Metalllarning elektrokimyoviy jadvali. Zamonaviy materiallar dunyosi - metallar kuchlanishlarining elektrokimyoviy seriyalari

Bo'limlar: kimyo, "Dars uchun taqdimot" tanlovi

Sinf: 11

Dars uchun taqdimot

Orqaga oldinga

Diqqat! Slaydni oldindan ko'rish faqat ma'lumot olish uchun mo'ljallangan va taqdimotning to'liq hajmini ko'rsatmasligi mumkin. Agar siz ushbu ish bilan qiziqsangiz, to'liq versiyasini yuklab oling.

Maqsadlar va maqsadlar:

• Qo‘llanma: Metalllarning kimyoviy faolligini davriy jadvaldagi o'rniga qarab ko'rib chiqish D.I. Mendeleev va metallarning elektrokimyoviy kuchlanish qatorida.
• Rivojlanayotgan: Eshitish xotirasini, ma'lumotni taqqoslash, mantiqiy fikrlash va davom etayotgan kimyoviy reaktsiyalarni tushuntirish qobiliyatini rivojlantirishga hissa qo'shing.
• Tarbiyaviy: Qobiliyatni shakllantirish mustaqil ish, o'z fikrini oqilona ifoda etish va sinfdoshlarini tinglash qobiliyati, biz bolalarda vatanparvarlik va vatandoshlar bilan faxrlanish tuyg'ularini singdiramiz.

Uskunalar: Media proyektorli shaxsiy kompyuter, kimyoviy reagentlar to'plamiga ega individual laboratoriyalar, metallarning kristall panjaralari modellari.

Dars turi: tanqidiy fikrlashni rivojlantirish uchun texnologiyadan foydalanish.

Darslar davomida

I. Challenj bosqichi.

Mavzu bo'yicha bilimlarni dolzarblashtirish, kognitiv faollikni uyg'otish.

Bluff o'yini: "Siz bunga ishonasizmi ...". (3-slayd)

1. PSCEda metallar yuqori chap burchakni egallaydi.
2. Kristallarda metall atomlari metall bog' bilan bog'langan.
3. Metalllarning valentlik elektronlari yadro bilan qattiq bog'langan.
4. Asosiy kichik guruhlardagi (A) metallar odatda tashqi sathda 2 ta elektronga ega.
5. Yuqoridan pastgacha bo'lgan guruhda metallarning kamaytiruvchi xususiyatlarining ortishi kuzatiladi.
6. Metallning kislotalar va tuzlar eritmalarida reaktivligini baholash uchun metallar kuchlanishlarining elektrokimyoviy qatoriga qarash kifoya.
7. Metallning kislotalar va tuzlar eritmalaridagi reaktivligini baholash uchun D.I.ning davriy jadvaliga qarash kifoya. Mendeleev

Sinfga savol? Kirish nimani anglatadi? Men 0 - ne -\u003e Men + n(4-slayd)

Javob: Me0 - qaytaruvchi vosita, ya'ni u oksidlovchi moddalar bilan o'zaro ta'sir qiladi. Quyidagilar oksidlovchi sifatida harakat qilishi mumkin:

1. Oddiy moddalar (+ O 2, Cl 2, S ...)
2. Murakkab moddalar (H 2 O, kislotalar, tuz eritmalari ...)

II. Yangi ma'lumotlarni tushunish.

Uslubiy texnika sifatida mos yozuvlar sxemasini tuzish taklif etiladi.

Sinfga savol? Metalllarning qaytaruvchi xossalariga qanday omillar ta'sir qiladi? (5-slayd)

Javob: D.I.Mendeleyevning davriy sistemasidagi holatidan yoki metallar kuchlanishining elektrokimyoviy qatoridagi holatidan.

O'qituvchi tushunchalar bilan tanishtiradi: kimyoviy faollik va elektrokimyoviy faollik.

Tushuntirishni boshlashdan oldin, bolalarga atomlarning faolligini solishtirish taklif etiladi Kimga va Li davriy jadvaldagi o'rni D.I. Mendeleev va bu elementlarning metall kuchlanishlarining elektrokimyoviy qatoridagi holatiga ko'ra hosil bo'lgan oddiy moddalarning faolligi. (6-slayd)

Qarama-qarshilik bor:PSCEdagi gidroksidi metallarning holatiga va kichik guruhdagi elementlarning xususiyatlarining o'zgarishi naqshlariga ko'ra, kaliyning faolligi litiydan kattaroqdir. Kuchlanish seriyasidagi pozitsiyasi bo'yicha lityum eng faol hisoblanadi.

Yangi material. O'qituvchi kimyoviy va elektrokimyoviy faollik o'rtasidagi farqni tushuntiradi va kuchlanishning elektrokimyoviy qatori metallning gidratlangan ionga aylanish qobiliyatini aks ettiradi, bu erda metall faolligining o'lchovi energiya bo'lib, u uchta haddan (atomizatsiya energiyasi, ionlanish) iborat. energiya va hidratsiya energiyasi). Biz materialni daftarga yozamiz. (7-10-slaydlar)

Daftarga birgalikda yozish xulosa: Ionning radiusi qanchalik kichik bo'lsa, uning atrofida elektr maydoni shunchalik katta bo'ladi, hidratsiya paytida shunchalik ko'p energiya ajralib chiqadi, shuning uchun reaksiyalarda bu metallning qaytaruvchi xususiyatlari kuchliroq bo'ladi.

Tarix ma'lumotnomasi: Beketov tomonidan metallarning siljish qatorini yaratish bo'yicha talabaning taqdimoti. (11-slayd)

Metalllarning elektrokimyoviy kuchlanish seriyasining ta'siri faqat metallarning elektrolitlar eritmalari (kislotalar, tuzlar) bilan reaktsiyalari bilan chegaralanadi.

Eslatma:

1. Standart sharoitda (250°C, 1 atm.) suvli eritmalardagi reaksiyalar jarayonida metallarning qaytaruvchi xossalari pasayadi;
2. Chapdagi metall metallni eritmadagi tuzlaridan o'ng tomonga siljitadi;
3. Vodorodga chidamli metallar uni eritmadagi kislotalardan siqib chiqaradi (HNO3 bundan mustasno);
4. Men (Alga) + H 2 O -> ishqor + H 2
   Boshqa Men (H 2 gacha) + H 2 O -> oksid + H 2 (qattiq sharoitlar)
   Men (H 2 dan keyin) + H 2 O -> reaksiyaga kirishmang

(12-slayd)

Bolalarga eslatmalar beriladi.

Amaliy ish:"Metallarning tuz eritmalari bilan o'zaro ta'siri" (Slayd 13)

O'tishni amalga oshiring:

• CuSO4 —> FeSO4
• CuSO4 —> ZnSO4

Mis va simob (II) nitrat eritmasining o'zaro ta'siri tajribasini ko'rsatish.

III. Tafakkur, mulohaza yuritish.

Biz takrorlaymiz: bu holda biz davriy jadvaldan foydalanamiz va bu holda bir qator metall kuchlanish kerak. (14-15-slaydlar).

Darsning dastlabki savollariga qaytamiz. Ekranda 6 va 7-savollarni ajratib ko‘rsatamiz.Qaysi gap to‘g‘ri emasligini tahlil qilamiz. Ekranda - kalit (1-topshiriqni tekshiring). (16-slayd).

Darsni yakunlash:

• Siz nimani o'rgandingiz?
• Metalllarning elektrokimyoviy kuchlanish qatoridan qanday holatda foydalanish mumkin?

Uy vazifasi: (17-slayd)

1. Fizika kursidan “POTENTSIAL” tushunchasini takrorlash;
2. Reaksiya tenglamasini tugating, elektron balans tenglamalarini yozing: Cu + Hg (NO 3) 2 →
3. Berilgan metallar ( Fe, Mg, Pb, Cu)- kuchlanishning elektrokimyoviy seriyasida ushbu metallarning joylashishini tasdiqlovchi tajribalarni taklif qilish.

Biz blöf o'yini, doskada ishlash, og'zaki javoblar, muloqot, amaliy ishlar uchun natijalarni baholaymiz.

Ishlatilgan kitoblar:

1. O.S. Gabrielyan, G.G. Lisova, A.G. Vvedenskaya "O'qituvchi uchun qo'llanma. Kimyo 11-sinf, II qism "Drofa nashriyoti.
2. N.L. Glinka umumiy kimyo.

Barcha metallar oksidlanish-qaytarilish faolligiga qarab, metallarning elektrokimyoviy kuchlanish qatoriga (chunki undagi metallar standart elektrokimyoviy potentsiallarni oshirish tartibida joylashtirilgan) yoki metallarning faollik qatoriga birlashtiriladi:

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

Eng reaktiv metallar vodorodgacha bo'lgan faollik tartibida bo'lib, metall qanchalik chap tomonda joylashgan bo'lsa, u shunchalik faol bo'ladi. Faoliyat qatorida vodorod yonida joylashgan metallar nofaol hisoblanadi.

alyuminiy

Alyuminiy kumushsimon oq rangdir. Alyuminiyning asosiy jismoniy xususiyatlari engillik, yuqori issiqlik va elektr o'tkazuvchanligidir. Erkin holatda, havoga ta'sir qilganda, alyuminiy kuchli oksidli Al 2 O 3 plyonkasi bilan qoplanadi, bu esa uni konsentrlangan kislotalarga chidamli qiladi.

Alyuminiy p-oilaviy metallarga tegishli. Tashqi elektron konfiguratsiya energiya darajasi– 3s 2 3p 1 . O'z birikmalarida alyuminiy "+3" ga teng oksidlanish darajasini ko'rsatadi.

Alyuminiy ushbu elementning erigan oksidini elektroliz qilish orqali olinadi:

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

Ammo mahsulot unumdorligi past bo'lganligi sababli alyuminiyni Na 3 va Al 2 O 3 aralashmasini elektroliz qilish yo'li bilan olish usuli ko'proq qo'llaniladi. Reaksiya 960C ga qizdirilganda va katalizatorlar - ftoridlar (AlF 3 , CaF 2 va boshqalar) ishtirokida davom etadi, katodda alyuminiy, anodda esa kislorod ajralib chiqadi.

Alyuminiy oksidli plyonkani sirtidan olib tashlaganidan keyin suv bilan ta'sir o'tkazishga qodir (1), oddiy moddalar (kislorod, galogenlar, azot, oltingugurt, uglerod) (2-6), kislotalar (7) va asoslar (8):

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

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

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

2Al + N 2 = 2AlN (4)

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

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

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

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

Kaltsiy

Erkin shaklda Ca kumush-oq metalldir. Havoga ta'sir qilganda, u bir zumda sarg'ish plyonka bilan qoplanadi, bu uning havoning tarkibiy qismlari bilan o'zaro ta'siri mahsulotidir. Kaltsiy juda qattiq metall bo'lib, kubik yuz markazli kristall panjaraga ega.

Tashqi energiya darajasining elektron konfiguratsiyasi 4s 2 ni tashkil qiladi. Uning birikmalarida kaltsiy "+2" ga teng oksidlanish darajasini ko'rsatadi.

Kaltsiy eritilgan tuzlarning, ko'pincha xloridlarning elektrolizi natijasida olinadi:

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

Kaltsiy kuchli asos xossalariga ega bo'lgan gidroksidlar hosil bo'lishi bilan suvda eriydi (1), kislorod bilan reaksiyaga kirishadi (2), oksidlar hosil qiladi, metall bo'lmaganlar bilan o'zaro ta'sir qiladi (3-8), kislotalarda eriydi (9):

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

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

Ca + Br 2 \u003d CaBr 2 (3)

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

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

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

Ca + H 2 \u003d CaH 2 (8)

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

Temir va uning birikmalari

Temir kulrang metalldir. Uning sof shaklida u juda yumshoq, egiluvchan va egiluvchan. Tashqi energiya darajasining elektron konfiguratsiyasi 3d 6 4s 2 ni tashkil qiladi. O'z birikmalarida temir "+2" va "+3" oksidlanish darajasini ko'rsatadi.

Metall temir suv bug'i bilan reaksiyaga kirishib, aralash oksid (II, III) Fe 3 O 4 hosil qiladi:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

Havoda temir oson oksidlanadi, ayniqsa namlik mavjud bo'lganda (zanglanadi):

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

Boshqa metallar singari, temir oddiy moddalar bilan reaksiyaga kirishadi, masalan, halogenlar (1), kislotalarda (2) eriydi:

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

Temir turli xil birikmalarni hosil qiladi, chunki u bir nechta oksidlanish darajasini ko'rsatadi: temir (II) gidroksid, temir (III) gidroksid, tuzlar, oksidlar va boshqalar. Shunday qilib, temir (II) gidroksidni ishqor eritmalarining temir (II) tuzlariga havo kirishisiz ta'sirida olish mumkin:

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

Temir (II) gidroksid kislotalarda eriydi va kislorod ishtirokida temir (III) gidroksidigacha oksidlanadi.

Temir (II) tuzlari qaytaruvchi xossalarini namoyon qiladi va temir (III) birikmalariga aylanadi.

