mikroskop altında ince kristaller halinde ayrılan çinkoyu fark ederiz.
Genel olarak, voltaj serisinin herhangi bir üyesi, iyon formunda olduğu çözeltiden çıkmaya zorlanabilir ve metalik duruma aktarılabilir. Ancak her türlü kombinasyonu denediğimizde hayal kırıklığına uğrayabiliriz. Görünüşe göre bir alüminyum şerit bakır, demir, kurşun ve çinko tuzlarının çözeltilerine daldırılırsa, bu metallerin üzerinde durması gerekir. Ancak bu gerçekleşmez. Başarısızlığın nedeni gerilim dizisindeki bir hatada değil, reaksiyonun özel bir şekilde engellenmesine dayanmaktadır, bu durumda alüminyum yüzeyindeki ince bir oksit filmden kaynaklanmaktadır. Bu tür çözümlerde alüminyum pasif olarak adlandırılır.

SAHNE ÖTESİNE BAKALIM

Devam eden süreçlerin modellerini formüle etmek için, kendimizi katyonları dikkate almakla sınırlayabilir ve anyonları, kendileri reaksiyona katılmadıkları için hariç tutabiliriz. (Bununla birlikte, anyonların türü birikme hızını etkiler.) Basit olması için, hem serbest kalan hem de çözünmüş metallerin çift yüklü katyonlar verdiğini varsayarsak, o zaman şunu yazabiliriz:

Ben 1 + Ben 2 2+ = Ben 1 2+ + Ben 2

ayrıca ilk deney için Me 1 = Fe, Me 2 = Сu.
Dolayısıyla süreç, her iki metalin atomları ve iyonları arasındaki yük (elektron) değişiminden oluşur. Demirin çözünmesini veya bakırın çökelmesini (ara reaksiyonlar olarak) ayrı ayrı ele alırsak, şunu elde ederiz:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

2+ + 2 e--=Cu

Şimdi, metalin suya veya bir tuz çözeltisine daldırıldığı, katyonunun voltaj dizisindeki konumu nedeniyle değişiminin imkansız olduğu durumu düşünün. Buna rağmen, metal bir iyon şeklinde çözeltiye girme eğilimindedir. Bu durumda metal atomu iki elektron verir (eğer metal iki değerliyse), çözeltiye daldırılan metalin yüzeyi çözeltiye göre negatif yüklenir ve ara yüzeyde çift elektrik tabakası oluşur. Bu potansiyel fark, metalin daha fazla çözünmesini engeller, böylece süreç kısa sürede durur.
İki farklı metal bir çözeltiye daldırılırsa, ikisi de yüklenir, ancak daha az aktif olan, atomlarının elektronları ayırmaya daha az eğilimli olması nedeniyle biraz daha zayıftır.
Her iki metali de bir iletkenle bağlayın. Potansiyel fark nedeniyle, elektron akışı, elementin pozitif kutbunu oluşturan daha aktif metalden daha az aktif olana doğru akacaktır. Daha aktif metalin çözeltiye girdiği ve çözeltideki katyonların daha soy metal üzerinde salındığı bir süreç gerçekleşir.

Bir galvanik hücrenin özü

Şimdi yukarıdaki biraz soyut akıl yürütmeyi birkaç deneyle açıklayalım (ki bu da büyük bir basitleştirmedir).
İlk önce 250 ml kapasiteli bir beheri ortasına kadar %10 sülfürik asit çözeltisi ile doldurun ve içine çok küçük olmayan çinko ve bakır parçaları batırın. Her iki elektroda da uçları çözeltiye temas etmemesi gereken bir bakır teli lehimliyoruz veya perçinliyoruz.
Telin uçları birbirine bağlı olmadığı sürece, hidrojenin salınmasıyla birlikte çinkonun çözünmesini gözlemleyeceğiz. Voltaj serisinden takip edildiği gibi çinko, hidrojenden daha aktiftir, bu nedenle metal hidrojeni iyonik halden uzaklaştırabilir. Her iki metal de elektrikli bir çift katman oluşturur. Elektrotlar arasındaki potansiyel farkı bir voltmetre ile tespit etmek en kolay olanıdır. Devredeki cihazı açtıktan hemen sonra, ok yaklaşık 1 V'u gösterecek, ancak daha sonra voltaj hızla düşecektir. 1 V voltaj tüketen elemana küçük bir ampul bağlarsanız, o zaman yanacaktır - ilk başta oldukça güçlü ve sonra parlaklık zayıflayacaktır.
Cihazın terminallerinin polaritesinden, bakır elektrotun pozitif bir kutup olduğu sonucuna varabiliriz. Bu, prosesin elektrokimyası dikkate alınarak bir cihaz olmadan bile kanıtlanabilir. Küçük bir beherde veya bir test tüpünde doymuş bir sofra tuzu çözeltisi hazırlayalım, yaklaşık 0,5 ml fenolftalein indikatörünün alkol çözeltisini ekleyelim ve her iki elektrodu bir tel ile kapatarak çözeltiye daldıralım. Negatif kutbun yakınında, katotta sodyum hidroksit oluşumundan kaynaklanan hafif kırmızımsı bir renklenme gözlenecektir.
Diğer deneylerde, hücreye çeşitli metal çiftleri yerleştirilebilir ve ortaya çıkan voltaj belirlenebilir. Örneğin, magnezyum ve gümüş, bir dizi voltajda aralarındaki önemli mesafe nedeniyle özellikle büyük bir potansiyel farkı verirken, çinko ve demir, aksine, bir voltun onda birinden daha az olan çok küçük bir fark verecektir. Alüminyum kullanarak, pasivasyon nedeniyle pratikte herhangi bir akım alamayacağız.
Tüm bu elemanlar veya elektrokimyacıların dediği gibi devreler, bir akım alındığında üzerlerindeki voltajın çok hızlı düşmesi dezavantajına sahiptir. Bu nedenle, elektrokimyacılar her zaman voltajın gerçek değerini enerjisiz durumda voltaj kompanzasyon yöntemini kullanarak, yani başka bir akım kaynağının voltajıyla karşılaştırarak ölçerler.
Bakır-çinko elementindeki süreçleri daha ayrıntılı olarak ele alalım. Katotta, çinko aşağıdaki denkleme göre çözeltiye girer:

Zn = Zn2+ + 2 e --

Sülfürik asit hidrojen iyonları bakır anot üzerine boşaltılır. Çinko katottan gelen telden geçen elektronları bağlarlar ve bunun sonucunda hidrojen kabarcıkları oluşur:

2H + + 2 e-- \u003d H2

Kısa bir süre sonra bakır, ince bir hidrojen kabarcıkları tabakası ile kaplanacaktır. Bu durumda bakır elektrot hidrojen elektroduna dönüşecek ve potansiyel farkı azalacaktır. Bu işleme elektrot polarizasyonu denir. Bakır elektrotun polarizasyonu, voltaj düşüşünden sonra hücreye biraz potasyum dikromat çözeltisi eklenerek ortadan kaldırılabilir. Bundan sonra, potasyum dikromat hidrojeni suya oksitleyeceği için voltaj tekrar artacaktır. Potasyum dikromat bu durumda bir depolarizer görevi görür.
Uygulamada, elektrotları polarize olmayan galvanik devreler veya depolarizörler eklenerek polarizasyonu ortadan kaldırılabilen devreler kullanılır.
Polarize olmayan bir öğeye örnek olarak, geçmişte akım kaynağı olarak sıklıkla kullanılan Daniell öğesini düşünün. Bu da bir bakır-çinko elementidir, ancak her iki metal de farklı çözeltilere daldırılır. Çinko elektrot, seyreltik (yaklaşık %20) sülfürik asitle doldurulmuş gözenekli bir kil hücreye yerleştirilir. Kil hücresi, konsantre bir bakır sülfat çözeltisi içeren büyük bir beherde asılıdır ve altta bir bakır sülfat kristalleri tabakası vardır. Bu kaptaki ikinci elektrot, bakır levhadan bir silindirdir.
Bu eleman bir cam kavanozdan, piyasada bulunan bir kil hücreden (aşırı durumlarda, alttaki deliği kapatan bir saksı kullanın) ve uygun boyutta iki elektrottan yapılabilir.
Elemanın çalışması sırasında çinko, çinko sülfat oluşumu ile çözünür ve bakır elektrot üzerinde bakır iyonları açığa çıkar. Ancak aynı zamanda bakır elektrot polarize değildir ve eleman yaklaşık 1 V'luk bir voltaj verir. Aslında teorik olarak terminallerdeki voltaj 1,10 V'tur, ancak akımı alırken biraz daha düşük bir değer ölçüyoruz, çünkü hücrenin elektrik direncine.
Akımı hücreden uzaklaştırmazsak, çinko elektrodu sülfürik asit çözeltisinden çıkarmalıyız, çünkü aksi takdirde çözünerek hidrojen oluşturur.
Gözenekli bir bölme gerektirmeyen basit bir hücrenin diyagramı şekilde gösterilmiştir. Çinko elektrot üstteki cam kavanozda bulunur ve bakır elektrot tabana yakın bir yerde bulunur. Tüm hücre, doymuş bir sodyum klorür çözeltisi ile doldurulur. Kavanozun dibine bir avuç bakır sülfat kristali döküyoruz. Ortaya çıkan konsantre bakır sülfat çözeltisi, ortak tuz çözeltisiyle çok yavaş karışacaktır. Bu nedenle hücrenin çalışması sırasında bakır elektrot üzerine bakır salınacak ve hücrenin üst kısmında sülfat veya klorür formundaki çinko çözünecektir.
Piller artık neredeyse tamamen kullanımı daha uygun olan kuru piller kullanıyor. Ataları Leclanchet elementidir. Elektrotlar bir çinko silindir ve bir karbon çubuktur. Elektrolit, esas olarak amonyum klorürden oluşan bir macundur. Çinko hamurda çözünür ve kömürde hidrojen salınır. Kutuplaşmayı önlemek için karbon çubuk, kömür tozu ve piroluzit karışımıyla keten bir torbaya indirilir. Karbon tozu, elektrotun yüzeyini arttırır ve piroluzit, hidrojeni yavaşça oksitleyen bir depolarizör görevi görür.
Doğru, piroluzitin depolarize etme yeteneği, daha önce bahsedilen potasyum dikromattan daha zayıftır. Bu nedenle kuru hücrelerde akım alındığında gerilim hızla düşer, bunlar “ yorulmak"polarizasyon nedeniyle. Ancak bir süre sonra hidrojenin piroluzit ile oksidasyonu meydana gelir. Böylece elementler" dinlenmek", bir süre akım geçmezseniz. Bunu bir ampul bağladığımız bir el feneri pilinde kontrol edelim. Lambaya paralel, yani doğrudan terminallere bir voltmetre bağlarız.
İlk başta voltaj yaklaşık 4,5 V olacaktır. (Çoğunlukla bu tür pillerde, her biri 1,48 V teorik voltaja sahip üç hücre seri bağlanır.) Bir süre sonra voltaj düşecek, ampul zayıflayacaktır. Voltmetreyi okuyarak, pilin ne kadar dinlenmesi gerektiğine karar verebiliriz.
Olarak bilinen yenileyici elementler tarafından özel bir yer işgal edilir. akümülatörler. İçlerinde geri dönüşümlü reaksiyonlar gerçekleşir ve hücre boşaldıktan sonra harici bir DC kaynağına bağlanarak yeniden şarj edilebilirler.
Şu anda kurşun asitli aküler en yaygın olanlarıdır; içlerinde elektrolit, içine iki kurşun plakanın daldırıldığı seyreltik sülfürik asittir. Pozitif elektrot kurşun dioksit PbO2 ile kaplanmıştır, negatif elektrot metalik kurşundur. Terminallerdeki voltaj yaklaşık 2,1 V'tur. Deşarj sırasında her iki plakada kurşun sülfat oluşur ve bu da şarj sırasında tekrar metalik kurşuna ve kurşun peroksite dönüşür.