Temir oksidi (III) ni temirning kislorodda yonishi bilan olish mumkin emas, uni olish uchun temir sulfidlarini yoqish yoki boshqa temir tuzlarini kaltsiylash kerak:

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

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

Temir (III) birikmalari zaif oksidlovchi xususiyatga ega va kuchli qaytaruvchi moddalar bilan OVR ga kirishi mumkin:

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

Temir va po'lat ishlab chiqarish

Po'latlar va cho'yanlar temirning uglerodli qotishmalari bo'lib, po'latdagi uglerod miqdori 2% gacha, cho'yanda esa 2-4% ni tashkil qiladi. Po'lat va cho'yanlarda qotishma qo'shimchalar mavjud: po'latlar - Cr, V, Ni va quyma temir - Si.

Po'latlarning har xil turlari mavjud, shuning uchun ularning maqsadiga ko'ra konstruktiv, zanglamaydigan, asbob, issiqlikka chidamli va kriogenli po'latlar ajralib turadi. Kimyoviy tarkibiga ko'ra uglerod (past, o'rta va yuqori uglerod) va qotishma (past, o'rta va yuqori qotishma) farqlanadi. Tuzilishiga ko'ra ostenitik, ferrit, martensit, perlit va beynit po'latlari farqlanadi.

Cheliklar qurilish, kimyo, neft-kimyo, atrof-muhitni muhofaza qilish, transport energetikasi va boshqa sanoat kabi milliy iqtisodiyotning ko'plab tarmoqlarida qo'llanilishini topdi.

Cho'yan - sementit yoki grafitdagi uglerod tarkibining shakliga, shuningdek ularning miqdoriga qarab, quyma temirning bir nechta turlari ajratiladi: oq (tsementit shaklida uglerod mavjudligi sababli sinishning ochiq rangi), kulrang (grafit shaklida uglerod mavjudligi sababli sinishning kulrang rangi). ), egiluvchan va issiqlikka chidamli. Cho'yanlar juda mo'rt qotishmalardir.

Cho'yanni qo'llash sohalari keng - badiiy bezaklar (to'siqlar, darvozalar), kuzov qismlari, santexnika uskunalari, uy-ro'zg'or buyumlari (tovoqlar) quyma temirdan tayyorlanadi, u avtomobil sanoatida qo'llaniladi.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Mashq qilish	26,31 g og'irlikdagi magniy va alyuminiy qotishmasi xlorid kislotada eritildi. Bunda 31,024 litr rangsiz gaz ajralib chiqdi. Qotishmadagi metallarning massa ulushlarini aniqlang.
Yechim	Ikkala metal ham xlorid kislotasi bilan reaksiyaga kirishishga qodir, buning natijasida vodorod ajralib chiqadi: Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2 2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2 Chiqarilgan vodorodning umumiy mol sonini toping: v(H 2) \u003d V (H 2) / V m v (H 2) \u003d 31,024 / 22,4 \u003d 1,385 mol Mg moddaning miqdori x mol, Al y mol bo'lsin. Keyin, reaksiya tenglamalariga asoslanib, biz vodorodning umumiy mol soni uchun ifoda yozishimiz mumkin: x + 1,5y = 1,385 Aralashmadagi metallarning massasini ifodalaymiz: Keyin aralashmaning massasi tenglama bilan ifodalanadi: 24x + 27y = 26,31 Biz tenglamalar tizimini oldik: x + 1,5y = 1,385 24x + 27y = 26,31 Keling, buni hal qilaylik: 33.24 -36y + 27y \u003d 26.31 v(Al) = 0,77 mol v(Mg) = 0,23mol Keyin aralashmadagi metallarning massasi: m (Mg) \u003d 24 × 0,23 \u003d 5,52 g m(Al) \u003d 27 × 0,77 \u003d 20,79 g Aralashmadagi metallarning massa ulushlarini toping: ώ =m(Me)/m sum ×100% ώ(Mg) = 5,52 / 26,31 × 100% = 20,98% ώ(Al) = 100 - 20,98 = 79,02%
Javob	Qotishmadagi metallarning massa ulushlari: 20,98%, 79,02%

Diqqat! Quyidagi tavsif mos yozuvlar materialidir, u ushbu vinil jadvalda ko'rsatilmagan!

METALLAR ELEKTROKIMYOSI FANIDAN KICHIK KURS

Ishqoriy metall xloridlari eritmalarini elektroliz qilish va eritmalar yordamida metallar olish bilan allaqachon tanishganmiz. Keling, suvli eritmalar, galvanik elementlar elektrokimyosining ba'zi qonuniyatlarini o'rganish, shuningdek, himoya galvanik qoplamalar ishlab chiqarish bilan tanishish uchun bir nechta oddiy tajribalarni sinab ko'raylik.
Elektrokimyoviy usullar zamonaviy analitik kimyoda qo'llaniladi va nazariy kimyoda eng muhim miqdorlarni aniqlashga xizmat qiladi.
Va nihoyat, xalq xo'jaligiga katta zarar etkazadigan metall buyumlarning korroziyasi ko'p hollarda elektrokimyoviy jarayondir.

METALLARNING kuchlanish diapazoni

Elektrokimyoviy jarayonlarni tushunish uchun asosiy bo'g'in metallarning kuchlanish seriyasidir. Metalllarni reaktivdan boshlanib, eng kam reaktiv asil metallar bilan tugaydigan qatorga joylashtirish mumkin:
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.
Bu, eng so'nggi g'oyalarga ko'ra, eng muhim metallar va vodorod uchun bir qator kuchlanish. Agar galvanik elementning elektrodlari ketma-ket ikkita metalldan yasalgan bo'lsa, u holda qatorda oldingi materialda salbiy kuchlanish paydo bo'ladi.
Voltaj qiymati ( elektrokimyoviy potentsial) kuchlanish qatoridagi elementning holatiga va elektrolitning xususiyatlariga bog'liq.
Biz kuchlanish seriyasining mohiyatini bir nechta oddiy tajribalardan o'rnatamiz, buning uchun bizga oqim manbai va elektr o'lchash asboblari kerak bo'ladi.

Metall qoplamalar, oqimsiz "daraxtlar" va "muz naqshlari"

10 g ga yaqin kristall mis sulfatni 100 ml suvda eritib, probirkaga temir igna yoki temir choyshabni botiramiz. (Dazmolni birinchi navbatda yupqa zumrad mato bilan yaltiroq qilib tozalashni tavsiya qilamiz.) Qisqa vaqtdan so'ng dazmol bo'shatilgan misning qizg'ish qatlami bilan qoplanadi. Qanchalik faol temir eritmadan misni siqib chiqaradi, temir ion sifatida eriydi, mis esa metall sifatida ajralib chiqadi. Jarayon eritma temir bilan aloqa qilguncha davom etadi. Mis temirning butun yuzasini qoplagandan so'ng, u amalda to'xtaydi. Bunday holda, juda gözenekli mis qatlami hosil bo'ladi, shuning uchun oqimdan foydalanmasdan himoya qoplamalarini olish mumkin emas.
Keyingi tajribalarda biz mis sulfat eritmasiga sink va qo'rg'oshin qalayning kichik chiziqlarini tushiramiz. 15 daqiqadan so'ng ularni olib tashlang, yuving va mikroskop ostida tekshiring. Biz aks ettirilgan nurda qizil rangga ega bo'lgan va bo'shatilgan misdan tashkil topgan muzga o'xshash chiroyli naqshlarni ko'rishimiz mumkin. Bu erda ham faolroq metallar misni ion holatidan metall holatga o'tkazdi.
O'z navbatida, mis kuchlanish seriyasida pastroq bo'lgan, ya'ni kamroq faol bo'lgan metallarni siqib chiqarishi mumkin. Mis varaqning yupqa chizig'ida yoki tekislangan mis sim(oldindan sirtni porlashi uchun tozalagandan so'ng), bir necha tomchi kumush nitrat eritmasini qo'llang. Yalang'och ko'z bilan mikroskop ostida aks ettirilgan yorug'lik ostida ingichka ignalar va o'simlik naqshlari (dendritlar deb ataladigan) kabi ko'rinadigan qora rangli qoplamani ko'rish mumkin.
Sinkni oqimsiz ajratib olish uchun faolroq metalldan foydalanish kerak. Suv bilan zo'ravonlik bilan o'zaro ta'sir qiladigan metallarni hisobga olmaganda, biz magniyni sinkdan yuqori kuchlanishlar qatorida topamiz. Bir necha tomchi rux sulfat eritmasidan magniyli lenta yoki elektronning ingichka chipiga joylashtiramiz. sink sulfat eritmasibiz uni suyultirilgan sulfat kislotada sink bo'lagini eritib olamiz. Sink sulfat bilan bir vaqtning o'zida bir necha tomchi denatüratsiyalangan spirt qo'shing. Magniyda, qisqa vaqtdan so'ng, biz, ayniqsa mikroskop ostida, yupqa kristallar shaklida ajralib chiqqan sinkni ko'ramiz.
Umuman olganda, kuchlanish seriyasining har qanday a'zosi ion shaklida bo'lgan eritmadan majburan chiqarib yuborilishi va metall holatga o'tkazilishi mumkin. Biroq, har xil kombinatsiyalarni sinab ko'rganimizda, biz umidsizlikka tushishimiz mumkin. Agar alyuminiy chiziq mis, temir, qo'rg'oshin va rux tuzlari eritmalariga botirilsa, unda bu metallar ajralib turishi kerak. Biroq, bu sodir bo'lmaydi. Muvaffaqiyatsizlik sababi kuchlanish seriyasidagi xatolikda emas, balki reaksiyaning maxsus inhibisyoniga asoslangan bo'lib, bu holda alyuminiy yuzasida nozik oksidli plyonka tufayli yuzaga keladi. Bunday eritmalarda alyuminiy passiv deb ataladi.

KELINGLAR SAHNADAN ORTAGA QARAYLIK

Davom etayotgan jarayonlarning qonuniyatlarini shakllantirish uchun biz o'zimizni kationlarni ko'rib chiqish bilan cheklashimiz va anionlarni istisno qilishimiz mumkin, chunki ularning o'zlari reaktsiyada qatnashmaydi. (Ammo, anionlarning turi cho‘kish tezligiga ta’sir qiladi.) Agar soddalik uchun ajralib chiqqan va erigan metallar ikki marta zaryadlangan kationlar beradi deb faraz qilsak, quyidagicha yozishimiz mumkin:

Men 1 + Men 2 2+ = Men 1 2+ + Men 2

bundan tashqari, birinchi tajriba uchun Me 1 = Fe, Me 2 = Su.
Shunday qilib, jarayon ikkala metalning atomlari va ionlari o'rtasida zaryad (elektron) almashinuvidan iborat. Agar biz temirning erishi yoki misning cho'ktirilishini (oraliq reaktsiyalar sifatida) alohida ko'rib chiqsak, biz quyidagilarni olamiz:

Fe = Fe 2+ + 2 e --

Su 2+ + 2 e--=Cu

Endi metallni suvga yoki tuz eritmasiga botirganda, uning kuchlanishlar qatoridagi joylashuvi tufayli kationi bilan almashish mumkin bo'lmagan holatni ko'rib chiqing. Shunga qaramay, metall ion shaklida eritmaga kirishga intiladi. Bunda metall atomi ikkita elektrondan voz kechadi (agar metall ikki valentli bo'lsa), eritmaga botirilgan metall yuzasi eritmaga nisbatan manfiy zaryadlanadi va interfeysda qo'sh elektr qavat hosil bo'ladi. Bu potentsial farq metallning keyingi erishini oldini oladi, shuning uchun jarayon tez orada to'xtaydi.
Agar probirkaga ikki xil metall botirilsa, ular ikkalasi ham zaryadlangan bo'ladi, lekin kamroq faol bo'lgan bir oz kuchsizroq bo'ladi, chunki uning atomlari elektronlarni ajratishga kamroq moyil bo'ladi.
Ikkala metallni o'tkazgich bilan ulang. Potensiallar farqi tufayli elektronlar oqimi faolroq metalldan kamroq faol bo'lgan metallga oqib o'tadi, bu elementning musbat qutbini tashkil qiladi. Jarayon sodir bo'ladi, bunda faolroq metall eritmaga kiradi va eritmadagi kationlar qimmatroq metallga chiqariladi.

Galvanik hujayraning mohiyati

Keling, yuqoridagi mavhum mulohazalarni bir nechta tajribalar bilan ko'rsatamiz (bu qo'shimcha ravishda, qo'pol soddalashtirishdir).
Birinchidan, sig'imi 250 ml bo'lgan stakanni o'rtasigacha 10% li sulfat kislota eritmasi bilan to'ldiring va ichiga juda kichik bo'lmagan rux va mis bo'laklarini botiring. Biz ikkala elektrodga mis simni lehimlaymiz yoki perchin qilamiz, uning uchlari eritmaga tegmasligi kerak.
Simning uchlari bir-biriga bog'lanmagan ekan, biz vodorodning chiqishi bilan birga bo'lgan sinkning erishini kuzatamiz. Rux, kuchlanish seriyasidan kelib chiqqan holda, vodorodga qaraganda faolroqdir, shuning uchun metall vodorodni ion holatidan siqib chiqarishi mumkin. Ikkala metal ham elektr juft qatlam hosil qiladi. Elektrodlar orasidagi potentsial farqni voltmetr yordamida aniqlash eng oson. Qurilmani kontaktlarning zanglashiga olib borganingizdan so'ng, strelka taxminan 1 V ni ko'rsatadi, ammo keyin kuchlanish tezda pasayadi. Agar siz 1 V kuchlanishni iste'mol qiladigan elementga kichik lampochkani ulasangiz, u yonadi - dastlab juda kuchli, keyin esa porlash zaiflashadi.
Qurilmaning terminallarining polaritesiga ko'ra, mis elektrodning ijobiy qutb ekanligi haqida xulosa qilishimiz mumkin. Bu jarayonning elektrokimyosini hisobga olgan holda qurilmasiz ham isbotlanishi mumkin. Kichik stakan yoki probirkada osh tuzining to‘yingan eritmasini tayyorlaymiz, fenolftalein indikatorining 0,5 ml ga yaqin spirt eritmasidan solib, eritma ichiga sim bilan berkitilgan ikkala elektrodni botiramiz. Salbiy qutb yaqinida katodda natriy gidroksid hosil bo'lishidan kelib chiqadigan engil qizg'ish rang paydo bo'ladi.
Boshqa tajribalarda hujayraga turli juft metallarni joylashtirish va natijada paydo bo'lgan kuchlanishni aniqlash mumkin. Masalan, magniy va kumush bir qator kuchlanishlarda ular orasidagi sezilarli masofa tufayli juda katta potentsial farqni beradi, rux va temir esa, aksincha, voltning o'ndan biridan kam bo'lgan juda kichikni beradi. Alyuminiydan foydalanib, biz passivatsiya tufayli deyarli hech qanday oqim olmaymiz.
Bu elementlarning barchasi yoki elektrokimyogarlar aytganidek, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kamchiliklari borki, oqim olinganda ulardagi kuchlanish juda tez tushadi. Shuning uchun elektrokimyogarlar har doim kuchlanishning haqiqiy qiymatini kuchlanishni qoplash usuli yordamida, ya'ni boshqa oqim manbaining kuchlanishi bilan taqqoslash orqali o'chirilgan holatda o'lchaydilar.
Keling, mis-sink elementidagi jarayonlarni batafsil ko'rib chiqaylik. Katodda rux quyidagi tenglama bo'yicha eritmaga kiradi:

Zn = Zn2+ + 2 e --

Mis anodida sulfat kislota vodorod ionlari chiqariladi. Ular sink katodidan sim orqali keladigan elektronlarni biriktiradilar va natijada vodorod pufakchalari hosil bo'ladi:

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

Qisqa vaqtdan so'ng mis vodorod pufakchalarining yupqa qatlami bilan qoplanadi. Bunday holda, mis elektrod vodorod elektrodiga aylanadi va potentsial farq kamayadi. Bu jarayon elektrod polarizatsiyasi deb ataladi. Mis elektrodning polarizatsiyasini kuchlanish pasayganidan keyin hujayraga ozgina kaliy dixromat eritmasini qo'shish orqali yo'q qilish mumkin. Shundan so'ng kuchlanish yana kuchayadi, chunki kaliy dixromati vodorodni suvga oksidlaydi. Kaliy dixromati bu holda depolyarizator vazifasini bajaradi.
Amalda elektrodlari qutblanmagan galvanik sxemalar yoki polarizatsiyasini depolarizatorlarni qo'shish orqali bartaraf etilishi mumkin bo'lgan sxemalar qo'llaniladi.
Polarizatsiya qilinmaydigan elementga misol sifatida o'tmishda ko'pincha joriy manba sifatida ishlatilgan Daniell elementini ko'rib chiqing. Bu ham mis-sink elementidir, lekin ikkala metall ham turli xil eritmalarga botiriladi. Sink elektrodi suyultirilgan (taxminan 20%) sulfat kislota bilan to'ldirilgan gözenekli gil hujayraga joylashtiriladi. Loy xujayrasi mis sulfatning konsentrlangan eritmasi bo'lgan katta stakanga osilgan va pastki qismida mis sulfat kristallari qatlami mavjud. Ushbu idishdagi ikkinchi elektrod mis qatlamli silindrdir.
Ushbu element shisha idishdan, sotuvda sotiladigan gil hujayradan (o'ta og'ir holatlarda, gul idishidan foydalaning, pastki qismdagi teshikni yoping) va mos o'lchamdagi ikkita elektroddan tayyorlanishi mumkin.
Elementning ishlashi jarayonida sink sink sulfat hosil bo'lishi bilan eriydi va mis elektrodida mis ionlari chiqariladi. Lekin shu bilan birga, mis elektrod polarizatsiya qilinmaydi va element taxminan 1 V kuchlanish beradi, aslida, nazariy jihatdan, terminallarda kuchlanish 1,10 V, lekin joriy olib, biz bir oz pastroq qiymatini o'lchash, tufayli hujayraning elektr qarshiligiga.
Agar biz hujayradan oqimni olib tashlamasak, sulfat kislota eritmasidan sink elektrodni olib tashlashimiz kerak, chunki aks holda u vodorod hosil qilish uchun eriydi.
G'ovakli bo'linishni talab qilmaydigan oddiy hujayraning diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. Sink elektrodi shisha idishning yuqori qismida, mis elektrod esa pastki qismida joylashgan. Butun hujayra to'yingan natriy xlorid eritmasi bilan to'ldirilgan. Kavanozning pastki qismida biz bir hovuch mis sulfat kristallarini quyamiz. Olingan konsentrlangan mis sulfat eritmasi oddiy tuz eritmasi bilan juda sekin aralashadi. Shuning uchun hujayraning ishlashi vaqtida mis elektrodda mis ajralib chiqadi va sulfat yoki xlorid shaklida sink hujayraning yuqori qismida eriydi.
Batareyalar endi deyarli faqat quruq hujayralardan foydalanadi, ulardan foydalanish qulayroq. Ularning ajdodi Leclanchet elementidir. Elektrodlar sink tsilindri va uglerod tayog'idir. Elektrolit asosan ammoniy xloriddan iborat pastadir. Rux xamirda eriydi va vodorod ko'mirda ajralib chiqadi. Polarizatsiyani oldini olish uchun uglerod tayog'i ko'mir kukuni va piroluzit aralashmasi bilan zig'ir sumkasiga tushiriladi. Uglerod kukuni elektrodning sirtini oshiradi va piroluzit vodorodni asta-sekin oksidlovchi depolarizatsiya vazifasini bajaradi.
To'g'ri, piroluzitning depolarizatsiya qobiliyati avval aytib o'tilgan kaliy dixromatdan ko'ra zaifdir. Shuning uchun, quruq hujayralarda oqim qabul qilinganda, kuchlanish tezda pasayadi, ular " charchamoq"Polarizatsiya tufayli. Faqat bir muncha vaqt o'tgach, vodorodning oksidlanishi piroluzit bilan sodir bo'ladi. Shunday qilib, elementlar " dam olish", agar siz bir muncha vaqt oqim o'tkazmasangiz. Keling, buni chiroq batareyasida tekshirib ko'raylik, unga biz lampochkani ulaymiz. Chiroqqa parallel ravishda, ya'ni to'g'ridan-to'g'ri terminallarga biz voltmetrni ulaymiz.
Dastlab, kuchlanish taxminan 4,5 V bo'ladi (Ko'pincha bunday batareyalarda uchta hujayra ketma-ket ulanadi, ularning har biri nazariy kuchlanish 1,48 V.) Bir muncha vaqt o'tgach, kuchlanish pasayadi, lampochka zaiflashadi. Voltmetrni o'qib, batareya qancha vaqt dam olishi kerakligini aniqlashimiz mumkin.
Alohida o'rinni qayta tiklanadigan elementlar egallaydi, deb nomlanadi akkumulyatorlar. Ularda teskari reaktsiyalar sodir bo'ladi va ular tashqi doimiy oqim manbaiga ulanish orqali hujayra zaryadsizlangandan keyin qayta zaryadlanishi mumkin.
Hozirgi vaqtda qo'rg'oshin kislotali akkumulyatorlar eng keng tarqalgan; ularda elektrolit suyultirilgan sulfat kislota bo'lib, unga ikkita qo'rg'oshin plitasi botiriladi. Ijobiy elektrod qo'rg'oshin dioksidi PbO 2 bilan qoplangan, salbiy elektrod metall qo'rg'oshindir. Terminallardagi kuchlanish taxminan 2,1 V ni tashkil qiladi. Bo'shatish vaqtida ikkala plastinkada qo'rg'oshin sulfat hosil bo'ladi, u yana metall qo'rg'oshinga va zaryadlash vaqtida qo'rg'oshin peroksidga aylanadi.

QO'LLANGAN QAPLAMALAR

Metalllarning suvli eritmalardan elektr toki yordamida cho'kishi elektrolitik erishning teskari jarayoni bo'lib, biz galvanik elementlarni ko'rib chiqishda uchrashdik. Avvalo, elektr miqdorini o'lchash uchun mis kulometrida ishlatiladigan mis yog'inlarini ko'rib chiqaylik.

Metall oqim bilan cho'ktiriladi

Ikkita yupqa choyshabning uchlarini egib, biz ularni stakanning qarama-qarshi devorlariga yoki yaxshiroq, kichik shisha akvariumga osib qo'yamiz. Biz simlarni terminallar bilan plitalarga biriktiramiz.
Elektrolit quyidagi retsept bo'yicha tayyorlang: 125 g kristalli mis sulfat, 50 g konsentrlangan sulfat kislota va 50 g spirt (denaturatsiyalangan spirt), qolganlari 1 litrgacha suv. Buning uchun avval mis sulfatni 500 ml suvda eritib oling, so'ngra ehtiyotkorlik bilan, kichik qismlarga sulfat kislota qo'shing ( Isitish! Suyuqlik chayqalishi mumkin!), keyin spirtli ichimliklarni to'kib tashlang va suvni 1 litr hajmga keltiring.
Biz kulometrni tayyorlangan eritma bilan to'ldiramiz va sxemaga o'zgaruvchan qarshilik, ampermetr va qo'rg'oshin batareyasini kiritamiz. Qarshilik yordamida biz oqimni uning zichligi elektrod yuzasining 0,02-0,01 A / sm 2 bo'lishi uchun moslashtiramiz. Agar mis plastinka 50 sm 2 maydonga ega bo'lsa, u holda oqim kuchi 0,5-1 A oralig'ida bo'lishi kerak.
Bir muncha vaqt o'tgach, och qizil metall mis katodda (salbiy elektrod) cho'kishni boshlaydi va mis anodda (musbat elektrod) eritmaga kiradi. Mis plitalarini tozalash uchun biz kulometrdagi oqimni taxminan yarim soat davomida o'tkazamiz. Keyin katodni chiqaramiz, filtr qog'ozi bilan ehtiyotkorlik bilan quritamiz va uni aniq tortamiz. Biz elektrodni hujayraga o'rnatamiz, sxemani reostat bilan yopamiz va doimiy oqimni ushlab turamiz, masalan, 1 A. Bir soatdan keyin biz sxemani ochamiz va quritilgan katodni yana tortamiz. Ishlash soatiga 1 A oqimida uning massasi 1,18 g ga oshadi.
Shuning uchun, 1 amper-soatga teng elektr miqdori, eritmadan o'tganda, 1,18 g mis ajralib chiqishi mumkin. Yoki umuman olganda: chiqarilgan moddaning miqdori eritma orqali o'tgan elektr miqdori bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
Ionning 1 ekvivalentini ajratib olish uchun eritmadan elektrod zaryadi e va Avogadro sonining mahsulotiga teng bo'lgan elektr miqdorini o'tkazish kerak. N A:
e*N A \u003d 1,6021 * 10 -19 * 6,0225 * 10 23 \u003d 9,65 * 10 4 A * s * mol -1 Bu qiymat belgi bilan ko'rsatilgan F va elektrolizning miqdoriy qonunlarini kashf etgan shaxs nomi bilan atalgan Faraday raqami(aniq qiymat F- 96 498 A * s * mol -1). Shuning uchun eritmadan ma'lum miqdordagi ekvivalentlarni ajratib olish n e eritma orqali, teng elektr miqdori F*n e A * s * mol -1. Boshqa so'zlar bilan aytganda,
Men * t =F*n e bu yerda I- joriy, t tokning eritmadan o'tishi uchun zarur bo'lgan vaqt. bobda" Titrlash asoslari“Maddaning ekvivalentlari soni allaqachon isbotlangan n e mollar sonining ekvivalent songa ko'paytmasiga teng:
n e = n*Z Natijada:

I*t = F*n*Z

Ushbu holatda Z- ion zaryadi (Ag + uchun Z= 1, Cu 2+ uchun Z= 2, Al 3+ uchun Z= 3 va boshqalar). Agar mol sonini massaning molyar massaga nisbati sifatida ifodalasak ( n = m / M), keyin biz elektroliz paytida yuzaga keladigan barcha jarayonlarni hisoblash imkonini beruvchi formulani olamiz:

Men * t =F * m * Z / M

Ushbu formuladan foydalanib, siz oqimni hisoblashingiz mumkin:

I = 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

Elektr ishlari uchun nisbatni joriy qilsak V elektron pochta

V elektron pochta = U*I*t va V elektron pochta / U = Men * t

keyin keskinlikni bilish U, siz hisoblashingiz mumkin:

V elektron pochta = F*m*Z*U/M

Bundan tashqari, ma'lum miqdordagi moddaning elektrolitik chiqishi uchun qancha vaqt ketishini yoki ma'lum bir vaqt ichida qancha moddaning ajralib chiqishini hisoblashingiz mumkin. Tajriba davomida oqim zichligi belgilangan chegaralarda saqlanishi kerak. Agar u 0,01 A / sm 2 dan kam bo'lsa, u holda juda oz metall chiqariladi, chunki mis (I) ionlari qisman hosil bo'ladi. Agar oqim zichligi juda yuqori bo'lsa, qoplamaning elektrodga yopishishi zaif bo'ladi va elektrod eritmadan chiqarilganda u parchalanishi mumkin.
Amalda, metallarga galvanik qoplamalar, birinchi navbatda, korroziyadan himoya qilish va oyna qoplamasini olish uchun ishlatiladi.
Bundan tashqari, metallar, ayniqsa mis va qo'rg'oshin, anodik eritma va katodda keyingi ajratish (elektrolitik tozalash) bilan tozalanadi.
Temirni mis yoki nikel bilan qoplash uchun avvalo ob'ektning sirtini yaxshilab tozalash kerak. Buning uchun uni elutrilangan bo'r bilan parlatib, uni gidroksidi, suv va spirtning suyultirilgan eritmasi bilan ketma-ket yog'sizlantiring. Agar ob'ekt zang bilan qoplangan bo'lsa, uni 10-15% sulfat kislota eritmasida oldindan tuzlash kerak.
Biz tozalangan mahsulotni elektrolitik vannaga (kichik akvarium yoki stakan) osib qo'yamiz, u erda u katod bo'lib xizmat qiladi.
Mis qoplamasini qo'llash uchun eritma 1 litr suvda 250 g mis sulfat va 80-100 g konsentrlangan sulfat kislotani o'z ichiga oladi (Diqqat!). Bunday holda, anod sifatida mis plastinka xizmat qiladi. Anodning yuzasi taxminan qoplangan ob'ektning yuzasiga teng bo'lishi kerak. Shuning uchun, har doim mis anodining banyoda katod bilan bir xil chuqurlikda osilganligini ta'minlashingiz kerak.
Jarayon 3-4 V kuchlanishda (ikkita batareya) va oqim zichligi 0,02-0,4 A / sm 2 bo'lgan kuchlanishda amalga oshiriladi. Hammomdagi eritmaning harorati 18-25 ° S bo'lishi kerak.
Anod tekisligi va qoplanadigan sirt bir-biriga parallel ekanligiga e'tibor bering. Murakkab shakldagi narsalarni ishlatmaslik yaxshiroqdir. Elektrolizning davomiyligini o'zgartirib, turli qalinlikdagi mis qoplamasini olish mumkin.
Ushbu qatlamga boshqa metallning bardoshli qoplamasini qo'llash uchun ko'pincha dastlabki mis qoplamasi qo'llaniladi. Bu, ayniqsa, temir xrom qoplama, sink quyish nikel qoplama va boshqa hollarda ishlatiladi. To'g'ri, bu maqsadda juda zaharli siyanid elektrolitlari ishlatiladi.
Nikel qoplamasi uchun elektrolit tayyorlash uchun 450 ml suvda 25 g kristalli nikel sulfat, 10 g borik kislotasi yoki 10 g natriy sitrat eritiladi. Natriy sitrat 10 g eritmani neytrallash orqali tayyorlanishi mumkin limon kislotasi suyultirilgan natriy gidroksid eritmasi yoki soda eritmasi. Anod mumkin bo'lgan eng katta maydonning nikel plitasi bo'lsin va batareyani kuchlanish manbai sifatida oling.
O'zgaruvchan qarshilik yordamida oqim zichligi qiymati 0,005 A / sm 2 ga teng saqlanadi. Misol uchun, ob'ekt yuzasi 20 sm 2 bo'lgan holda, 0,1 A oqim kuchida ishlash kerak. Yarim soatlik ishdan keyin ob'ekt allaqachon nikel bilan qoplangan bo'ladi. Uni vannadan olib tashlang va mato bilan artib oling. Biroq, nikel qoplama jarayonini to'xtatmaslik yaxshiroqdir, chunki nikel qatlami passivlashishi mumkin va keyingi nikel qoplamasi yaxshi yopishmaydi.
Mexanik jilosiz oyna porlashiga erishish uchun biz qoplama vannasiga yorqinlashtiruvchi qo'shimchani kiritamiz. Bunday qo'shimchalar, masalan, elim, jelatin, shakar. Siz nikel vannasiga, masalan, bir necha gramm shakarga kirishingiz va uning ta'sirini o'rganishingiz mumkin.
Temir xrom qoplamasi uchun elektrolit tayyorlash uchun (oldindan mis qoplamasidan so'ng) 100 ml suvda 40 g CrO 3 xrom angidrid (Diqqat! Zahar!) va aniq 0,5 g sulfat kislotani (ko'p bo'lmagan holda!) eritamiz. Jarayon taxminan 0,1 A/sm 2 oqim zichligida davom etadi va anod sifatida qo'rg'oshin plitasi ishlatiladi, uning maydoni xrom qoplangan sirt maydonidan bir oz kamroq bo'lishi kerak.
Nikel va xromli vannalar eng yaxshi bir oz isitiladi (taxminan 35 ° C gacha). E'tibor bering, xrom qoplamasi uchun elektrolitlar, ayniqsa uzoq jarayon va yuqori oqim kuchi bilan, sog'liq uchun juda zararli bo'lgan xrom kislotasi bo'lgan bug'larni chiqaradi. Shuning uchun, krom qoplama qoralama ostida yoki ochiq havoda, masalan, balkonda amalga oshirilishi kerak.
Xrom qoplamasida (va kamroq darajada, nikel qoplamasida) barcha oqim metallni cho'ktirish uchun ishlatilmaydi. Shu bilan birga, vodorod ajralib chiqadi. Ketma-ket kuchlanish asosida vodorod oldida turgan metallar suvli eritmalardan umuman chiqarilmasligi, aksincha, kamroq faol vodorod ajralib chiqishi kutiladi. Biroq, bu erda, metallarning anodik erishi holatida bo'lgani kabi, vodorodning katod evolyutsiyasi ko'pincha inhibe qilinadi va faqat yuqori kuchlanishda kuzatiladi. Ushbu hodisa vodorodning haddan tashqari kuchlanishi deb ataladi va u ayniqsa katta, masalan, qo'rg'oshinda. Ushbu holat tufayli qo'rg'oshin batareyasi ishlashi mumkin. Batareya zaryadlanganda, PbO 2 o'rniga, katodda vodorod paydo bo'lishi kerak, ammo haddan tashqari kuchlanish tufayli batareya deyarli to'liq zaryadlanganda vodorod evolyutsiyasi boshlanadi.

Kimyo darsliklarida "Kislotalar" mavzusini taqdim etishda u yoki bu ko'rinishda metallarning siljish qatorlari eslatib o'tiladi, ularning tuzilishi ko'pincha Beketovga tegishli.

Masalan, G. E. Rudzitis va F. G. Feldman bir paytlar 8-sinf uchun eng keng tarqalgan darslik (1989 yildan 1995 yilgacha u umumiy tiraji 8,3 million nusxada nashr etilgan) shunday deydi. Tajribadan shuni tekshirish osonki, magniy kislotalar bilan tez reaksiyaga kirishadi (misol sifatida xlorid kislotasi yordamida), rux biroz sekinroq, temir esa sekinroq, mis esa xlorid kislota bilan reaksiyaga kirishmaydi. "Shunga o'xshash tajribalar rus olimi N. N. Beketov tomonidan amalga oshirilgan", deb yozadi darslik mualliflari. – Tajribalar asosida u metallarning siljish qatorini tuzdi: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Bu qatorda vodorod oldida turgan barcha metallar uni kislotalardan siqib chiqarishga qodir. Shuningdek, Beketov “fizik kimyo asoschisi” ekanligi ma’lum qilingan. 1863 yilda u olim nomi bilan atalgan metallarning siljish qatorini tuzdi. Keyin o‘quvchilarga Beketov qatorida metallar o‘z tuzlari eritmalaridan chapga o‘ngga siljishi aytiladi. Istisno eng faol metallardir. Shunga o'xshash ma'lumotlarni boshqa maktab darsliklari va o'quv qo'llanmalarida ham topish mumkin, masalan: "Rossiya kimyogari N. N. Beketov barcha metallarni o'rganib chiqdi va ularni kimyoviy faollik bo'yicha siljish qatorida (faoliyat seriyasi) joylashtirdi" va boshqalar.

Bu erda bir nechta savollar tug'ilishi mumkin.

Birinchi savol. Kimyogarlar Beketov tajribalaridan oldin (ya'ni 1863 yilgacha) magniy, rux, temir va boshqa bir qator metallar kislotalar bilan reaksiyaga kirishib, vodorod ajralib chiqishini, mis, simob, kumush, platina va oltin esa bunga ega emasligini bilishmasmidi? mulk?

Ikkinchi savol. Beketovgacha bo'lgan kimyogarlar o'z tuzlari eritmalaridan ba'zi metallar boshqalarni siqib chiqarishi mumkinligini payqamaganmidi?

Uchinchi savol. V. A. Volkov, E. V. Vonskiy, G. I. Kuznetsovlarning “Dunyoning taniqli kimyogarlari. Biografik ma'lumotnoma (Moskva: Vysshaya Shkola, 1991) Nikolay Nikolaevich Beketov (1827-1911) "rus fizik-kimyogari, akademik ... fizik kimyo asoschilaridan biri ... u organik kislotalarning harakatini o'rgangan. yuqori haroratlar. Sintezlangan (1852) benzureid va aseturid. Oldinga (1865) reaktsiyalar yo'nalishining reagentlar holatiga va tashqi sharoitlarga bog'liqligi bo'yicha bir qator nazariy qoidalarni qo'ying ... Ishqoriy metallarning oksidlari va xloridlarining hosil bo'lish issiqligini aniqladi, birinchi marta (1870) olingan. ) ishqoriy metallarning suvsiz oksidlari. Alyuminiyning metallarni oksidlaridan tiklash qobiliyatidan foydalanib, u aluminotermiya asoslarini qo'ydi ... Rossiya fizik-kimyo jamiyati prezidenti .... ". Va uning millionlab nusxalarda nashr etilgan maktab darsliklariga kiritilgan (masalan, ureidlar - karbamid hosilalaridan farqli o'laroq) joy o'zgartirish seriyasini to'plami haqida bir og'iz so'z ham yo'q!

Biografik qo‘llanma mualliflarini rus olimining muhim kashfiyotini unutib qo‘yganliklarida ayblashning hojati yo‘q: axir, vatanparvarligi uchun hech qanday qoralash mumkin bo‘lmagan D.I.Mendeleyev o‘zining “Kimyo asoslari” klassik darsligida ham bu haqda hech qachon tilga olmagan. Beketovning siljishi, garchi 15 marta uning turli asarlariga tegishli bo'lsa ham. Bu savollarning barchasiga javob berish uchun biz kimyo tarixiga ekskursiya qilishimiz, metallarning faollik qatorini kim va qachon taklif qilganligini, N. N. Beketovning o'zi qanday tajribalar o'tkazganligini va uning siljish qatori nima ekanligini aniqlashimiz kerak.