KAPLAMALAR

Bir elektrik akımı yardımıyla sulu çözeltilerden metallerin çökelmesi, galvanik hücreleri ele alırken karşılaştığımız elektrolitik çözünmenin tersi bir süreçtir. Öncelikle bakır kulometrede elektrik miktarını ölçmek için kullanılan bakırın çökelmesini inceleyelim.

Metal akımla biriktirilir

İki ince bakır levha levhanın uçlarını bükerek, onları bir beherin veya daha iyisi küçük bir cam akvaryumun karşıt duvarlarına asıyoruz. Telleri terminalli plakalara tutturuyoruz.
Elektrolit aşağıdaki tarife göre hazırlayın: 125 gr kristal bakır sülfat, 50 gr konsantre sülfürik asit ve 50 gr alkol (denatüre alkol), geri kalanı 1 litreye kadar sudur. Bunu yapmak için önce bakır sülfatı 500 ml suda eritin, ardından dikkatlice küçük porsiyonlar halinde sülfürik asit ekleyin ( Isıtma! Sıvı sıçrayabilir!), ardından alkolü dökün ve 1 litre hacme kadar su getirin.
Kulometreyi hazırlanan solüsyonla dolduruyoruz ve devreye değişken bir direnç, bir ampermetre ve bir kurşun pil dahil ediyoruz. Direnç yardımıyla akımı, yoğunluğu elektrot yüzeyinin 0.02-0.01 A/cm 2'si olacak şekilde ayarlıyoruz. Bakır plakanın 50 cm2'lik bir alanı varsa, akım gücü 0,5-1 A aralığında olmalıdır.
Bir süre sonra, açık kırmızı metalik bakır katotta (negatif elektrot) çökelmeye başlayacak ve bakır anotta (pozitif elektrot) çözeltiye girecektir. Bakır levhaları temizlemek için kulometreden yaklaşık yarım saat akım geçireceğiz. Daha sonra katodu çıkarıp filtre kağıdı ile dikkatlice kurutuyoruz ve hassas bir şekilde tartıyoruz. Hücreye bir elektrot takıyoruz, devreyi bir reosta ile kapatıyoruz ve örneğin 1 A gibi sabit bir akım sağlıyoruz. Bir saat sonra devreyi açıp kurumuş katodu tekrar tartıyoruz. Çalışma saati başına 1 A akımda, kütlesi 1,18 g artacaktır.
Bu nedenle, 1 amper-saat'e eşit bir elektrik miktarı, bir çözeltiden geçerken 1,18 g bakır açığa çıkarabilir. Veya genel olarak: salınan madde miktarı, çözeltiden geçen elektrik miktarı ile doğru orantılıdır.
Bir iyonun 1 eşdeğerini izole etmek için, çözeltiden elektrot yükü e ile Avogadro sayısının çarpımına eşit miktarda elektrik geçirmek gerekir. N A:
e*N A \u003d 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 \u003d 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Bu değer sembolü ile gösterilir F ve adını elektrolizin kantitatif yasalarını bulan kişinin onuruna almıştır. faraday numarası(Kesin değer F- 96 498 A * s * mol -1). Bu nedenle, belirli sayıda eşdeğeri bir çözümden izole etmek için N e çözelti yoluyla, eşit miktarda elektrik F*n e A * s * mol -1. Başka bir deyişle,
BT =F*n Burada BEN- akım, T akımın çözeltiden geçmesi için geçen süredir. Bölümde " Titrasyon Temelleri"Bir maddenin eşdeğerlerinin sayısının N e eşdeğer sayı ile mol sayısının ürününe eşittir:
N e = N*Z Buradan:

BEN*T = F*n*Z

Bu durumda Z- iyon yükü (Ag için + Z= 1, Cu2+ için Z= 2, Al 3+ için Z= 3 vb.). Mol sayısını kütlenin molar kütleye oranı olarak ifade edersek ( N = m / M), o zaman elektroliz sırasında meydana gelen tüm işlemleri hesaplamanıza izin veren bir formül elde ederiz:

BT =F*m*Z / M

Bu formülü kullanarak akımı hesaplayabilirsiniz:

BEN = 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

Elektrik işleri için oranı tanıtırsak W e-posta

W e-posta = U*I*t Ve W e-posta / sen = BT

sonra gerilimi bilmek sen, şunları hesaplayabilirsiniz:

W e-posta = F*m*Z*U/M

Bir maddenin belirli bir miktarının elektrolitik olarak salınmasının ne kadar sürdüğünü veya belirli bir sürede ne kadar bir maddenin salınacağını da hesaplayabilirsiniz. Deney sırasında akım yoğunluğu belirtilen sınırlar içinde tutulmalıdır. 0,01 A / cm2'den az ise, kısmen bakır (I) iyonları oluşacağından çok az metal salınır. Akım yoğunluğu çok yüksekse, kaplamanın elektroda yapışması zayıf olacaktır ve elektrot çözeltiden çıkarıldığında parçalanabilir.
Uygulamada, metaller üzerindeki galvanik kaplamalar öncelikle korozyona karşı koruma sağlamak ve ayna gibi bir yüzey elde etmek için kullanılır.
Ayrıca metaller, özellikle bakır ve kurşun, anodik çözünme ve müteakip katotta ayırma (elektrolitik arıtma) ile rafine edilir.
Demiri bakır veya nikel ile kaplamak için önce nesnenin yüzeyini iyice temizlemelisiniz. Bunu yapmak için, seyreltilmiş tebeşirle parlatın ve sırayla seyreltik bir kostik soda, su ve alkol çözeltisiyle yağdan arındırın. Nesne pasla kaplıysa,% 10-15'lik bir sülfürik asit çözeltisinde önceden turşu yapılması gerekir.
Temizlenen ürünü katot görevi göreceği bir elektrolitik banyoya (küçük bir akvaryum veya beher) asacağız.
Bakır kaplama uygulama solüsyonu 1 litre suda 250 gr bakır sülfat ve 80-100 gr konsantre sülfürik asit içerir (Dikkat!). Bu durumda, bir bakır levha anot görevi görecektir. Anodun yüzeyi, kaplanmış nesnenin yüzeyine yaklaşık olarak eşit olmalıdır. Bu nedenle, bakır anodun banyoda katotla aynı derinlikte asılı kalmasını her zaman sağlamalısınız.
İşlem 3-4 V gerilimde (iki pil) ve 0.02-0.4 A/cm 2 akım yoğunluğunda gerçekleştirilecektir. Banyodaki çözeltinin sıcaklığı 18-25 °C olmalıdır.
Anot düzlemi ile kaplanacak yüzeyin birbirine paralel olmasına dikkat ediniz. Karmaşık şekle sahip nesneleri kullanmamak daha iyidir. Elektroliz süresini değiştirerek farklı kalınlıklarda bakır kaplama elde etmek mümkündür.
Bu katmana başka bir metalden dayanıklı bir kaplama uygulamak için genellikle ön bakır kaplamaya başvurulur. Bu özellikle demir krom kaplama, çinko döküm nikel kaplama ve diğer durumlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Doğru, çok zehirli siyanür elektrolitleri bu amaçla kullanılmaktadır.
Nikel kaplama için bir elektrolit hazırlamak için 25 g kristal nikel sülfat, 10 g borik asit veya 10 g sodyum sitratı 450 ml suda çözün. Sodyum sitrat, 10 g'lık bir çözeltinin nötralize edilmesiyle hazırlanabilir. sitrik asit seyreltilmiş sodyum hidroksit çözeltisi veya soda çözeltisi. Anot, mümkün olan en geniş alana sahip bir nikel plaka olsun ve pili bir voltaj kaynağı olarak alın.
Değişken bir direnç yardımıyla akım yoğunluğunun değeri 0,005 A/cm2'ye eşit tutulacaktır. Örneğin 20 cm2'lik bir nesne yüzeyi ile 0,1 A akım gücünde çalışmak gerekir. Yarım saatlik çalışmanın ardından nesne zaten nikel kaplanmış olacaktır. Banyodan çıkarın ve bir bezle silin. Bununla birlikte, nikel kaplama işlemini kesintiye uğratmamak daha iyidir çünkü bu durumda nikel tabakası pasifleşebilir ve sonraki nikel kaplama iyi yapışmaz.
Mekanik cilalama olmadan bir ayna parlaklığı elde etmek için, kaplama banyosuna parlatıcı olarak adlandırılan bir katkı maddesi katıyoruz. Bu tür katkı maddeleri, örneğin, yapıştırıcı, jelatin, şekerdir. Bir nikel banyosuna, örneğin birkaç gram şekere girebilir ve etkisini inceleyebilirsiniz.
Demir krom kaplama için bir elektrolit hazırlamak için (ön bakır kaplamadan sonra), 40 g CrO 3 kromik anhidrit (Dikkat! Zehir!) ve tam olarak 0,5 g sülfürik asidi (hiçbir durumda daha fazla değil!) 100 ml suda çözelim. İşlem, yaklaşık 0,1 A/cm2 akım yoğunluğunda ilerler ve anot olarak, alanı krom kaplı yüzeyin alanından biraz daha az olması gereken bir kurşun levha kullanılır.
Nikel ve krom banyoları en iyi şekilde hafifçe ısıtılır (yaklaşık 35 °C'ye kadar). Lütfen krom kaplama elektrolitlerinin, özellikle uzun bir işlem ve yüksek akım gücü ile sağlığa çok zararlı olan kromik asit içeren buharlar çıkardığını unutmayın. Bu nedenle krom kaplama, hava akımı altında veya açık havada, örneğin bir balkonda yapılmalıdır.
Krom kaplamada (ve daha az ölçüde nikel kaplamada), akımın tamamı metal biriktirme için kullanılmaz. Aynı zamanda hidrojen salınır. Bir dizi voltaj temelinde, hidrojenin önünde duran metallerin sulu çözeltilerden hiç salınmaması, aksine daha az aktif hidrojenin salınması beklenir. Ancak burada, metallerin anodik çözünmesinde olduğu gibi, hidrojenin katodik evrimi genellikle engellenir ve yalnızca yüksek voltajda gözlenir. Bu fenomene hidrojen aşırı voltajı denir ve örneğin kurşun üzerinde özellikle büyüktür. Bu durum nedeniyle, bir kurşun pil çalışabilir. Pil şarj edildiğinde, katotta PbO2 yerine hidrojen görünmelidir, ancak aşırı voltaj nedeniyle, pil neredeyse tamamen şarj olduğunda hidrojen oluşumu başlar.

Kimya ders kitaplarında, "Asitler" konusu şu veya bu şekilde sunulurken, derlemesi genellikle Beketov'a atfedilen sözde yer değiştirme metal serilerinden bahsedilir.

Örneğin, bir zamanlar en yaygın 8. sınıf ders kitabı olan G. E. Rudzitis ve F. G. Feldman (1989'dan 1995'e kadar toplam 8,3 milyon tirajla yayınlandı) şunları söylüyor. Magnezyumun asitlerle hızlı reaksiyona girdiğini (örnek olarak hidroklorik asit kullanarak), çinkonun biraz daha yavaş, demirin daha da yavaş reaksiyona girdiğini ve bakırın hidroklorik asitle reaksiyona girmediğini deneyimlerden doğrulamak kolaydır. Ders kitabının yazarları, "Benzer deneyler Rus bilim adamı N. N. Beketov tarafından yapıldı" diye yazıyor. – Deneylere dayanarak, yer değiştiren metal serilerini derledi: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Bu seride, hidrojenin önünde duran tüm metaller onu asitlerden uzaklaştırabilir. Beketov'un "kurucu" olduğu da aktarılıyor. fiziksel kimya. 1863'te, bilim adamının adını taşıyan bir yer değiştirme metal serisini derledi. Daha sonra öğrencilere Beketov serisinde soldaki metallerin sağdaki metallerin tuzlarının çözeltilerinden yer değiştirdiği anlatılır. İstisna, en aktif metallerdir. Diğer okul ders kitaplarında ve el kitaplarında da benzer bilgiler bulunabilir, örneğin: "Rus kimyager N. N. Beketov tüm metalleri araştırdı ve onları bir yer değiştirme serisinde (aktivite serisi) kimyasal aktivitelerine göre düzenledi", vb.

Burada birkaç soru ortaya çıkabilir.

Birinci soru. Kimyagerler, Beketov'un deneylerinden önce (yani 1863'ten önce) magnezyum, çinko, demir ve bir dizi başka metalin asitlerle reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkardığını, oysa bakır, cıva, gümüş, platin ve altının buna sahip olmadığını bilmiyor muydu? mülk?

Soru iki. Beketov'dan önce kimyagerler, bazı metallerin diğerlerini tuzlarının çözeltilerinden çıkarabileceğini fark etmediler mi?

Soru üç. V. A. Volkov, E. V. Vonsky, G. I. Kuznetsov'un kitabında “Dünyanın seçkin kimyagerleri. Biyografik Referans Kitabı (Moskova: Vysshaya Shkola, 1991), Nikolai Nikolaevich Beketov'un (1827–1911) “bir Rus fizik kimyageri, akademisyen… fizik kimyanın kurucularından biri… yüksek sıcaklıklar. Sentezlendi (1852) benzureid ve aseturid. Reaksiyon yönünün reaktiflerin durumuna ve dış koşullara bağlılığına ilişkin bir dizi teorik hüküm ileri sürdü (1865) ... İlk kez alınan (1870) alkali metallerin oksitlerinin ve klorürlerinin oluşum ısısını belirledi ) alkali metallerin susuz oksitleri. Alüminyumun metalleri oksitlerinden geri kazanma yeteneğini kullanarak, aluminoterminin temellerini attı ... Rusya Fiziko-Kimya Derneği Başkanı .... ". Ve milyonlarca kopya halinde yayınlanan okul ders kitaplarında yer alan (örneğin, üreidler - üre türevlerinin aksine) bir yer değiştirme dizisi derlemesi hakkında tek bir kelime bile yok!

Biyografik kılavuzun yazarlarını Rus bilim adamının önemli keşfini unuttukları için suçlamaya pek gerek yok: Ne de olsa, vatanseverlikle hiçbir şekilde suçlanamayan D. I. Mendeleev, klasik ders kitabı "Fundamentals of Chemistry" de asla bahsetmiyor. Beketov'un deplasman serisi, 15 kez de olsa onun çeşitli eserlerine gönderme yapıyor. Tüm bu soruları cevaplamak için, metallerin aktivite serisini kimin ve ne zaman önerdiğini, N. N. Beketov'un kendisinin hangi deneyleri yaptığını ve yer değiştirme serisinin ne olduğunu bulmak için kimya tarihine bir gezi yapmamız gerekecek.

İlk iki soruya şu şekilde cevap verilebilir. Tabii ki, hem hidrojenin asitlerden metaller tarafından salınması hem de çeşitli örnekler tuzlardan birbirlerinin yer değiştirmeleri Beketov'un doğumundan çok önce biliniyordu. Örneğin, İsveçli kimyager ve mineralog Thornburn Olaf Bergman'ın 1783'te yayınlanan kılavuzlarından birinde, polimetalik cevherleri analiz ederken kurşun ve gümüşün demir plakalar kullanılarak çözeltilerden çıkarılması önerilir. Cevherdeki demir içeriği ile ilgili hesaplamalar yapılırken, bunun plakalardan çözeltiye geçen kısmı dikkate alınmalıdır. Aynı kılavuzda Bergman şöyle yazar: "Metaller, tuzlarının çözeltilerinden diğer metaller tarafından çıkarılabilir ve bir miktar tutarlılık gözlemlenir. Çinko, demir, kurşun, kalay, bakır, gümüş ve cıva serisinde çinko demirin yerini alır, vb.” Ve elbette, bu reaksiyonları ilk keşfeden Bergman değildi: bu tür gözlemler simya zamanlarına kadar uzanıyor. Böyle bir reaksiyonun en ünlü örneği, Orta Çağ'da, çiviyi bir bakır sülfat çözeltisine batırdıklarında demir çivinin kırmızı "altına" "dönüştüğünü" alenen gösteren şarlatanlar tarafından kullanıldı. Şimdi bu reaksiyon okuldaki kimya derslerinde gösteriliyor. Beketov'un yeni teorisinin özü nedir? Kimyasal termodinamiğin ortaya çıkmasından önce, kimyagerler bir reaksiyonun bir yönde veya başka bir yönde akışını bazı cisimlerin diğerleri için yakınlığı kavramıyla açıkladılar. İyi bilinen yer değiştirme reaksiyonlarına dayanan aynı Bergman, 1775'ten itibaren seçici yakınlık teorisini geliştirdi. Bu teoriye göre, belirli koşullar altında iki madde arasındaki kimyasal yakınlık sabit kalır ve reaktanların nispi kütlelerine bağlı değildir. Yani, A ve B cisimleri C cismi ile temas halindeyse, o zaman kendisine daha büyük bir yakınlığı olan cisim C ile bağlanacaktır. Örneğin, demirin oksijene cıvadan daha fazla ilgisi vardır ve bu nedenle demir tarafından oksitlenen ilk kişi olacaktır. Reaksiyonun yönünün yalnızca reaksiyona giren cisimlerin kimyasal afinitesi tarafından belirlendiği ve reaksiyonun sonuna kadar gittiği varsayılmıştır. Bergman, 19. yüzyılın başına kadar kimyagerler tarafından kullanılan kimyasal afinite tablolarını derledi. Bu tablolar özellikle çeşitli asitleri ve bazları içermektedir.

Fransız kimyager Claude Louis Berthollet, Bergman'la neredeyse aynı anda başka bir teori geliştirdi. Kimyasal afinite, cisimlerin birbirine olan çekimiyle de ilişkilendirildi, ancak başka sonuçlar çıkarıldı. Berthollet, evrensel çekim yasasına benzeterek, kimyada çekimin aynı zamanda reaksiyona giren cisimlerin kütlesine de bağlı olması gerektiğine inanıyordu. Bu nedenle, reaksiyonun seyri ve sonucu sadece reaktiflerin kimyasal afinitesine değil, aynı zamanda miktarlarına da bağlıdır. Örneğin, A ve B cisimleri C ile reaksiyona girebilirse, o zaman C cismi A ve B arasında yakınlıklarına ve kütlelerine göre dağıtılacak ve AC, BC ve serbest olduğunda denge geleceği için tek bir reaksiyon sona ermeyecektir. A ve B aynı anda bir arada bulunur. A ve B arasındaki C dağılımının A veya B'nin fazlalığına bağlı olarak değişebilmesi çok önemlidir. "rakibinden". Ancak reaksiyon ürünlerinden biri (AC veya BC) uzaklaştırılırsa reaksiyon sona erer ve sadece kapsam dışına çıkan ürün oluşur.

Berthollet, çözeltilerden çökelme süreçlerini gözlemleyerek sonuçlarını çıkardı. Bu sonuçlar, modası geçmiş terminoloji dışında, kulağa şaşırtıcı derecede modern geliyor. Ancak Berthollet'in teorisi nitelikseldi; yakınlık değerlerini ölçmek için bir yol sağlamadı.

Teorideki diğer ilerlemeler, elektrik alanındaki keşiflere dayanıyordu. 18. yüzyılın sonunda İtalyan fizikçi Alessandro Volta. farklı metaller temas ettiğinde bir elektrik yükünün ortaya çıktığını gösterdi. Çeşitli metal çiftleriyle deneyler yapan ve bazı metallerin diğerlerine göre yükünün işaretini ve büyüklüğünü belirleyen Volta, bir dizi voltaj belirledi: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. Volta, farklı metal çiftleri kullanarak, bu serinin üyeleri birbirinden ne kadar uzaksa, gücü o kadar yüksek olan bir galvanik hücre tasarladı. Bunun nedeni o zamanlar bilinmiyordu. Doğru, 1797'de Alman bilim adamı Johann Wilhelm Ritter, metallerin oksijenle birleşme yeteneklerini azaltmak için bir dizi baskıda olması gerektiğini tahmin etti. Çinko ve altın söz konusu olduğunda, bu sonuç şüphe götürmezdi; diğer metallere gelince, saflıklarının çok yüksek olmadığına dikkat edilmelidir, bu nedenle Volta serisi her zaman modern olana karşılık gelmez.