Birinchi ikkita savolga quyidagi tarzda javob berish mumkin. Albatta, metallar tomonidan kislotalardan vodorodning chiqishi ham, ham turli misollar ularning tuzlardan bir-birini almashtirishi Beketov tug'ilishidan ancha oldin ma'lum bo'lgan. Masalan, shved kimyogari va mineralogi Tornbern Olaf Bergmanning 1783 yilda nashr etilgan qo'llanmalaridan birida polimetall rudalarni tahlil qilishda qo'rg'oshin va kumushni temir plitalar yordamida eritmalardan siqib chiqarish tavsiya etiladi. Rudadagi temir miqdori bo'yicha hisob-kitoblarni amalga oshirayotganda, uning plastinkalardan eritmaga o'tgan qismini hisobga olish kerak. Bergman o'sha qo'llanmada shunday yozadi: "Metallar tuzlari eritmalaridan boshqa metallar tomonidan siqib chiqarilishi mumkin va ma'lum bir mustahkamlik kuzatiladi. Rux, temir, qo'rg'oshin, qalay, mis, kumush va simob qatorida sink temir va boshqalarni siqib chiqaradi." Va, albatta, bu reaktsiyalarni birinchi marta kashf etgan Bergman emas edi: bunday kuzatishlar alkimyoviy davrlarga borib taqaladi. Bunday reaktsiyaning eng mashhur namunasi o'rta asrlarda mixni mis sulfat eritmasiga botirganda, temir tirnoqning qizil "oltin" ga "aylanishi" ni omma oldida namoyish etgan charlatanlar tomonidan ishlatilgan. Endi bu reaktsiya maktabda kimyo darslarida namoyish etiladi. Beketovning yangi nazariyasining mohiyati nimada? Kimyoviy termodinamika paydo bo'lgunga qadar, kimyogarlar reaktsiyaning u yoki bu yo'nalishda borishini ba'zi jismlarning boshqalarga yaqinligi tushunchasi bilan izohlagan. Xuddi shu Bergman 1775 yildan boshlab ma'lum bo'lgan siljish reaktsiyalariga asoslanib, selektiv yaqinlik nazariyasini ishlab chiqdi. Ushbu nazariyaga ko'ra, berilgan sharoitda ikkita modda o'rtasidagi kimyoviy yaqinlik doimiy bo'lib qoladi va reaktivlarning nisbiy massalariga bog'liq emas. Ya'ni, agar A va B jismlar S jismlari bilan aloqada bo'lsa, u holda unga yaqinroq bo'lgan jism C bilan bog'lanadi. Masalan, temir simobga qaraganda kislorodga ko'proq yaqinroqdir va shuning uchun u birinchi bo'lib oksidlanadi. Reaksiya yo'nalishi faqat reaksiyaga kirishayotgan jismlarning kimyoviy yaqinligi bilan belgilanadi va reaktsiya oxirigacha davom etadi, deb taxmin qilingan. Bergman 19-asr boshlarigacha kimyogarlar tomonidan ishlatilgan kimyoviy yaqinlik jadvallarini tuzdi. Bu jadvallarga, xususan, turli kislotalar va asoslar kiritilgan.

Bergman bilan deyarli bir vaqtda frantsuz kimyogari Klod Lui Bertolet yana bir nazariyani ishlab chiqdi. Kimyoviy yaqinlik jismlarning bir-biriga tortilishi bilan ham bog'liq edi, ammo boshqa xulosalar chiqarildi. Umumjahon tortishish qonuniga o'xshab, Bertolet kimyoda tortishish reaksiyaga kirishuvchi jismlarning massasiga ham bog'liq bo'lishi kerak deb hisobladi. Shuning uchun reaksiyaning borishi va uning natijasi nafaqat reaktivlarning kimyoviy yaqinligiga, balki ularning miqdoriga ham bog'liq. Misol uchun, agar A va B jismlar C bilan reaksiyaga kirisha olsa, u holda C tanalari A va B o'rtasida ularning yaqinliklari va massalariga ko'ra taqsimlanadi va birorta ham reaktsiya oxiriga etib bormaydi, chunki muvozanat AC, BC va erkin bo'lganda keladi. A va B bir vaqtning o'zida mavjud.S ning A va B o'rtasida taqsimlanishi A yoki B ning ortiqchaligiga qarab o'zgarishi juda muhim. Shuning uchun, katta ortiqcha bilan, past yaqinlikdagi tana C tanasini deyarli butunlay "tanlashi" mumkin. uning "raqibi" dan. Ammo reaksiya mahsulotlaridan biri (AC yoki BC) olib tashlansa, u holda reaksiya oxirigacha boradi va faqat doiradan chiqqan mahsulot hosil bo'ladi.

Bertolet eritmalardan cho’ktirish jarayonlarini kuzatish orqali o’z xulosalarini chiqardi. Bu xulosalar eskirgan terminologiyadan tashqari hayratlanarli darajada zamonaviy ko'rinadi. Biroq, Bertolet nazariyasi sifatli edi; u yaqinlik qiymatlarini o'lchash usulini ta'minlamadi.

Nazariyadagi keyingi yutuqlar elektr energiyasi sohasidagi kashfiyotlarga asoslangan edi. Italiyalik fizik Alessandro Volta XVIII oxiri ichida. turli metallar bilan aloqa qilganda elektr zaryadi paydo bo'lishini ko'rsatdi. Har xil metallar juftlari bilan tajribalar o'tkazib, ba'zi metallarning boshqalariga nisbatan zaryadining belgisi va kattaligini aniqlab, Volta bir qator kuchlanishlarni o'rnatdi: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. Turli metallarning juftliklaridan foydalangan holda, Volta galvanik elementni loyihalashtirdi, uning kuchi qanchalik katta bo'lsa, ushbu seriyaning a'zolari bir-biridan qanchalik uzoqroq bo'lsa. Buning sababi o'sha paytda noma'lum edi. To'g'ri, 1797 yilda nemis olimi Iogann Vilgelm Ritter metallar kislorod bilan birlashish qobiliyatini pasaytirish uchun stresslar qatorida bo'lishi kerakligini bashorat qilgan edi. Sink va oltinga kelsak, bu xulosaga shubha yo'q edi; boshqa metallarga kelsak, shuni ta'kidlash kerakki, ularning tozaligi juda yuqori emas edi, shuning uchun Volta seriyasi har doim ham zamonaviyga mos kelmaydi.

Bu holatda sodir bo'ladigan jarayonlarning tabiati haqidagi nazariy qarashlar juda noaniq va ko'pincha bir-biriga zid edi. 19-asr boshlarida mashhur shved kimyogari Yons Yakob Berzelius. elektrokimyoviy (yoki dualistik, dan lat. dualis - "ikki") kimyoviy birikmalar nazariyasi. Ushbu nazariyaga muvofiq, har bir kimyoviy birikma ikki qismdan iborat - musbat va manfiy zaryadlangan deb taxmin qilingan. 1811-yilda Berzelius oʻziga maʼlum boʻlgan elementlarning kimyoviy xossalariga asoslanib, undagi har bir aʼzo oldingisiga nisbatan elektromanfiy va keyingisiga nisbatan elektromusbat boʻlishi uchun ularni qatorga joylashtirdi. Qisqartirilgan versiyada elektromanfiy elementlarga quyidagilar tayinlangan (kamayish tartibida):

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

Keyin o'tish elementi - vodorod va undan keyin - elektropozitiv elementlar (bu xususiyatni oshirish tartibida):

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

Ushbu seriya, agar siz barcha metallarni teskari tartibda qayta yozsangiz, zamonaviyga juda yaqin. Ushbu ketma-ketlikdagi metallarning tartibidagi ba'zi farqlar, ehtimol, Berzelius davrida moddalarning etarli darajada tozalanmaganligi, shuningdek, Berzelius boshqargan metallarning boshqa xususiyatlari bilan bog'liq. Berzeliusning fikricha, bu qatordagi elementlar bir-biridan qanchalik uzoqda boʻlsa, ularda shunchalik qarama-qarshi elektr zaryadlari boʻladi va ular bir-biri bilan shunchalik mustahkam kimyoviy birikmalar hosil qiladi.

19-asr oʻrtalarida Berzeliusning dualizm nazariyasi. hukmron edi. Uning muvaffaqiyatsizligini termokimyo asoschilari, frantsuz olimi Marselin Bertelo va daniyalik tadqiqotchi Yuliy Tomsen ko'rsatdi. Ular kimyoviy yaqinlikni kimyoviy reaksiya hosil qilishi mumkin bo'lgan ish bilan o'lchadilar. Amalda, u reaksiyaning issiqligi bilan o'lchangan. Bu ishlar kimyoviy termodinamikaning yaratilishiga olib keldi, bu fan, xususan, reaksiyaga kirishuvchi tizimdagi muvozanat holatini, shu jumladan elektrokimyoviy jarayonlardagi muvozanatni hisoblash imkonini berdi. Yechimlardagi faoliyat seriyalari (va stress qatorlari uchun) uchun nazariy asos 19-asrning oxirida qo'yilgan. Nemis fizik kimyogari Valter Nernst. Sifatli xarakteristikaning o'rniga - metall va uning ionining ma'lum reaktsiyalarga yaqinligi yoki qobiliyati - har bir metallning ionlar shaklida eritmaga o'tish qobiliyatini, shuningdek, ionlardan iongacha qisqarish qobiliyatini tavsiflovchi aniq miqdoriy qiymat paydo bo'ldi. elektrod ustidagi metall. Bunday qiymat metallning standart elektrod potentsiali bo'lib, potentsial o'zgarishlar tartibida joylashtirilgan mos keladigan qator standart elektrod potentsiallari qatori deb ataladi. (Standart holat eritmadagi ionlarning kontsentratsiyasi 1 mol/l, gaz bosimi esa 1 atm deb taxmin qilinadi; ko'pincha standart holat 25 ° C harorat uchun hisoblanadi.)

Eng faol gidroksidi metallarning standart potentsiallari nazariy jihatdan hisoblab chiqilgan, chunki ularni suvli eritmalarda eksperimental o'lchash mumkin emas. Metalllarning ionlarining turli konsentratsiyasida (ya'ni nostandart holatlarda) potentsiallarini hisoblash uchun Nernst tenglamasidan foydalaniladi. Elektrod potentsiallari faqat metallar uchun emas, balki kationlar va anionlar ishtirokidagi ko'plab oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari uchun ham aniqlangan. Bu turli xil sharoitlarda sodir bo'ladigan turli oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining ehtimolini nazariy jihatdan taxmin qilish imkonini beradi. Shuni ham ta'kidlash kerakki, suvsiz eritmalarda metallarning potentsiallari har xil bo'ladi, shuning uchun ketma-ket metallarning ketma-ketligi sezilarli darajada o'zgarishi mumkin. Masalan, suvli eritmalarda mis elektrodning potentsiali ijobiy (+0,24 V) va mis vodorodning o'ng tomonida joylashgan. Asetonitril CH3CN eritmasida mis potensiali manfiy (-0,28 V), ya'ni mis vodorodning chap tomonida joylashgan. Shuning uchun bu erituvchida quyidagi reaksiya boradi: Cu + 2HCl = CuCl2 + H2.

Endi uchinchi savolga javob berib, Beketov aynan nimani o‘rgangani va qanday xulosaga kelganini aniqlash vaqti keldi.

Ko‘zga ko‘ringan rus kimyogarlaridan biri N. N. Beketov Qozon universitetini tugatgandan so‘ng (1848 yilda) bir muddat Tibbiyot-jarrohlik akademiyasida N. N. Vinin laboratoriyasida, so‘ngra Sankt-Xarkov universitetida ishladi. 1857 yilda universitetning kimyo fakultetini olganidan ko'p o'tmay, Beketov bir yilga chet elga jo'nadi, "yiliga ming rubl miqdorida olingan maoshdan ortiq tayinlangan" - o'sha paytda bu katta miqdor edi. Parijda bo'lgan vaqtlarida u (frantsuz tilida) Rossiyada ba'zi metallarni eritmalardan vodorod bilan almashtirish va rux bug'ining kamaytiruvchi ta'siri bo'yicha oldingi tadqiqotlari natijalarini nashr etdi. Parij kimyo jamiyati yig‘ilishida Beketov SiCl4 va BF3 ni vodorod bilan qaytarish bo‘yicha o‘z ishi haqida ma’ruza qildi. Bu Beketov 1856 yilda boshlagan va 1865 yilda yakunlagan ba'zi elementlarning boshqa elementlar bilan almashtirilishiga bag'ishlangan tadqiqotlar zanjirining birinchi bo'g'inlari edi.

Chet elda Beketov o'ziga e'tibor qaratdi. Beketov Germaniyada uchrashgan D.I.Mendeleyevning so‘zlarini keltirish kifoya: “Xorijdagi rus kimyogarlaridan men Beketov... Savich, Sechenovlarni o‘rgandim. Hammasi shu ... Rossiyani hurmat qiladigan odamlar, men bilan til topishganimdan xursandman.

1865-yilda Xarkovda Beketovning “Ayrim elementlarning boshqa elementlar bilan siljishi hodisalarini tadqiq qilish” dissertatsiyasi chop etildi. Bu asar 1904 yilda Xarkovda ("N. N. Beketov ilmiy faoliyatining 50 yilligi xotirasiga" to'plamida) va 1955 yilda ("N. N. Beketov. Fizika kimyosidan tanlangan asarlar" to'plamida) qayta nashr etilgan.

Beketovning ushbu asari bilan batafsilroq tanishib chiqamiz. U ikki qismdan iborat. Birinchi qism (u olti bo'limni o'z ichiga oladi) muallifning tajribalari natijalarini batafsil bayon qiladi. Birinchi uchta bo'lim vodorodning kumush va simob tuzlarining turli bosimdagi eritmalariga ta'siriga bag'ishlangan. Vodorodning metallar qatoridagi o'rnini, shuningdek reaksiya yo'nalishining tashqi sharoitlarga - bosim, harorat, reagentlar konsentratsiyasiga bog'liqligini aniqlash Beketovga nihoyatda muhim vazifa bo'lib tuyuldi. U eritmalarda ham, quruq moddalar bilan ham tajribalar o'tkazdi. Vodorod yuqori haroratda ba'zi metallarni oksidlaridan osongina siqib chiqarishi, lekin past haroratlarda faol bo'lmasligi kimyogarlarga yaxshi ma'lum edi. Beketov vodorodning faolligi bosim ortishi bilan ortib borishini aniqladi, u buni reaktivning "kattaroq zichligi" bilan bog'ladi (endi ular aytishadi - yuqori bosim, ya'ni gaz konsentratsiyasi bilan).