Bu durumda meydana gelen süreçlerin doğasına ilişkin teorik görüşler çok belirsizdi ve çoğu zaman çelişkiliydi. 19. yüzyılın başında ünlü İsveçli kimyager Jöns Jakob Berzelius. bir elektrokimyasal (veya dualistik) yarattı. enlem. dualis - "ikili") kimyasal bileşikler teorisi. Bu teoriye göre, her kimyasal bileşiğin pozitif ve negatif yüklü iki kısımdan oluştuğu varsayılmıştır. 1811'de Berzelius, bildiği elementlerin kimyasal özelliklerine dayanarak, onları, içindeki her terim bir öncekine göre elektronegatif ve bir sonrakine göre elektropozitif olacak şekilde sıraladı. Kısaltılmış bir versiyonda, elektronegatif elementlere aşağıdakiler atanmıştır (azalan sırayla):

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

Ardından geçiş elementi - hidrojen ve ardından - elektropozitif elementler (bu özelliği arttırmak için):

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

Bu seri, tüm metalleri ters sırayla yazarsanız, modern seriye çok yakındır. Bu serideki metallerin sıralamasındaki bazı farklılıklar, muhtemelen Berzelius zamanında maddelerin yetersiz saflaştırılmasından ve ayrıca Berzelius'un rehberlik ettiği metallerin diğer bazı özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Berzelius'a göre bu seride elementler birbirinden ne kadar uzaksa, o kadar zıt elektrik yüklerine sahipler ve birbirleriyle o kadar dayanıklı kimyasal bileşikler oluşturuyorlar.

19. yüzyılın ortalarında Berzelius'un düalizm teorisi. baskındı. Başarısızlığı, termokimyanın kurucuları, Fransız bilim adamı Marcellin Berthelot ve Danimarkalı araştırmacı Julius Thomsen tarafından gösterildi. Kimyasal bir reaksiyonun üretebileceği iş ile kimyasal yakınlığı ölçtüler. Uygulamada, reaksiyonun ısısı ile ölçülmüştür. Bu çalışmalar, özellikle elektrokimyasal süreçlerdeki denge dahil, reaksiyona giren bir sistemdeki denge konumunu hesaplamayı mümkün kılan bir bilim olan kimyasal termodinamiğin yaratılmasına yol açtı. Çözeltilerdeki aktivite serilerinin (ve gerilim serilerinin) teorik temeli, geç XIX V. Alman fiziksel kimyager Walter Nernst. Niteliksel bir özellik yerine - bir metalin ve iyonunun belirli reaksiyonlara olan ilgisi veya yeteneği - her metalin iyonlar şeklinde çözeltiye geçme ve ayrıca iyonlardan indirgenme yeteneğini karakterize eden kesin bir niceliksel değer ortaya çıktı. elektrot üzerindeki metal. Böyle bir değer, metalin standart elektrot potansiyelidir ve potansiyel değişim sırasına göre düzenlenmiş karşılık gelen seriye, standart elektrot potansiyelleri serisi denir. (Standart durum, çözeltideki iyon konsantrasyonunun 1 mol/l ve gaz basıncının 1 atm olduğunu varsayar; çoğunlukla standart durum, 25 °C sıcaklık için hesaplanır.)

En aktif alkali metallerin standart potansiyelleri teorik olarak hesaplanmıştır, çünkü bunların sulu çözeltilerde deneysel olarak ölçülmesi imkansızdır. İyonlarının farklı konsantrasyonlarında (yani standart olmayan durumlarda) metallerin potansiyellerini hesaplamak için Nernst denklemi kullanılır. Elektrot potansiyelleri sadece metaller için değil aynı zamanda hem katyonları hem de anyonları içeren birçok redoks reaksiyonu için belirlenmiştir. Bu, çeşitli koşullar altında meydana gelen çeşitli redoks reaksiyonlarının olasılığını teorik olarak tahmin etmeyi mümkün kılar. Sulu olmayan çözeltilerde metallerin potansiyellerinin farklı olacağı, bu nedenle serideki metallerin sırasının önemli ölçüde değişebileceği de belirtilmelidir. Örneğin sulu çözeltilerde bakır elektrotun potansiyeli pozitiftir (+0,24 V) ve bakır hidrojenin sağında yer alır. Bir asetonitril CH3CN çözeltisinde, bakır potansiyeli negatiftir (–0,28 V), yani bakır, hidrojenin solunda yer alır. Dolayısıyla bu çözücüde aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir: Cu + 2HCl = CuCl2 + H2.

Şimdi üçüncü soruyu cevaplamanın ve Beketov'un tam olarak ne üzerinde çalıştığını ve hangi sonuçlara vardığını öğrenmenin zamanı geldi.

En önde gelen Rus kimyagerlerinden biri olan N. N. Beketov, Kazan Üniversitesi'nden mezun olduktan sonra (1848'de), bir süre Tıp ve Cerrahi Akademisi'nde N. N. Vinin laboratuvarında, ardından Petersburg Üniversitesi ve 1855'ten 1886'ya - Kharkov Üniversitesi'nde. 1857'de üniversite kimya bölümünü aldıktan kısa bir süre sonra Beketov, "alınan maaşı aşan yılda bin ruble randevu ile" bir yıllığına yurt dışına gitti - o zamanlar bu büyük bir miktardı. Paris'te kaldığı süre boyunca, Rusya'da belirli metallerin çözeltilerden hidrojenle yer değiştirmesi ve çinko buharının indirgeyici etkisi üzerine yaptığı daha önceki çalışmalarının sonuçlarını (Fransızca) yayınladı. Paris Kimya Derneği'nin bir toplantısında Beketov, SiCl4 ve BF3'ün hidrojen ile indirgenmesi konusundaki çalışmalarını bildirdi. Bunlar, Beketov'un 1856'da başlayıp 1865'te tamamladığı, bazı unsurların başkaları tarafından yer değiştirmesine adanmış araştırma zincirinin ilk halkalarıydı.

Zaten yurtdışında olan Beketov dikkatleri üzerine çekti. Beketov'un Almanya'da tanıştığı D. I. Mendeleev'in şu sözlerinden alıntı yapmak yeterli: “Yurtdışındaki Rus kimyagerlerden Beketov'u öğrendim ... Savich, Sechenov. Hepsi bu kadar ... Rusya'yı onurlandıran insanlar, iyi anlaştığım için mutlu olduğum insanlar.

1865'te Beketov'un "Bazı unsurların diğerleri tarafından yer değiştirme fenomeni üzerine araştırma" tezi Kharkov'da yayınlandı. Bu çalışma 1904'te Kharkov'da (“N. N. Beketov'un bilimsel faaliyetinin 50. yıldönümü anısına” koleksiyonunda) ve 1955'te (“N. N. Beketov. Fiziksel Kimyada Seçilmiş Çalışmalar” koleksiyonunda) yeniden yayınlandı.

Beketov'un bu çalışmasını daha detaylı tanıyalım. İki bölümden oluşur. İlk kısım (altı bölümden oluşmaktadır) yazarın deneylerinin sonuçlarını ayrıntılı olarak sunmaktadır. İlk üç bölüm, hidrojenin çeşitli basınçlarda gümüş ve cıva tuzlarının çözeltileri üzerindeki etkisine ayrılmıştır. Beketov'a, bir dizi metalde hidrojenin yerini ve ayrıca reaksiyonun yönünün dış koşullara - basınç, sıcaklık, reaktif konsantrasyonu - bağımlılığını bulmak son derece önemli bir görev gibi geldi. Hem çözeltilerde hem de kuru maddelerle deneyler yaptı. Hidrojenin bazı metalleri yüksek sıcaklıklarda oksitlerinden kolaylıkla uzaklaştırdığı, ancak düşük sıcaklıklarda inaktif olduğu kimyagerler tarafından iyi biliniyordu. Beketov, hidrojen aktivitesinin, reaktifin "daha yüksek yoğunluğu" ile ilişkilendirdiği artan basınçla arttığını buldu (şimdi söyleyecekler - daha yüksek bir basınçla, yani gaz konsantrasyonuyla).

Metalleri çözeltilerden hidrojenle değiştirme olasılığını inceleyen Beketov, oldukça riskli bir dizi deney yaptı. Kimya tarihinde ilk kez Beketov 100 atm'yi aşan basınçlar uyguladı. Karanlıkta, birkaç kıvrımlı (dirsek) kapalı cam tüplerde deneyler yaptı. Bir dizine bir tuz çözeltisi, diğerine - asit ve tüpün ucuna - metalik çinko koydu. Beketov, tüpü eğerek fazla alınan aside çinkonun düşmesini sağladı. Çözünmüş çinko kütlesini ve tüpün hacmini bilmek, elde edilen hidrojen basıncını tahmin etmek mümkündü. Bazı deneylerde Beketov, basıncı, bir tüpe lehimlenmiş ince bir kılcal damardaki bir sıvının havanın sıkıştırma derecesine göre belirledi. Tüpün açılmasına her zaman bir patlama eşlik etti. Basıncın 110 atm'ye ulaştığı deneylerden birinde, tüpün açılması sırasında meydana gelen patlama (devrilmiş bir silindirin altındaki suda gerçekleştirildi), hacmi bin kat daha büyük olan kalın duvarlı bir silindiri paramparça etti. reaktiflerle tüpün hacminden daha fazladır.