Eritmalardagi metallarni vodorod bilan almashtirish imkoniyatini o'rganib, Beketov bir qator xavfli tajribalarni o'tkazdi. Beketov kimyo tarixida birinchi marta 100 atm dan ortiq bosim o'tkazdi. U zulmatda, bir nechta egilgan (tirsak) muhrlangan shisha naychalarda tajriba o'tkazdi. Bir tizzada u tuz eritmasini, ikkinchisida - kislota, va naychaning oxirida - metall sinkni qo'ydi. Beketov trubkani egib, ruxni ortiqcha olingan kislotaga tushirdi. Eritilgan sinkning massasini va kolba hajmini bilib, erishilgan vodorod bosimini taxmin qilish mumkin edi. Ba'zi tajribalarda Beketov bosimni naychaga lehimlangan nozik kapillyardagi suyuqlik bilan havoning siqilish darajasi bilan aniqladi. Naychaning ochilishi har doim portlash bilan birga bo'lgan. Bosim 110 atm ga yetgan tajribalardan birida trubaning ochilishi paytida portlash (u ag'darilgan silindr ostidagi suvda amalga oshirilgan) qalin devorli silindrni sindirib tashladi, uning hajmi ming marta katta edi. reagentlar bilan naychaning hajmidan.

Tajribalar shuni ko'rsatdiki, vodorodning ta'siri nafaqat uning bosimiga, balki "metall eritmaning mustahkamligiga", ya'ni uning konsentratsiyasiga ham bog'liq. AgCl ning ammiak eritmasidan kumushning qaytarilishi sinkning taxminan 10 atm bosimda to'liq erishidan oldin ham boshlanadi - shaffof eritma jigarrang rangga aylanadi (avval gaz bilan chegarada, keyin butun massa bo'ylab) va bir necha martadan keyin. kunlar kulrang kumush kukunlari devorlarga joylashadi. Atmosfera bosimida hech qanday reaksiya kuzatilmadi. Kumush nitrat va sulfatdan ham qaytarildi va vodorod atmosfera bosimida kumush asetatga ta'sir qildi. Metall sharlar yuqori bosimda simob tuzlaridan ajralib chiqdi, ammo mis va qo'rg'oshin nitratlarini hatto yuqori vodorod bosimida ham kamaytirish mumkin emas edi. Misning kamayishi faqat kumush va platina borligida 100 atmgacha bo'lgan bosimlarda kuzatildi. Beketov jarayonni tezlashtirish, ya’ni katalizator sifatida platinani ishlatgan. Uning yozishicha, platina bosimdan ko'ra ma'lum metallarning siljishiga ko'proq yordam beradi, chunki platina yuzasidagi vodorod "ko'proq jalb qilinadi va eng katta zichlikka ega bo'lishi kerak". Endi biz bilamizki, platinada adsorbsiyalangan vodorod uning metall atomlari bilan kimyoviy o'zaro ta'siri tufayli faollashadi.

Birinchi qismning to'rtinchi qismida Beketov karbonat angidrid bilan tajribalarni tasvirlaydi. Uning turli bosimdagi kaltsiy asetat eritmalariga ta'sirini o'rgandi; teskari reaksiya - ma'lum bir gaz bosimida marmarning sirka kislotasida erishi kislotaning ortiqcha bo'lishi bilan ham to'xtashini aniqladi.

Beketov eksperimental qismning oxirgi bo‘limlarida yuqori haroratdagi rux bug‘ining bariy, kremniy va alyuminiy birikmalariga ta’sirini tasvirlab berdi (u oxirgi elementni o‘sha yillardagi odat bo‘yicha loy deb ataydi). Beketov kremniy tetraxloridini rux bilan kamaytirish orqali birinchi bo‘lib yetarlicha sof kristall kremniy oldi. Shuningdek, u magniy alyuminiyni kriolitdan (natriy ftoralyuminat "uyda") va kremniyni uning dioksididan kamaytirishini aniqladi. Ushbu tajribalarda alyuminiyning oksiddan bariyni va gidroksiddan kaliyni tiklash qobiliyati ham aniqlandi. Shunday qilib, alyuminiyni suvsiz bariy oksidi bilan kaltsiylashdan so'ng (erish nuqtasini pasaytirish uchun bariy xloridning ozgina qo'shilishi bilan) qotishma hosil bo'ldi, u tahlil natijalariga ko'ra 33,3% bariy, qolgan qismi alyuminiydir. Shu bilan birga, alyuminiyni bariy xlorid kukuni bilan ko'p soatlab kaltsiylash hech qanday o'zgarishlarga olib kelmadi.

Alyuminiyning KOH bilan g'ayrioddiy reaktsiyasi kavisli qurol barrelida amalga oshirildi, uning yopiq uchida KOH va alyuminiy bo'laklari joylashtirildi. Bu uchining kuchli akkorligi bilan barrelning sovuq qismida kondensatsiyalangan kaliy bug'lari paydo bo'ldi, "bu erdan binafsha olov bilan yonib ketgan bir necha yumshoq metall olingan". Rubidiy va seziy keyinchalik xuddi shunday tarzda ajratilgan.

Beketov ishining ikkinchi qismi ayrim elementlarning boshqa elementlar bilan almashinishi nazariyasiga bag‘ishlangan. Ushbu qismda Beketov birinchi navbatda ko'plab eksperimental ma'lumotlarni tahlil qildi - o'zining va boshqa tadqiqotchilar, jumladan Breslav professor Fisher, shuningdek, Davy, Gey-Lyussak, Berzelius, Wöhler tomonidan o'tkazilgan. Ingliz kimyogari Uilyam Odling tomonidan kashf etilgan "nam yo'l bilan metallarning cho'kishi haqida bir nechta qiziqarli faktlar" alohida e'tiborga loyiqdir. Shu bilan birga, Beketov ba'zi elementlarning boshqalari bilan "ho'l yo'l", ya'ni eritmalarda va "quruq yo'l", ya'ni reagentlarni kalsinatsiyalashda siljishi holatlarini ko'rib chiqadi. Bu mantiqiy edi, chunki gidroksidi va gidroksidi tuproq metallari ishtirokidagi suvli eritmalarda reaktsiyalarni eksperimental ravishda amalga oshirish mumkin emas, chunki ular suv bilan faol reaksiyaga kirishadilar.

Keyin Beketov elementlarning turli faolligini tushuntirish uchun mo'ljallangan nazariyasini bayon qiladi. Beketov barcha metallarni o'ziga xos og'irlik (ya'ni zichligi) bo'yicha bir qatorga joylashtirgandan so'ng, u ma'lum bo'lgan siljish qatoriga juda mos kelishini aniqladi. "Binobarin, - deb xulosa qiladi Beketov, - metallning ... siljish qatoridagi o'rnini juda to'g'ri aniqlash va, aytganda, uning solishtirma og'irligi bilan oldindan bashorat qilish mumkin". Ba'zi noaniqlik faqat "o'ziga xos og'irlikdagi qo'shni metallar" o'rtasida kuzatiladi. Shunday qilib, kaliy odatda "energetikroq" element bo'lib, masalan, kalsinlanganda NaCl dan natriyni siqib chiqaradi, garchi kaliy ko'proq uchuvchan bo'lsa. Biroq, teskari jarayonlar ham ma'lum: masalan, natriy kaliyni gidroksid va asetatdan siqib chiqarishi mumkin. "Birinchi ishqoriy guruhning ikkinchisiga nisbati va ikkinchi guruh metallarining bir-biriga nisbatiga kelsak, ular hali ham kam o'rganilgan", deb yozadi Beketov.

Beketov jiddiyroq qiyinchiliklarga duch keldi. Misol uchun, u ZnCl2 eritmasidan ruxni alyuminiy bilan kamaytirishga muvaffaq bo'ldi va ZnSO4 eritmasidan muvaffaqiyatsizlikka uchradi. Bundan tashqari, alyuminiy "mutlaqo temir, nikel, kobalt, kadmiyni eritmalardan tiklamadi". Beketov buni alyuminiyning "asosan suvga ta'sir qilishi" bilan izohladi va bu reaktsiyalar suv yo'qligida - "quruq yo'l bilan" borishi kerak deb taxmin qildi. Darhaqiqat, keyinchalik Beketov bunday reaktsiyalarni kashf etdi va aslida aluminotermiyani kashf etdi.

Yana bir qiyinchilik shundaki, ba'zi metallar solishtirma og'irlik qoidasidan chiqib ketgan. Shunday qilib, mis (zichlik 8,9) faoliyat qatorida oldin emas, balki qo'rg'oshindan keyin joylashgan (zichlik 11,4 - Beketovning zichlik qiymatlari zamonaviylardan bir oz farq qiladi). Bunday "anomaliya" Beketovni faolroq qo'rg'oshinni kamroq faol mis bilan almashtirishga harakat qilishga majbur qildi. U mis plitalarni qo'rg'oshin xloridning issiq to'yingan eritmalariga - neytral va kislotali, qo'rg'oshin oksidining ammiak eritmasiga, quruq oksid va qo'rg'oshin xlorid bilan qizdirilgan misga joylashtirdi. Barcha tajribalar muvaffaqiyatsiz tugadi va Beketov "chekinish" ni tan olishga majbur bo'ldi umumiy qoida". Boshqa "anomaliyalar" kumush (zichligi 10,5) va qo'rg'oshin, shuningdek kumush va simob (zichligi 13,5) bilan bog'liq, chunki qo'rg'oshin va simob ham uning tuzlari eritmalaridan "engilroq" kumushni kamaytiradi. Beketov simob bilan bog'liq anomaliyani bu metallning suyuqligi va shuning uchun uning faolligi solishtirma og'irlik qoidasidan ko'ra yuqori ekanligi bilan izohladi.

Beketov o'z hukmronligini metall bo'lmaganlarga kengaytirdi. Masalan, xlor (suyuq xlorning zichligi 1,33), brom (zichligi 2,86), yod (zichligi 4,54) qatorida eng engil element bir vaqtning o'zida eng faol hisoblanadi (ftorni Moissan atigi 20 yildan keyin olgan). Xuddi shu narsa O, S, Se, Te qatorlarida kuzatiladi: kislorod eng faol va qolgan elementlarni vodorod yoki gidroksidi metall bilan birikmalaridan juda oson siqib chiqaradi.

Beketov oʻz qoidasini mexanikaga oʻxshatish bilan izohlagan: solishtirma ogʻirlik oddiy moddadagi zarrachalar (yaʼni atomlar) massasi va ular orasidagi masofaga bogʻliq. Metalllarning zichligi va ularning nisbiy atom massalarini bilib, atomlar orasidagi nisbiy masofani hisoblash mumkin. Ularning orasidagi masofa qanchalik katta bo'lsa, Beketovning fikricha, atomlar kimyoviy jarayonlarda shunchalik oson bo'linadi. Bu turli elementlarning o'zaro "yaqinligi" va birikmalardan bir-birini siqib chiqarish qobiliyati bilan ham bog'liq. Beketov turli metallardagi atomlar orasidagi nisbiy masofani hisoblab, kaliyni standart sifatida qabul qilib, quyidagi qiymatlarni oldi: K - 100, Na - 80, Ca - 65, Mg - 53, Al - 43 va boshqalar platinaga qadar.

Keyinchalik xulosa Beketovning kimyoviy birikmalarning nisbiy mustahkamligi haqidagi nazariyasi (yaʼni, baʼzi elementlarning boshqalarni siqib chiqarish qobiliyati shu bilan bogʻliq) D. I. Mendeleyevning “Kimyo asoslari” darsligida (zamonaviy terminologiyadan foydalangan holda 1947 yil nashridan keltirilgan): “. .. Professor N. N. Beketov o‘zining “Qatag‘on hodisalari bo‘yicha tekshiruvlar” (Xarkov, 1865) asarida maxsus gipotezani taklif qildi, biz buni deyarli muallifning so‘zlari bilan aytib o‘tamiz.