Deneyler, hidrojenin etkisinin yalnızca basıncına değil, aynı zamanda "metalik çözeltinin gücüne", yani konsantrasyonuna da bağlı olduğunu göstermiştir. AgCl'nin amonyak çözeltisinden gümüşün indirgenmesi, yaklaşık 10 atm'lik bir basınçta çinkonun tamamen çözünmesinden önce bile başlar - şeffaf çözelti kahverengiye döner (önce gazla sınırda, sonra kütle boyunca) ve birkaç dakika sonra gün gri gümüş tozu duvarlara yerleşir. Atmosfer basıncında reaksiyon gözlenmedi. Gümüş ayrıca nitrat ve sülfattan indirgendi ve hidrojen, atmosferik basınçta gümüş asetat üzerinde etkili oldu. Metal toplar yüksek basınçta cıva tuzlarından salındı, ancak bakır ve kurşun nitratlar yüksek hidrojen basıncında bile indirgenemedi. Bakırın indirgenmesi, yalnızca 100 atm'ye kadar olan basınçlarda gümüş ve platin varlığında gözlendi. Beketov, platini süreci hızlandırmak için, yani bir katalizör olarak kullandı. Platin yüzeyindeki hidrojen "daha fazla çekime maruz kaldığından ve en yüksek yoğunluğa sahip olması gerektiğinden", platinin belirli metallerin yer değiştirmesine basınçtan daha elverişli olduğunu yazdı. Artık platin üzerine adsorbe edilen hidrojenin, metal atomları ile kimyasal etkileşimi nedeniyle aktive edildiğini biliyoruz.

İlk bölümün dördüncü bölümünde Beketov, karbondioksit ile yapılan deneyleri anlatıyor. Farklı basınçlarda kalsiyum asetat çözeltileri üzerindeki etkisini inceledi; ters reaksiyonun - mermerin asetik asit içinde belirli bir gaz basıncında çözünmesinin asit fazlalığında bile durduğunu keşfetti.

Deneysel bölümün son bölümlerinde Beketov, yüksek sıcaklıklardaki çinko buharının baryum, silikon ve alüminyum bileşikleri üzerindeki etkisini tanımladı (o yıllarda alışılageldiği gibi ikinci elementi kil olarak adlandırıyor). Beketov, silisyum tetraklorürü çinko ile indirgeyerek, yeterince saf kristal silisyum elde eden ilk kişi oldu. Ayrıca magnezyumun, kriyolitten (sodyum floroalüminat "kurum içi") alüminyumu ve dioksitten silikonu indirgediğini de buldu. Bu deneylerde, alüminyumun oksitten baryumu ve hidroksitten potasyumu geri kazanma yeteneği de kanıtlanmıştır. Böylece, alüminyumun susuz baryum oksitle kalsine edilmesinden sonra (erime noktasını düşürmek için küçük bir baryum klorür ilavesiyle), analiz sonuçlarına göre% 33.3 baryum, geri kalanı alüminyum olan bir alaşım oluştu. Aynı zamanda, alüminyumun toz haline getirilmiş baryum klorür ile saatlerce kalsine edilmesi herhangi bir değişikliğe yol açmadı.

Alüminyumun KOH ile alışılmadık reaksiyonu, kapalı ucuna KOH ve alüminyum parçalarının yerleştirildiği kavisli bir silah namlusunda gerçekleştirildi. Bu ucun güçlü bir akkorluğuyla, "mor bir alevle yanan birkaç yumuşak metal parçasının elde edildiği" namlunun soğuk kısmında yoğunlaşan potasyum buharı ortaya çıktı. Rubidyum ve sezyum daha sonra benzer şekilde izole edildi.

Beketov'un çalışmasının ikinci bölümü, bazı unsurların başkaları tarafından yer değiştirmesi teorisine ayrılmıştır. Bu bölümde Beketov ilk önce hem kendisinin hem de aralarında Breslav Profesör Fischer'in yanı sıra Davy, Gay-Lussac, Berzelius, Wöhler'in de bulunduğu diğer araştırmacılar tarafından yürütülen çok sayıda deneysel veriyi analiz etti. "Birkaç ilginç gerçeklerİngiliz kimyacı William Odling tarafından keşfedilen metallerin ıslak yolla biriktirilmesi. Aynı zamanda Beketov, bazı elementlerin diğerleri tarafından "ıslak yol", yani çözeltilerde ve "kuru yol", yani reaktiflerin kalsinasyonu sırasında yer değiştirme durumlarını dikkate alır. Bu mantıklıydı, çünkü alkali ve toprak alkali metalleri içeren sulu çözeltilerde reaksiyonları deneysel olarak gerçekleştirmek imkansızdır, çünkü bunlar suyla aktif olarak reaksiyona girer.

Ardından Beketov, elementlerin farklı aktivitelerini açıklamak için tasarladığı teorisini ortaya koyuyor. Tüm metalleri özgül ağırlıklarına (yani yoğunluklarına) göre sıralayan Beketov, bunun bilinen yer değiştirme serileriyle oldukça iyi uyuştuğunu buldu. "Sonuç olarak," diye bitiriyor Beketov, "metalin ... yer değiştirme serisindeki yeri, oldukça doğru bir şekilde belirlenebilir ve tabiri caizse, özgül ağırlığı ile önceden tahmin edilebilir." Bazı belirsizlikler yalnızca "özgül ağırlığa bitişik metaller" arasında gözlenir. Bu nedenle, potasyum genellikle "daha enerjik" bir elementtir ve örneğin, potasyum daha uçucu olmasına rağmen, kalsine edildiğinde NaCl'den sodyumun yerini alır. Bununla birlikte, ters işlemler de bilinmektedir: örneğin sodyum, potasyumu hidroksit ve asetatından değiştirebilir. Beketov, "Birinci alkali grubun ikinciye oranı ve ikinci grubun metallerinin birbirine oranı konusunda hala çok az çalışılıyor" diye yazıyor.

Beketov daha ciddi zorluklarla karşılaştı. Örneğin, bir ZnCl2 çözeltisinden çinkoyu alüminyumla indirgemeyi başardı ve bir ZnSO4 çözeltisinden başarısız oldu. Ek olarak, alüminyum "çözümlerden demir, nikel, kobalt, kadmiyumu kesinlikle geri kazanmadı." Beketov bunu, alüminyumun "esas olarak su üzerinde etki etmesi" gerçeğiyle açıkladı ve bu reaksiyonların su yokluğunda - "kuru yol" olması gerektiğini varsaydı. Nitekim daha sonra Beketov bu tür reaksiyonları keşfetti ve aslında aluminotermiyi keşfetti.

Diğer bir zorluk da bazı metallerin özgül ağırlık kuralının dışına çıkmasıydı. Bu nedenle, aktivite serisindeki bakır (yoğunluk 8.9) kurşundan önce değil, sonra bulunur (yoğunluk 11.4 - Beketov'un yoğunluk değerleri modern olanlardan biraz farklıdır). Böyle bir "anomali", Beketov'u daha aktif kurşunu daha az aktif bakırla değiştirmeye zorladı. Bakır plakaları sıcak doymuş kurşun klorür çözeltilerine - nötr ve asidik, bir kurşun oksit amonyak çözeltisine, kuru oksit ve kurşun klorür ile ısıtılmış bakıra yerleştirdi. Tüm deneyler başarısız oldu ve Beketov "geri çekilmeyi" kabul etmek zorunda kaldı. Genel kural". Diğer "anomaliler", gümüş (yoğunluk 10.5) ve kurşunun yanı sıra gümüş ve cıva (yoğunluk 13.5) ile ilgiliydi, çünkü hem kurşun hem de cıva, tuzlarının çözeltilerinden "daha açık" gümüşü azaltır. Beketov, cıva ile ilgili anomaliyi, bu metalin sıvı olması ve dolayısıyla aktivitesinin özgül ağırlık kuralından çıkandan daha yüksek olması gerçeğiyle açıkladı.

Beketov, kuralını metal olmayanları da kapsayacak şekilde genişletti. Örneğin, klor (sıvı klorin yoğunluğu 1.33), brom (yoğunluk 2.86), iyot (yoğunluk 4.54) serisinde, en hafif element aynı zamanda en aktif olanıdır (flor, Moissan tarafından sadece 20 yıl sonra elde edildi). Aynı şey O, S, Se, Te serilerinde de gözlenir: oksijen en aktif olanıdır ve geri kalan elementleri hidrojen veya bir alkali metal ile bileşiklerinden kolayca uzaklaştırır.

Beketov, kuralını mekanikle analoji yaparak açıkladı: özgül ağırlık, basit bir maddede parçacıkların (yani atomların) kütlesi ve aralarındaki mesafe ile ilgilidir. Metallerin yoğunlukları ve bağıl atomik kütleleri bilinerek, atomlar arasındaki bağıl mesafeler hesaplanabilir. Aralarındaki mesafe ne kadar büyükse, Beketov'a göre atomlar kimyasal işlemlerde o kadar kolay ayrılır. Bu aynı zamanda çeşitli elementlerin karşılıklı "afinitesi" ve bileşiklerden birbirinin yerini alma yeteneği ile bağlantılıdır. Farklı metallerdeki atomlar arasındaki bağıl mesafeyi hesaplayan ve potasyumu standart olarak alan Beketov, platine kadar K - 100, Na - 80, Ca - 65, Mg - 53, Al - 43 vb.

Daha öte özet Beketov'un kimyasal bileşiklerin göreli gücüne ilişkin teorisi (yani, bazı elementlerin diğerlerinin yerini alma yeteneği bununla bağlantılıdır), D. I. Mendeleev'in “Kimyanın Temelleri” ders kitabında bulunabilir (modern terminoloji kullanılarak 1947 baskısından alıntılanmıştır): “. .. Profesör N. N. Beketov, "Baskı Olayları Üzerine Araştırmalar" (Kharkov, 1865) adlı çalışmasında, neredeyse yazarın sözleriyle ifade edeceğimiz özel bir hipotez önerdi.

Alüminyum oksit için Al2O3, AlCl3 ve AlI3 halojenürlerinden daha güçlüdür. Oksit oranı Al: O = 112: 100, klorür Al için: Cl = 25: 100, iyodür Al için: I = 7: 100. Gümüş oksit için Ag2O (oran 1350: 100) klorürden daha az dayanıklıdır ( Ag: Cl = = 100:33) ve iyodür en dayanıklıdır (Ag: I = 85:100). Bu ve benzeri örneklerden, en dayanıklı olanın, bağlantı elemanlarının kütlelerinin hemen hemen aynı olduğu bileşikler olduğu görülebilir. Bu nedenle, büyük kütlelerin büyük kütlelerle ve küçük kütlelerin küçük kütlelerle birleşme arzusu vardır, örneğin: Ag2O + 2KI, K2O + 2AgI verir. Aynı nedenle ne zaman yüksek sıcaklıklar Eşit olmayan kütlelerden oluşan Ag2O, HgO, Au2O3 ve benzeri oksitler bozunurken, hafif metallerin oksitleri ve su bu kadar kolay bozunmaz. Isıya en dayanıklı oksitler - MgO, CaO, SiO2, Al2O3 kütle eşitlik koşuluna yaklaşır. Aynı nedenle HI, HCl'den daha kolay ayrışır. Klor, MgO ve Al2O3'e etki etmez, ancak CaO, Ag2O, vb.'ye etki eder.

Yakınlıkların gerçek ilişkilerini anlamak için, diye bitiriyor Mendeleyev, - kimyasal fenomenlerin mekanik teorisine Beketov'un verdiği bu eklemeler hâlâ yeterli olmaktan uzak. Bununla birlikte, birçok bileşiğin göreli gücünü açıklama biçiminde, çok önemli soruların çok ilginç bir ifadesi görülebilir. Bu tür girişimler olmadan, deneyimsel bilginin karmaşık nesnelerini kavramak imkansızdır.

Bu nedenle, olağanüstü kimyagerin erdemlerini küçümsemeden, N. N. Beketov'un teorisinin teorik kimyanın gelişiminde önemli bir rol oynamasına rağmen, metallerin bağıl aktivitesinin kuruluşunu ona atfetmemek gerektiği kabul edilmelidir. hidrojenin asitlerden yer değiştirme reaksiyonu ve metallerin karşılık gelen aktivite serileri: mekanik Kimyasal olayların teorisi, birçok aşamasından biri olarak kimya tarihinde kaldı.

Öyleyse neden bazı kitaplarda Beketov keşfetmediği bir şeyle anılıyor? Bu gelenek, diğerleri gibi muhtemelen 1940'ların sonlarında ve 1950'lerin başlarında ortaya çıktı. 20. yüzyılın, SSCB'de “Batı'ya şikayet” ile mücadele etmeye yönelik bir kampanyanın şiddetlendiği ve yazarların bilimdeki az çok göze çarpan tüm keşifleri yalnızca yerli bilim adamlarına atfetmek zorunda kaldığı ve hatta yabancı yazarlardan alıntı yapmanın bile kabul edildiği zaman. (“Rusya fillerin doğum yeridir” şakası o yıllardaydı). Örneğin, M. V. Lomonosov, yalnızca 19. yüzyılın ortalarında keşfedilen enerjinin korunumu yasasını keşfetti. İşte o dönemlerin bilim tarihinin sunumunun somut bir örneği. Vladimir Orlov'un “Cesur Bir Düşünce Üzerine” (M.: Molodaya Gvardiya, 1953) adlı kitabında elektrik alanındaki icatlar şu sözlerle anlatılıyor: “Yabancılar elektrik ışığının beşiğini mahvetti ... Amerikalılar harika bir Rus çaldılar. icat ... Amerika'daki Edison, açgözlülükle Rus icadını geliştirmeye başladı ... Yabancı bilim adamları, Rus halkının dehası tarafından yaratılan bir elektrik lambasını sakatladı ... Amerikan emperyalistleri elektriği rezil ettiler ... Onların ardından Yugoslav faşistleri elektriği rezil etti. ışık ... "- vb., vb. Zamanın o kötü anılarının ayrı yankıları, görünüşe göre bazı ders kitaplarında kaldı ve bunların atılması gerekiyor. Kimya tarihçilerinden birinin dediği gibi, "Lomonosov, başkalarının keşiflerini ona atfetmeyecek kadar büyüktür."

"Mum yanıyordu..."

Bir mumun yanması sırasında gözlemlenen olaylar öyledir ki, bir şekilde etkilenmeyecek tek bir doğa kanunu yoktur.

Michael Faraday. mum tarihi

Bu hikaye "deneysel araştırma" hakkındadır. Kimyada asıl olan deneydir. Dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlarda milyonlarca farklı deney yapıldı ve yapılmaya devam ediyor, ancak profesyonel bir araştırmacının bunu bazı genç kimyagerlerin yaptığı gibi yapması son derece nadirdir: Ya ilginç bir şey olursa? Çoğu zaman, araştırmacının deneysel olarak doğrulamaya veya çürütmeye çalıştığı, açıkça formüle edilmiş bir hipotezi vardır. Ama artık tecrübe bitti, sonuç alındı. Hipotezle uyuşmuyorsa, o zaman yanlıştır (tabii ki deney doğru bir şekilde kurulursa ve birkaç kez tekrarlanırsa). Ya kabul ederse? Bu, hipotezin doğru olduğu ve onu teori kategorisine aktarmanın zamanı geldiği anlamına mı geliyor? Acemi bir araştırmacı bazen böyle düşünür, ancak deneyimli biri sonuçlara varmak için acele etmez, ancak önce elde edilen sonucu başka bir şekilde açıklamanın mümkün olup olmadığını kesin olarak düşünür.

Kimya tarihi, böyle bir "düşünmenin" ne kadar yararlı olduğuna dair binlerce örnek bilir. Sonraki üç hikaye, "başarılı" bir deneyin hipotezin doğruluğunu kanıtladığına inanmanın ne kadar tehlikeli olabileceğine ayrılmıştır. Bazen sınıfta böyle bir deneyim gösterirler. Küçük bir tahta veya köpük daire, üzerine yanan bir mumun sabitlendiği bir su tabağında yüzmesine izin verilir. Ters bir cam kavanoz, bir mumla bir daire üzerine indirilir ve bu pozisyonda tabağın dibine yerleştirilir. Bir süre sonra mum söner ve kavanozun bir kısmı suyla dolar. Bu deneyin, havanın (oksijenin) yalnızca beşte birinin yanmayı desteklediğini göstermesi gerekiyor. Aslında, ilk bakışta su yaklaşık beşte bir oranında yükselmiş gibi görünse de, genellikle daha doğru ölçümler yapılmaz. İlk bakışta, deney basit ve oldukça inandırıcıdır: Sonuçta, havadaki oksijen gerçekten de hacimce %21'dir. Bununla birlikte, kimya açısından bakıldığında, her şey yolunda değil. Aslında, mumlar parafinden yapılır ve parafin, C bileşiminin doymuş hidrokarbonlarından oluşur. N H2 N 18–35 karbonlu +2. Yanma reaksiyonu denklemi genel olarak aşağıdaki gibi yazılabilir: N H2 N +2 + (3 N+ 1)/2 O2 → N CO2 + ( N+ 1)H2O. Çünkü N büyüktür, o zaman oksijenin önündeki katsayı 1,5'e çok yakındır. N(İçin N= 18 fark (3 N+ +1)/2 ve 1,5 N için %2'den az olacaktır. N= 30 daha da az olacaktır). Böylece tüketilen 1,5 hacim oksijen için 1 hacim CO2 açığa çıkar. Bu nedenle, kutudaki oksijenin tamamı (hacimce 0,21'dir) tüketilse bile, yanmadan sonra bunun yerine 0,21: 1,5 = 0,14 hacim karbondioksit salınmalıdır. Bu, suyun kavanozun beşte birini hiç doldurmaması gerektiği anlamına gelir!

Ancak bu mantık doğru mu? Sonuçta, bildiğiniz gibi karbondioksit suda yüksek oranda çözünür. Belki hepsi “suya girecek”? Ancak bu gazı çözme süreci çok yavaştır. Bu, özel deneylerle gösterildi: CO2 ile dolu ters çevrilmiş bir kavanozdaki saf su neredeyse bir saat içinde yükselmez. Mumla yapılan deney bir dakikadan az sürer, bu nedenle oksijen tamamen tükense bile su kavanoza hacminin yalnızca 0,21 - 0,1 = 0,07'si kadar (yaklaşık %7) girmelidir.

Ama hepsi bu kadar değil. Kavanozdaki mumun tüm oksijeni değil, sadece küçük bir kısmını "yaktığı" ortaya çıktı. Mumun söndüğü havanın analizi, mumun hala %16 oksijen içerdiğini gösterdi (ilginç bir şekilde, normal bir insanın nefes vermesindeki oksijen içeriği yaklaşık aynı seviyeye düşer). Bu, suyun kavanoza hiç girmemesi gerektiği anlamına gelir! Ancak deneyim, durumun böyle olmadığını gösteriyor. nasıl açıklanır?

En basit varsayım: yanan bir mum havayı ısıtır, hacmi artar ve havanın bir kısmı kavanozdan dışarı çıkar. Kavanozdaki havayı soğuttuktan sonra (bu oldukça hızlı gerçekleşir), içindeki basınç düşer ve dış atmosfer basıncının etkisi altında su kavanoza girer. Yasaya göre ideal gazlar(ve ilk yaklaşımdaki hava ideal bir gaz olarak kabul edilebilir), havanın hacminin 1/5 artması için sıcaklığının (mutlak) da 1/5 artması gerekir, yani 293 K'den (20 °) artış C) ila 1, 2 293 \u003d 352 K (yaklaşık 80 ° C). Çok değil! 60°'de mum alevi ile havayı ısıtmak oldukça mümkündür. Geriye sadece deney sırasında kavanozdan hava çıkıp çıkmadığını deneysel olarak kontrol etmek kalır.

Ancak ilk deneyler bu varsayımı doğrulamıyor gibiydi. Bu nedenle, 0,45 l hacimli geniş ağızlı bir kavanozla yapılan bir dizi deneyde, kavanozun kenarından havanın “gurlama” belirtisi yoktu. Bir başka beklenmedik gözlem: mum yanarken kavanozdaki su neredeyse girmedi.

Ve ancak mum söndükten sonra ters çevrilmiş kavanozdaki su seviyesi hızla yükseldi. nasıl açıklanır?

Mum yanarken kavanozdaki havanın ısındığı ancak aynı zamanda hacminin değil, suyun emilmesini engelleyen basıncının arttığı varsayılabilir. Yanma durduktan sonra kavanozdaki hava soğur, basıncı düşer ve su yükselir. Ancak bu açıklama uymuyor. Birincisi, su, basınçta hafif bir artışla havanın bir kavanozdan kaçmasını engelleyen ağır cıva değildir. (Cıva mührü bir zamanlar gazları inceleyen tüm fizikçiler ve kimyagerler tarafından kullanılıyordu.) Gerçekten de su, cıvadan 13,6 kat daha hafiftir ve kavanozun kenarı ile plakadaki su seviyesi arasındaki su contasının yüksekliği küçüktür. . Bu nedenle, basınçtaki küçük bir artış bile kaçınılmaz olarak havanın valften "köpürmesine" neden olur.

İkinci itiraz daha da ciddi. Plakadaki su seviyesi daha yüksek olsa ve su kavanozdan yüksek basınç altında ısıtılmış havayı salmasa bile, kavanozdaki hava soğuduktan sonra hem sıcaklığı hem de basıncı orijinal değerlerine dönecektir. Böylece havanın kavanoza girmesi için bir sebep olmayacaktır.