Alyuminiy oksidi uchun Al2O3 halid AlCl3 va AlI3 dan kuchliroqdir. Oksidda Al: O = 112: 100, xlorid Al uchun: Cl = 25: 100, yodid Al uchun: I = 7: 100. Kumush oksidi uchun Ag2O (nisbat 1350: 100) xloridga qaraganda kamroq bardoshli ( Ag: Cl = = 100: 33), yodid esa eng bardoshli (Ag: I = 85: 100). Ushbu va shunga o'xshash misollardan ko'rinib turibdiki, eng bardoshli bo'lib, ularda birlashtiruvchi elementlarning massalari deyarli bir xil bo'ladi. Shuning uchun katta massalarning kattalar bilan, kichik massalar esa kichiklari bilan birlashish istagi bor, masalan: Ag2O + 2KI K2O + 2AgI ni beradi. Xuddi shu sababga ko'ra qachon ko'tarilgan haroratlar Teng bo'lmagan massalardan tashkil topgan Ag2O, HgO, Au2O3 va shunga o'xshash oksidlar parchalanadi, engil metallarning oksidlari, shuningdek, suv esa unchalik oson parchalanmaydi. Eng issiqqa chidamli oksidlar - MgO, CaO, SiO2, Al2O3 massa tengligi shartiga yaqinlashadi. Xuddi shu sababga ko'ra, HI HCl ga qaraganda osonroq parchalanadi. Xlor MgO va Al2O3 ga ta'sir qilmaydi, lekin CaO, Ag2O va boshqalarga ta'sir qiladi.

Yaqinliklarning haqiqiy munosabatlarini tushunish uchun, - deb xulosa qiladi Mendeleev, - kimyoviy hodisalarning mexanik nazariyasiga Beketov bergan qo'shimchalar hali ham etarli emas. Shunga qaramay, u ko'plab birikmalarning nisbiy kuchini tushuntirishda juda muhim savollarning juda qiziqarli bayonotini ko'rish mumkin. Bunday urinishlarsiz tajribaviy bilimlarning murakkab ob'ektlarini tushunish mumkin emas.

Shunday qilib, ajoyib kimyogarning xizmatlarini kamsitmasdan, shuni tan olish kerakki, N. N. Beketov nazariyasi nazariy kimyo rivojida muhim rol o'ynagan bo'lsa-da, unga metallarning nisbiy faolligini aniqlashni bog'lash kerak emas. vodorodning kislotalardan siljishi reaktsiyasi va metallarning tegishli faollik seriyasi: uning mexanikligi Kimyoviy hodisalar nazariyasi kimyo tarixida uning ko'p bosqichlaridan biri sifatida qoldi.

Xo'sh, nima uchun ba'zi kitoblarda Beketov o'zi kashf qilmagan narsa bilan bog'liq? Bu an'ana, ko'pchilik kabi, 1940-yillarning oxiri va 1950-yillarning boshlarida paydo bo'lgan. XX asrda, SSSRda "G'arbga shikoyat qilish" ga qarshi kurash kampaniyasi avj olgan va mualliflar ilm-fandagi ko'proq yoki kamroq sezilarli kashfiyotlarni faqat mahalliy olimlarga bog'lashlari kerak edi va hatto chet el mualliflariga iqtibos keltirish ham fitna hisoblangan. ("Rossiya fillarning vatani" degan hazil o'sha yillarda edi). Masalan, 19-asr oʻrtalaridagina kashf etilgan energiyaning saqlanish qonunini kashf etishda M. V. Lomonosovning hissasi bor. Mana o'sha davrlar ilm-fan tarixi taqdimotining aniq misoli. Vladimir Orlovning "Jasoratli fikrda" (M.: Molodaya gvardiya, 1953) kitobida elektr energiyasi sohasidagi ixtirolar quyidagi so'zlar bilan tavsiflanadi: "Chet elliklar elektr nurining beshigini buzdilar ... Amerikaliklar ajoyib rusni o'g'irlab ketishdi. ixtiro ... Amerikada Edison rus ixtirosini ochko'zlik bilan takomillashtirishga kirishdi ... Xorijiy olimlar rus xalqining dahosi tomonidan yaratilgan elektr chiroqni nogiron qilib qo'yishdi ... Amerika imperialistlari elektrni rasvo qilishdi ... Ularning ortidan Yugoslaviya fashistlari elektrni rasvo qilishdi. yorug'lik ... "- va hokazo. va hokazo. O'sha yomon xotiraning alohida aks-sadolari, shekilli, ba'zi darsliklarda saqlanib qolgan va ularni yo'q qilish kerak. Kimyo tarixchilaridan biri aytganidek, "Lomonosov boshqa odamlarning kashfiyotlarini unga bog'lamaydigan darajada buyukdir".

"Sham yonayotgan edi..."

Shamni yoqish paytida kuzatiladigan hodisalar shundayki, u yoki bu tarzda ta'sir qilmaydigan tabiatning biron bir qonuni yo'q.

Maykl Faraday. Sham tarixi

Bu hikoya "eksperimental tergov" haqida. Kimyoda asosiy narsa tajriba. Dunyo bo'ylab laboratoriyalarda millionlab turli tajribalar o'tkazilgan va amalga oshirilmoqda, ammo professional tadqiqotchi buni ba'zi yosh kimyogarlar qilganidek bajarishi juda kamdan-kam uchraydi: agar qiziq voqea sodir bo'lsa-chi? Ko'pincha tadqiqotchi aniq ishlab chiqilgan gipotezaga ega bo'lib, u eksperimental ravishda tasdiqlash yoki rad etishga intiladi. Ammo endi tajriba tugadi, natijaga erishildi. Agar u gipotezaga mos kelmasa, u noto'g'ri (albatta, agar tajriba to'g'ri tuzilgan bo'lsa va u bir necha marta takrorlansa). Agar rozi bo'lsa-chi? Bu gipoteza to'g'ri ekanligini va uni nazariya toifasiga o'tkazish vaqti kelganligini anglatadimi? Ajam tadqiqotchi ba'zida shunday deb o'ylaydi, ammo tajribali kishi xulosa chiqarishga shoshilmaydi, lekin birinchi navbatda olingan natijani boshqa yo'l bilan tushuntirish mumkinmi yoki yo'qligini qat'iy o'ylaydi.

Kimyo tarixi bunday "fikrlash" qanchalik foydali ekanligiga minglab misollarni biladi. Keyingi uchta hikoya faqat "muvaffaqiyatli" tajriba gipotezaning to'g'riligini isbotlashiga ishonish qanchalik xavfli ekanligiga bag'ishlangan. Ba'zan sinfda ular bunday tajribani ko'rsatadilar. Kichkina yog'och yoki ko'pikli doira suv plastinkasida suzishga ruxsat beriladi, uning ustiga yonib turgan sham o'rnatiladi. Invertli shisha idish sham bilan aylanaga tushiriladi va plastinkaning pastki qismidagi bu holatda joylashtiriladi. Biroz vaqt o'tgach, sham o'chadi va kavanozning bir qismi suv bilan to'ldiriladi. Ushbu tajriba havoning (kislorodning) faqat beshdan bir qismi yonishni qo'llab-quvvatlashini ko'rsatishi kerak. Darhaqiqat, birinchi qarashda suv taxminan beshdan biriga ko'tarilganga o'xshaydi, garchi aniqroq o'lchovlar odatda amalga oshirilmasa. Bir qarashda, tajriba oddiy va juda ishonarli: havodagi kislorod haqiqatan ham hajm bo'yicha 21% ni tashkil qiladi. Biroq, kimyo nuqtai nazaridan, hammasi yaxshi emas. Darhaqiqat, shamlar kerosindan, kerosin esa C tarkibidagi to'yingan uglevodorodlardan iborat. n H2 n 18–35 uglerodli +2. Yonish reaksiyasi tenglamasini umumiy shaklda quyidagicha yozish mumkin: n H2 n +2 + (3 n+ 1)/2 O2 → n CO2 + ( n+ 1) H2O. Chunki n katta bo'lsa, u holda kislorod oldidagi koeffitsient 1,5 ga juda yaqin n(uchun n= 18 farq (3 n+ +1)/2 va 1,5 n uchun 2% dan kam bo'ladi n= 30, bundan ham kamroq bo'ladi). Shunday qilib, iste'mol qilingan 1,5 hajm kislorod uchun 1 hajm CO2 chiqariladi. Shuning uchun, qutidagi barcha kislorod (u erda 0,21 hajmda) sarflangan bo'lsa ham, yonishdan keyin uning o'rniga 0,21: 1,5 = 0,14 hajmdagi karbonat angidrid chiqishi kerak. Bu degani, suv umuman idishning beshdan bir qismini to'ldirmasligi kerak!

Ammo bu fikr to'g'rimi? Axir, karbonat angidrid, siz bilganingizdek, suvda juda eriydi. Balki hammasi "suvga tushadi"? Biroq, bu gazni eritish jarayoni juda sekin. Buni maxsus tajribalar ko'rsatdi: CO2 bilan to'ldirilgan teskari idishdagi toza suv bir soat ichida deyarli ko'tarilmaydi. Sham bilan tajriba bir daqiqadan kamroq davom etadi, shuning uchun kislorod to'liq sarflangan bo'lsa ham, suv idishga uning hajmidan atigi 0,21 - 0,1 = 0,07 (taxminan 7%) kirishi kerak.

Lekin bu hammasi emas. Ma'lum bo'lishicha, sham idishdagi barcha kislorodni emas, balki uning ozgina qismini "yoqadi". Sham o'chgan havoning tahlili shuni ko'rsatdiki, unda hali ham 16% kislorod bor (qiziq, odamning oddiy nafas chiqarishidagi kislorod miqdori taxminan bir xil darajaga tushadi). Bu shuni anglatadiki, suv idishga umuman kirmasligi kerak! Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, bunday emas. Buni qanday tushuntirish kerak?

Eng oddiy taxmin: yonayotgan sham havoni isitadi, uning hajmi oshadi va havoning bir qismi kavanozdan chiqadi. Kavanozdagi havo sovutilgandan so'ng (bu juda tez sodir bo'ladi), undagi bosim pasayadi va suv tashqi atmosfera bosimi ta'sirida idishga kiradi. Ideal gazlar qonuniga muvofiq (birinchi taxminda havoni ideal gaz deb hisoblash mumkin), havo hajmi 1/5 ga oshishi uchun uning harorati (mutlaq) ham 1/5 ga oshishi kerak, ya'ni 293 K (20 ° C) dan 1,2 293 = 352 K (taxminan 80 ° S) gacha ko'tariladi. Unchalik emas! Sham olovi bilan havoni 60 ° da isitish juda mumkin. Tajriba paytida bankadan havo chiqmasligini eksperimental tekshirishgina qoladi.

Biroq, birinchi tajribalar bu taxminni tasdiqlamadi. Shunday qilib, hajmi 0,45 l bo'lgan keng og'izli kavanoz bilan o'tkazilgan bir qator tajribalarda kavanoz chetidan havoning "gurillashi" belgilari yo'q edi. Yana bir kutilmagan kuzatuv: idishdagi suv sham yonayotganda deyarli kirmadi.

Va faqat sham o'chgandan so'ng, teskari kavanozdagi suv darajasi tezda ko'tarildi. Buni qanday tushuntirish kerak?

Taxmin qilish mumkinki, sham yonayotganda idishdagi havo qiziydi, lekin ayni paytda uning hajmi emas, balki bosim oshadi, bu esa suvning so'rilishiga to'sqinlik qiladi. Yonish to'xtagandan so'ng, idishdagi havo soviydi, uning bosimi pasayadi va suv ko'tariladi. Biroq, bu tushuntirish mos kelmaydi. Birinchidan, suv og'ir simob emas, bu bosimning biroz oshishi bilan havoning bankadan chiqib ketishiga yo'l qo'ymaydi. (Simob muhridan bir paytlar gazlarni o‘rgangan barcha fizik va kimyogarlar foydalangan.) Haqiqatan ham, suv simobdan 13,6 baravar engilroq va idishning cheti bilan plastinkadagi suv sathi orasidagi suv muhrining balandligi kichik. . Shuning uchun bosimning ozgina oshishi ham muqarrar ravishda valf orqali havoning "ko'piklanishiga" olib keladi.

Ikkinchi e'tiroz yanada jiddiyroq. Plastinkadagi suv sathi yuqoriroq bo'lsa va suv idishdan yuqori bosim ostida qizdirilgan havoni chiqarmasa ham, idishdagi havo soviganidan keyin uning harorati ham, bosimi ham dastlabki qiymatlariga qaytadi. Shunday qilib, idishga havo kirishi uchun hech qanday sabab bo'lmaydi.

Topishmoq faqat tajriba davomida kichik bir detalni o'zgartirish orqali hal qilindi. Odatda kavanoz shamning ustiga "qo'yiladi". Xo'sh, ehtimol bu bankdagi havoning g'alati xatti-harakatining sababidir? Yonayotgan sham yuqoriga isitiladigan havo oqimini hosil qiladi va idish yuqoridan harakatlanayotganda, issiq havo idishning cheti suvga tegmasdan oldin idishdan sovuqroq havoni siqib chiqaradi. Shundan so'ng, sham yonayotganda idishdagi havo harorati ozgina o'zgaradi, shuning uchun havo uni tark etmaydi (shuningdek, ichkariga kirmaydi). Va kavanozdagi issiq havoning yonishi va sovishi to'xtatilgandan so'ng, undagi bosim sezilarli darajada pasayadi va tashqi atmosfera bosimi suvning bir qismini idishga olib boradi.