Bilmece, deney sırasında yalnızca küçük bir ayrıntı değiştirilerek çözüldü. Genellikle kavanoz mumun üstüne "konulur". Yani, bankadaki havanın garip davranışının nedeni bu olabilir mi? Yanan bir mum yukarı doğru ısıtılmış hava akışı yaratır ve kavanoz yukarıdan hareket ettikçe, kavanozun kenarı suya değmeden önce sıcak hava kavanozdaki soğuk havanın yerini alır. Bundan sonra, mum yanarken kavanozdaki hava sıcaklığı çok az değişir, bu nedenle hava onu terk etmez (ve ayrıca içeri girmez). Kavanozdaki sıcak havanın yanması ve soğuması durduktan sonra, içindeki basınç belirgin şekilde düşer ve dış atmosferik basınç, suyun bir kısmını kavanoza doğru iter.

Bu varsayımı test etmek için, birkaç deneyde, kavanoz mumun üzerine yukarıdan değil, yandan, neredeyse kavanozun kenarıyla aleve değecek şekilde "konuldu", ardından hızlı bir aşağı hareketle kavanoz tabağın altına yerleştirildi. Ve hemen kavanozun kenarından hava kabarcıkları hızla çıkmaya başladı! Doğal olarak, mumun yanması durduktan sonra, su içe doğru emildi - yaklaşık olarak önceki deneylerdekiyle aynı seviyeye.

Dolayısıyla mumla yapılan bu deney, havanın bileşimini hiçbir şekilde gösteremez. Ama yineliyor bilge söz kitabede işlenen büyük fizikçi.

Dengeye yaklaşmak...

Gazların da ısıtıldığı deneyin hatalı bir açıklamasını daha ele alalım. Bu açıklama, popüler kimya makalelerine ve hatta üniversite ders kitaplarına girdi. Bu nedenle, genel kimya üzerine bir dizi yabancı ders kitabında, özünü Noel Waite'in "Kimyasal Kinetik" ders kitabından bir alıntıyla göstereceğimiz güzel bir deney anlatılıyor. Gevşeme yöntemi. Yazarın 1967'de ödüllendirildiği Eigen yöntemi Nobel Ödülü kimyada gevşeme yöntemi denir. Reaksiyona giren sistem, belirli koşullar altında bir denge durumuna ulaşır. Bu koşullar (sıcaklık, basınç, elektrik alanı) daha sonra hızla ihlal edilir - denge değiştirildiğinden daha hızlı. Sistem yeniden dengeye geliyor, ama şimdi yeni koşullar altında; buna "yeni bir denge konumuna gevşeme" denir. Gevşeme gerçekleşirken, sistemin bazı özelliklerinde bir değişiklik izlenir...

Gevşeme fenomenini gösteren bir deney.

Bazı durumlarda, denge durumu yeni koşullar altında o kadar yavaş kurulur ki, konsantrasyondaki değişiklik geleneksel laboratuvar cihazlarının yardımıyla takip edilebilir ve böylece gevşeme olgusu gözlemlenebilir. Örnek olarak, nitrojen dioksitin (koyu kahverengi gaz) bir dimere (renksiz gaz) geçişini düşünün:

Cam gaz şırıngasını yaklaşık 80 cm3 gazla doldurun. Şırınganın pistonuna hızla bastırın ve gazı 50–60 cm3'e sıkıştırın. Gazın renginin değiştiğini doğrulayın. NO2 konsantrasyonu artacağından önce gazın hızlı bir şekilde kararması olacak, ancak daha sonra yavaş bir parlama meydana gelecektir, çünkü yüksek basınç N2O4 oluşumuna katkıda bulunur ve yeni dış koşullar altında dengeye ulaşılır.

Bazı ders kitaplarında, Le Chatelier'nin ilkesini göstermek için benzer bir açıklama verilir: artan gaz basıncıyla, denge molekül sayısında bir azalmaya, bu durumda renksiz bir N2O4 dimerine doğru kayar. Metne üç renkli fotoğraf eşlik eder. Sıkıştırmadan hemen sonra başlangıçta sarımsı kahverengi karışımın nasıl koyu kahverengi hale geldiğini ve birkaç dakika sonra çekilen üçüncü fotoğrafta şırıngadaki gaz karışımının gözle görülür şekilde parlaklaştığını gösteriyorlar.

Bazen, terazinin bu süre zarfında hareket edecek zamanı kalmaması için pistona olabildiğince çabuk basılması gerektiğini eklerler.

İlk bakışta bu açıklama çok inandırıcı görünüyor. Bununla birlikte, şırıngadaki süreçlerin kantitatif bir incelemesi, tüm sonuçları tamamen çürütür. Gerçek şu ki, nitrojen dioksit NO2 ile dimer (azot tetroksit) N2O4 arasındaki belirtilen denge son derece hızlı bir şekilde kurulur: saniyenin milyonda biri cinsinden! Bu nedenle şırıngadaki gazı bu dengenin kurulmasından daha hızlı sıkıştırmak mümkün değildir. Çelik "şırınga" içindeki pistonu bir patlama yardımıyla hareket ettirseniz bile, ataletinden dolayı piston hareket ederken dengenin kurulması için büyük olasılıkla zaman olacaktır. Bu deneyde gözlemlenen fenomen başka nasıl açıklanabilir? Tabii ki, hacimdeki bir azalma ve buna bağlı olarak gaz konsantrasyonundaki bir artış, renkte bir artışa yol açar. Ama bu değil Asıl sebep. Bisiklet tüpünü el pompasıyla şişiren herkes, pompanın (özellikle alüminyum olanın) çok ısındığını bilir. Pistonun pompa borusu üzerindeki sürtünmesinin bununla hiçbir ilgisi yoktur - pompadaki hava sıkıştırılmadığında birkaç rölanti salınımı yaparak bunu doğrulamak kolaydır. Isıtma, sözde adyabatik sıkıştırmanın bir sonucu olarak gerçekleşir - ısının çevredeki alanda dağılacak zamanı olmadığında. Bu, bir nitrojen oksit karışımı sıkıştırıldığında ısınması gerektiği anlamına gelir. Ve ısıtıldığında, bu karışımdaki denge güçlü bir şekilde dioksite doğru kayar.

Karışım sıkıştırıldığında ne kadar sıcak olacak? Pompada hava sıkıştırması olması durumunda, ısıtma aşağıdaki adyabatik denklem kullanılarak kolayca hesaplanabilir: Ideal gaz: televizyonγ–1 = sabit, burada T gaz sıcaklığıdır (kelvin olarak), v hacmi, γ = C p / Özgeçmiş sabit basınçtaki bir gazın ısı kapasitesinin sabit hacimdeki ısı kapasitesine oranıdır. Tek atomlu (asil) gazlar için γ = 1,66, iki atomlu için (hava da onlara aittir) γ = 1,40, üç atomlu için (örneğin, NO2 için) γ = 1,30, vb. Hava için adyabatik denklem, hacim 1'den 2. cilt şu şekilde yeniden yazılabilir: T 2/ T 1 = (v 1/ v 2)γ–1. Piston, içindeki hava hacmi yarıya düştüğünde pompanın ortasına keskin bir şekilde itilirse, sıkıştırmadan önceki ve sonraki sıcaklıkların oranı için denklemi elde ederiz. T 2/ T 1 = = 20,4 = 1,31. Ve eğer T 1 \u003d 293 K (20 ° C), ardından T 2 = 294K (111°C)!

Bir nitrojen oksit karışımının sıkıştırmadan hemen sonraki durumunu hesaplamak için ideal gaz denklemini doğrudan uygulamak imkansızdır, çünkü bu süreçte sadece hacim, basınç ve sıcaklık değişimi değil, aynı zamanda mol sayısı (NO2 N2O4 oranı) sırasında kimyasal reaksiyon. Problem ancak, hareket eden piston tarafından her an yapılan işin bir yandan karışımı ısıtmak için, diğer yandan da dimerin ayrışması. N2O4'ün ayrışma enerjisinin, her iki gazın ısı kapasitelerinin, onlar için γ değerinin ve denge konumunun sıcaklığa bağımlılığının bilindiği varsayılmaktadır (tüm bunlar tablo verileridir). Hesaplama, atmosferik basınç ve oda sıcaklığındaki ilk gaz karışımının hacminin yarısına hızla sıkıştırılması durumunda, karışımın yalnızca 13 °C ısınacağını göstermektedir. Karışımı hacmi üç kat azalacak şekilde sıkıştırırsanız, sıcaklık 21°C artacaktır. Ve karışımın hafifçe ısıtılması bile denge konumunu N2O4'ün ayrışmasına doğru güçlü bir şekilde kaydırır.

Ve sonra sadece yavaşlar. gaz karışımı dengenin N2O4'e doğru aynı yavaş kaymasına ve deneyde gözlenen rengin zayıflamasına neden olur. Soğutma hızı, şırınga duvarlarının malzemesine, bunların kalınlığına ve odadaki hava akımları gibi çevredeki havayla ısı alışverişinin diğer koşullarına bağlıdır. Dengenin kademeli olarak sağa, N2O4'e kaymasıyla, NO2 moleküllerinin dimerizasyonunun, karışımın soğuma oranını azaltan ısının serbest bırakılmasıyla meydana gelmesi önemlidir (büyük rezervuarlarda suyun donmasına benzer). kışın başlaması hava sıcaklığının hızla düşmesine izin vermez).

Neden deneycilerden hiçbiri pistonu ittiklerinde şırınganın ısındığını hissetmedi? Cevap çok basit. Gaz karışımının ve camın (birim kütle başına) ısı kapasiteleri çok fazla farklılık göstermez. Ancak cam pistonun kütlesi, gazın kütlesinden onlarca ve bazen yüzlerce kat daha fazladır. Bu nedenle, soğutucu gaz karışımının tüm ısısı şırınganın duvarlarına aktarılsa bile, bu duvarlar yalnızca bir derecenin kesri kadar ısınacaktır.

İki nitrojen oksit arasında bir dengeye sahip olan dikkate alınan sistem de pratik öneme sahiptir. Düşük basınçta NO2 ve N2O4 karışımı kolayca sıvılaşır. Bu, yüksek kimyasal aktivitesine ve ekipman üzerindeki aşındırıcı etkisine rağmen etkili bir soğutma sıvısı olarak kullanılmasını mümkün kılar. Suyun aksine, hangi Termal enerjiörneğin, bir nükleer reaktörden çok sıcaktır ve hatta buharlaşabilir, ısının bir nitrojen oksit karışımına aktarılması esas olarak ısınmasına değil, kimyasal bir reaksiyona yol açar - N2O4 molekülündeki N–N bağını kırar . Aslında, bir maddenin bir molündeki (92 g) N-N bağını ısıtmadan kırmak için 57,4 kJ enerji gerekir. Böyle bir enerji 20 ° C sıcaklıkta 92 g suya aktarılırsa, 30,8 kJ suyu kaynama noktasına kadar ısıtacak ve kalan 26,6 kJ yaklaşık 11 g suyun buharlaşmasına yol açacaktır! Azot oksitlerde karışım fazla ısınmaz, tesisatın daha soğuk yerlerinde dolaşan karışım biraz soğur, denge N2O4'e doğru kayar ve karışım tekrar ısı almaya hazır hale gelir.

Metallerin elektrokimyasal aktivite serisi (voltaj aralığı, bir dizi standart elektrot potansiyeli) - metal katyonu indirgeme yarı reaksiyonuna karşılık gelen standart elektrokimyasal potansiyellerini φ 0 artırma sırasına göre metallerin düzenlendiği sıra Me n+ : Me n+ + nē → Me

Sulu çözeltilerdeki redoks reaksiyonlarında metallerin karşılaştırmalı aktivitesini bir dizi stres karakterize eder.

Hikaye

Metallerin kimyasal aktivitelerindeki değişim sırasına göre dizilişi genel anlamda simyacılar tarafından zaten biliniyor. Metallerin çözeltilerden karşılıklı yer değiştirme süreçleri ve yüzey çökelmeleri (örneğin, gümüş ve bakırın tuzlarının çözeltilerinden demir tarafından yer değiştirmesi), elementlerin dönüşümünün bir tezahürü olarak kabul edildi.

Daha sonra simyacılar, metallerin çözeltilerinden karşılıklı olarak çökelmesinin kimyasal yönünü anlamaya yaklaştılar. Angelus Sala, Anatomia Vitrioli'de (1613) ürünlerin şu sonuca vardı: kimyasal reaksiyonlar orijinal maddelerde bulunan aynı "bileşenlerden" oluşur. Daha sonra Robert Boyle, parçacık temsillerine dayalı olarak bir metalin diğerini çözümden uzaklaştırmasının nedenleri hakkında bir hipotez önerdi.

Klasik kimyanın oluşum çağında, elementlerin bileşiklerden birbirlerinin yerini alma yeteneği, anlayışın önemli bir yönü haline geldi. tepkisellik. J. Berzelius, elektrokimyasal yakınlık teorisine dayanarak, elementlerin bir sınıflandırmasını yaptı, onları "metaloidler" (şimdi "metal olmayanlar" terimi kullanılıyor) ve "metaller" olarak ayırdı ve aralarına hidrojen koydu.

Kimyagerler tarafından uzun süredir bilinen metallerin birbirlerini yer değiştirme yeteneklerine göre sıralaması, özellikle 1860'larda ve sonraki yıllarda N. N. Beketov tarafından kapsamlı ve kapsamlı bir şekilde incelendi ve tamamlandı. Zaten 1859'da Paris'te "Bazı unsurların başkaları tarafından yer değiştirmesi fenomeni üzerine araştırma" konulu bir rapor yaptı. Bu çalışmasında Beketov, elementlerin karşılıklı yer değiştirmesi ile atom ağırlıkları arasındaki ilişki hakkında bir dizi genelleme dahil ederek, bu süreçleri " ile ilişkilendirdi. ilk kimyasal özellikler elementler - kimyasal afinite denilen şeyle» . Beketov'un basınç altında hidrojenle metallerin tuz çözeltilerinden yer değiştirmesini keşfetmesi ve alüminyum, magnezyum ve çinkonun yüksek sıcaklıklarda (metalotermi) indirgeme aktivitesinin incelenmesi, bazılarının yetenekleri arasındaki ilişki hakkında bir hipotez öne sürmesine izin verdi. diğerlerini yoğunluklarıyla bileşiklerden uzaklaştıran elementler: daha hafif olan basit maddeler daha ağır olanların yerini alabilir (bu nedenle, bu seriye genellikle Beketov yer değiştirme serisi, ya da sadece Beketov serisi).

Metallerin aktivite sayısı hakkında modern fikirlerin geliştirilmesinde Beketov'un önemli yararlarını inkar etmeden, yerli popüler ve yaygın olan hatalı olarak kabul edilmelidir. eğitim literatürü onun bu dizinin tek yaratıcısı olduğu fikri. 19. yüzyılın sonunda elde edilen çok sayıda deneysel veri, Beketov'un hipotezini çürüttü. Böylece, William Odling birçok "aktivitenin tersine dönmesi" vakasını tanımladı. Örneğin, bakır, konsantre asitleştirilmiş bir SnCl2 çözeltisinden kalayı ve asidik bir PbCl2 çözeltisinden kurşunu değiştirir; ayrıca konsantre hidroklorik asit içinde hidrojen salımı ile çözülebilir. Bakır, kalay ve kurşun, kadmiyumun sağındaki sırada yer alır, ancak, onu kaynayan hafif asitlenmiş bir CdCl2 çözeltisinden çıkarabilirler.

Teorik ve deneysel fizik kimyanın hızlı gelişimi, metallerin kimyasal aktivitelerindeki farklılıkların başka bir sebebine işaret etti. Modern elektrokimya kavramlarının geliştirilmesiyle (esas olarak Walter Nernst'in çalışmalarında), bu dizinin bir "gerilim dizisine" karşılık geldiği - metallerin standart elektrot potansiyellerinin değerine göre düzenlenmesi - açık hale geldi. Bu nedenle, niteliksel bir özellik yerine - bir metalin ve iyonunun belirli reaksiyonlara "eğilimi" - Nerst, her metalin iyonlar biçiminde çözeltiye geçme ve ayrıca iyonlardan indirgenme yeteneğini karakterize eden kesin bir niceliksel değer ortaya koydu. elektrot üzerinde metale iyonlar ve karşılık gelen seri adlandırıldı bir dizi standart elektrot potansiyeli.

teorik temel

Elektrokimyasal potansiyellerin değerleri, birçok değişkenin bir fonksiyonudur ve bu nedenle metallerin periyodik sistemdeki konumuna karmaşık bir bağımlılık gösterir. Böylece, bir metalin atomizasyon enerjisindeki artışla, atomlarının toplam iyonlaşma potansiyelindeki artışla ve katyonlarının hidrasyon enerjisindeki azalmayla katyonların oksidasyon potansiyeli artar.

En genel haliyle, dönemlerin başındaki metallerin düşük elektrokimyasal potansiyel değerleri ile karakterize edildiği ve voltaj serisinin sol tarafında yer işgal ettiği açıktır. Aynı zamanda, alkali ve toprak alkali metallerin değişimi, köşegen benzerlik olgusunu yansıtır. Dönemlerin ortasına daha yakın bulunan metaller, büyük değerler potansiyeller ve sıranın sağ yarısındaki yerleri işgal eder. Elektrokimyasal potansiyelde tutarlı bir artış (bir çift Eu 2+ /Eu [ için -3,395 V'tan) Au + /Au çifti için +1,691 V'a kadar) metallerin indirgeme aktivitesinde (elektron verme yeteneği) bir azalmayı ve katyonlarının oksitleme kabiliyetinde (elektron bağlama yeteneği) bir artışı yansıtır. Bu nedenle, en güçlü indirgeyici ajan öropiyum metalidir ve en güçlü oksitleyici ajan altın katyonları Au+'dır.

Metallerin elektrokimyasal potansiyellerinin pratik ölçümü standart bir hidrojen elektrodu kullanılarak gerçekleştirildiğinden, hidrojen geleneksel olarak voltaj serisine dahil edilir.

Bir dizi gerilimin pratik kullanımı

Pratikte, tuzların ve asitlerin sulu çözeltileriyle reaksiyonlarda metallerin kimyasal aktivitesinin karşılaştırmalı [göreceli] bir değerlendirmesi için ve elektroliz sırasında katodik ve anodik süreçleri değerlendirmek için bir dizi voltaj kullanılır:

• Hidrojenin solundaki metaller, sağındaki metallerden daha güçlü indirgeyici maddelerdir: ikincisini tuz çözeltilerinden uzaklaştırırlar. Örneğin, Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu etkileşimi yalnızca ileri yönde mümkündür.
• Hidrojenin solundaki sıradaki metaller, oksitleyici olmayan asitlerin sulu çözeltileri ile etkileşirken hidrojenin yerini alır; en aktif metaller (alüminyum dahil) - ve su ile etkileşime girdiğinde.
• Hidrojenin sağındaki sıradaki metaller, normal koşullar altında oksitleyici olmayan asitlerin sulu çözeltileri ile etkileşime girmezler.
• Elektroliz sırasında, katotta hidrojenin sağındaki metaller salınır; orta derecede aktiviteye sahip metallerin indirgenmesine hidrojen salınımı eşlik eder; en aktif metaller (alüminyuma kadar) normal koşullar altında sulu tuz çözeltilerinden izole edilemez.

Metallerin elektrokimyasal potansiyelleri tablosu

Metal	Katyon	φ 0 , V	tepkisellik	Elektroliz (katotta):
	Li +	-3,0401	su ile reaksiyona girer	hidrojen salınır
	+	-3,026
	Rb+	-2,98
	B+	-2,931
	F+	-2,92
	Ka2+	-2,912
	Ba 2+	-2,905
	Sr2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	AB 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	2+	-2,68
	Md2+	-2,40	sulu asit çözeltileri ile reaksiyona girer
	3+	-2,379
	3+	-2,372
	Mg2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Pr 3+	-2,353
	3+	-2,323
	Er 3+	-2,331
	Ho 3+	-2,33
	Tm3+	-2,319
	3+	-2,304
	3+	-2,30
	FM 2+	-2,30
	Ölüm 3+	-2,295
	3+	-2,28
	TB 3+	-2,28
	3+	-2,279
	Es 2+	-2,23
	AC 3+	-2,20
	Ölüm 2+	-2,2
	Öğleden Sonra 2+	-2,2
	cf2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	3+ yaşındayım	-2,048
	cm 3+	-2,04
	Pu3+	-2,031
	Er 2+	-2,0
	Pr 2+	-2,0
	AB 3+	-1,991
	3+	-1,96
	cf 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Th4+	-1,899
	3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	2+ ol	-1,847
	sen 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		rekabet eden reaksiyonlar: hem hidrojen evrimi hem de saf metal evrimi
	4+	-1,55
	Zr4+	-1,53
	Baba 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	3+	-1,205
	3+ yok	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn2+	-1,185
	V2+	-1,175
	3+	-1,1
	Sayı 5+	-0,96
	3+	-0,87
	Cr2+	-0,852
	Zn2+	-0,763
	Cr3+	-0,74
	Ga3+	-0,560