Ushbu taxminni sinab ko'rish uchun, bir nechta tajribalarda banka shamga yuqoridan emas, balki yon tomondan "qo'yilgan" va idishning cheti bilan olovga deyarli tegib ketgan, shundan so'ng tez pastga siljigan holda banka plastinkaning pastki qismiga o'rnatildi. Va darhol bankaning chetidan havo pufakchalari tez chiqa boshladi! Tabiiyki, shamni yoqish to'xtatilgandan so'ng, suv ichkariga so'riladi - taxminan oldingi tajribalardagi kabi.

Shunday qilib, sham bilan qilingan bu tajriba havo tarkibini hech qanday tarzda tasvirlay olmaydi. Ammo u takrorlaydi hikmatli gap epigrafda berilgan buyuk fizik.

Muvozanatga yaqinlashmoqda...

Keling, gazlar ham isitiladigan tajribaning yana bir noto'g'ri tushuntirishini ko'rib chiqaylik. Bu tushuntirish mashhur kimyo maqolalarida va hatto kollej darsliklarida ham o'z yo'lini topdi. Shunday qilib, umumiy kimyo bo'yicha bir qator xorijiy darsliklarda chiroyli eksperiment tasvirlangan, biz uning mohiyatini Noel Ueytning "Kimyoviy kinetika" darsligidan iqtibos bilan ko'rsatamiz. Dam olish usuli. Eigen usuli, buning uchun muallif 1967 yilda mukofotlangan Nobel mukofoti kimyoda gevşeme usuli deb ataladi. Reaksiyaga kirishuvchi sistema muayyan sharoitlarda muvozanat holatiga keladi. Bu shartlar (harorat, bosim, elektr maydon) keyin tezda buziladi - muvozanat o'zgarishidan tezroq. Tizim yana muvozanatga keladi, lekin endi yangi sharoitlarda; bu "yangi muvozanat holatiga dam olish" deb ataladi. Dam olish vaqtida tizimning ba'zi xususiyatlarining o'zgarishi kuzatiladi...

Relaksatsiya hodisasini ko'rsatadigan tajriba.

Ba'zi hollarda muvozanat holati yangi sharoitlarda shunchalik sekin o'rnatiladiki, konsentratsiyaning o'zgarishini an'anaviy laboratoriya asbob-uskunalari yordamida kuzatib borish va shu bilan bo'shashish hodisasini kuzatish mumkin. Misol sifatida, azot dioksidining (to'q jigarrang gaz) dimerga (rangsiz gaz) o'tishini ko'rib chiqing:

Shisha gazli shpritsni taxminan 80 sm3 gaz bilan to'ldiring. Shpritsning pistonini tezda bosing va gazni 50-60 sm3 ga siqib qo'ying. Gazning rangi o'zgarganligini tekshiring. Avval gazning tez qorayishi sodir bo'ladi, chunki NO2 kontsentratsiyasi oshadi, lekin keyin sekin porlash sodir bo'ladi, chunki Yuqori bosim N2O4 hosil bo'lishiga hissa qo'shadi va yangi tashqi sharoitlarda muvozanatga erishiladi.

Bir qator darsliklarda shunga o'xshash tavsif Le Chatelier printsipini ko'rsatish uchun berilgan: gaz bosimi ortishi bilan muvozanat molekulalar sonining kamayishi tomon siljiydi, bu holda rangsiz N2O4 dimeriga. Matnga uchta rangli fotosurat hamrohlik qiladi. Ular siqilgandan so'ng darhol sarg'ish-jigarrang aralashmaning to'q jigarrang bo'lishini va bir necha daqiqadan so'ng olingan uchinchi fotosuratda shpritsdagi gaz aralashmasi sezilarli darajada porlashini ko'rsatadi.

Ba'zan ular pistonni imkon qadar tezroq bosish kerakligini qo'shadilar, shunda balans bu vaqt ichida harakat qilish uchun vaqt topa olmaydi.

Bir qarashda, bu tushuntirish juda ishonchli ko'rinadi. Biroq, shpritsdagi jarayonlarning miqdoriy tekshiruvi barcha xulosalarni butunlay rad etadi. Gap shundaki, azot dioksidi NO2 va uning dimeri (azot tetroksidi) N2O4 o'rtasidagi ko'rsatilgan muvozanat juda tez o'rnatiladi: soniyaning milliondan bir qismida! Shuning uchun shpritsdagi gazni bu muvozanat o'rnatilgandan tezroq siqib bo'lmaydi. Agar siz po'lat "shprits"dagi pistonni portlash yordamida harakatlantirsangiz ham, uning inertsiyasi tufayli piston harakatlanayotganda muvozanatni o'rnatishga vaqt topadi. Ushbu tajribada kuzatilgan hodisani yana qanday izohlash mumkin? Albatta, hajmning pasayishi va gazlar kontsentratsiyasining mos ravishda oshishi rangning oshishiga olib keladi. Lekin bu emas asosiy sabab. Velosiped trubkasini qo'l nasosi bilan puflagan har bir kishi, nasos (ayniqsa, alyuminiy) juda qizib ketishini biladi. Nasos trubkasidagi pistonning ishqalanishi bunga hech qanday aloqasi yo'q - bu nasos ichidagi havo siqilmaganda bir necha bo'sh tebranishlar qilish orqali tekshirish oson. Isitish adiabatik siqilish deb ataladigan natijada sodir bo'ladi - issiqlik atrofdagi kosmosda tarqalish uchun vaqt yo'q bo'lganda. Demak, azot oksidi aralashmasi siqilganda u ham qizib ketishi kerak. Va qizdirilganda, bu aralashmadagi muvozanat dioksid tomon kuchli siljiydi.

Aralash siqilganda qanchalik issiq bo'ladi? Nasosda havo siqish holatida isitishni adiabatik tenglama yordamida osongina hisoblash mumkin. ideal gaz: televizor g–1 = const, bu yerda T gaz harorati (kelvinda), V uning hajmi, g = C p / Rezyume gazning doimiy bosimdagi issiqlik sig'imining doimiy hajmdagi issiqlik sig'imiga nisbati. Monatomik (olijanob) gazlar uchun g = 1,66, ikki atomli (havo ham ularga tegishli) g = 1,40, triatomik uchun (masalan, NO2 uchun) g = 1,30 va boshqalar. Havo uchun adiabatik tenglama, 1 hajmdan siqiladi. 2-jildni qayta yozish mumkin T 2/ T 1 = (V 1/ V 2) g–1. Agar piston nasosning o'rtasiga keskin surilsa, undagi havo hajmi ikki baravar kamaygan bo'lsa, u holda siqilishdan oldingi va keyingi haroratlar nisbati uchun biz tenglamani olamiz. T 2/ T 1 = = 20,4 = 1,31. Va agar T 1 \u003d 293 K (20 ° C), keyin T 2 = 294 K (111 ° C)!

Siqilgandan so'ng darhol azot oksidlari aralashmasining holatini hisoblash uchun ideal gaz tenglamasini to'g'ridan-to'g'ri qo'llash mumkin emas, chunki bu jarayonda nafaqat hajm, bosim va harorat o'zgarishi, balki mollar soni (NO2 N2O4 nisbati) siqilgandan keyin ham sodir bo'ladi. kimyoviy reaksiya. Muammoni faqat differensial tenglamani raqamli integrallash yo'li bilan hal qilish mumkin, bunda harakatlanuvchi pistonning har bir momentida bajariladigan ish bir tomondan aralashmani isitish uchun sarflanishi, ikkinchi tomondan esa dimerning dissotsiatsiyasi. N2O4 ning dissotsilanish energiyasi, ikkala gazning issiqlik sig'imlari, ular uchun g qiymati va muvozanat holatining haroratga bog'liqligi ma'lum deb taxmin qilinadi (bularning barchasi jadval ma'lumotlaridir). Hisoblash shuni ko'rsatadiki, agar atmosfera bosimi va xona haroratidagi gazlarning dastlabki aralashmasi tezda hajmning yarmigacha siqilsa, aralashma faqat 13 ° C ga qiziydi. Agar siz aralashmani hajmning uch baravar kamayishi uchun siqsangiz, harorat 21 ° C ga oshadi. Aralashmaning ozgina qizdirilishi ham muvozanat holatini N2O4 dissotsiatsiyasi tomon siljiydi.

Va keyin gaz aralashmasining sekin sovishi sodir bo'ladi, bu esa muvozanatning N2O4 ga bir xil sekin siljishi va rangning zaiflashishiga olib keladi, bu tajribada kuzatiladi. Sovutish tezligi shprits devorlarining materialiga, ularning qalinligiga va atrofdagi havo bilan issiqlik almashinuvining boshqa shartlariga, masalan, xonadagi qoralamalarga bog'liq. Muvozanatning asta-sekin o'ngga, N2O4 tomon siljishi bilan NO2 molekulalarining dimerizatsiyasi issiqlik chiqishi bilan sodir bo'ladi, bu aralashmaning sovish tezligini kamaytiradi (katta suv omborlarida suvning muzlashiga o'xshash). qishning boshlanishi havo haroratining tez tushishiga yo'l qo'ymaydi).

Nega eksperimentchilarning hech biri pistonni ichkariga bosganda shprits qizib ketganini sezmadi? Javob juda oddiy. Gaz aralashmasi va shishaning issiqlik sig'imlari (massa birligi uchun) unchalik farq qilmaydi. Ammo shisha pistonning massasi gaz massasidan o'nlab, ba'zan esa yuzlab marta kattaroqdir. Shuning uchun, sovutuvchi gaz aralashmasining barcha issiqligi shpritsning devorlariga o'tkazilsa ham, bu devorlar faqat bir darajaning bir qismini isitadi.

Ikki azot oksidi orasidagi muvozanatga ega bo'lgan ko'rib chiqilayotgan tizim ham amaliy ahamiyatga ega. Past bosimda NO2 va N2O4 aralashmasi osongina suyultiriladi. Bu uning yuqori kimyoviy faolligi va uskunaga korroziy ta'sir ko'rsatishiga qaramay, uni samarali sovutish suvi sifatida ishlatish imkonini beradi. Issiqlik energiyasini, masalan, yadroviy reaktordan olganda, juda qizib ketadigan va hatto bug'lanishi mumkin bo'lgan suvdan farqli o'laroq, issiqlikning azot oksidi aralashmasiga o'tishi asosan uning isishiga emas, balki kimyoviy reaktsiyaga olib keladi - parchalanish. N2O4 molekulasidagi N-N aloqasi. Haqiqatan ham, moddaning bir molida (92 g) N-N bog'ini qizdirmasdan uzish uchun 57,4 kJ energiya kerak bo'ladi. Agar bunday energiya 20 ° C haroratda 92 g suvga o'tkazilsa, u holda 30,8 kJ suvni qaynaguncha qizdiradi va qolgan 26,6 kJ taxminan 11 g suvning bug'lanishiga olib keladi! Azot oksidlari bo'lsa, aralashma unchalik qizib ketmaydi, o'rnatishning sovuqroq joylarida aylanma aralash bir oz soviydi, muvozanat N2O4 tomon siljiydi va aralashma yana issiqlik olishga tayyor bo'ladi.

Metalllarning elektrokimyoviy faollik qatori (kuchlanish diapazoni, bir qator standart elektrod potentsiallari) - metallarning standart elektrokimyoviy potentsiallarini oshirish tartibida joylashish ketma-ketligi ph 0 metall kationining qaytarilish yarim reaksiyasiga mos keladi Me n+ : Me n+ + nē → Me.

Bir qator stresslar suvli eritmalardagi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarida metallarning qiyosiy faolligini tavsiflaydi.

Hikoya

Metalllarning kimyoviy faolligining o'zgarish tartibidagi ketma-ketligi umumiy ma'noda alkimyogarlarga allaqachon ma'lum. Eritmalardan metallarning o`zaro siljishi va ularning sirt cho`kishi jarayonlari (masalan, ularning tuzlari eritmalaridan kumush va misning temir bilan siljishi) elementlarning o`zgarishining ko`rinishi sifatida qaraldi.

Keyinchalik alkimyogarlar ularning eritmalaridan metallarning o'zaro cho'kishining kimyoviy tomonini tushunishga yaqinlashdilar. Shunday qilib, Anjelus Sala o'zining Anatomia Vitrioli (1613) da mahsulot degan xulosaga keldi. kimyoviy reaksiyalar asl moddalarda mavjud bo'lgan bir xil "komponentlar" dan iborat. Keyinchalik Robert Boyl korpuskulyar tasvirlarga asoslanib, bir metallni eritmadan boshqasini siqib chiqarishining sabablari haqida gipotezani taklif qildi.

Klassik kimyoning shakllanish davrida elementlarning birikmalardan bir-birini siqib chiqarish qobiliyati reaktivlikni tushunishning muhim jihatiga aylandi. J. Berzelius yaqinlikning elektrokimyoviy nazariyasi asosida elementlar tasnifini tuzib, ularni “metalloidlar” (hozirda “nometallar” atamasi ishlatiladi) va “metalllar” ga bo‘lib, ular orasiga vodorod qo‘ydi.

Kimyogarlarga uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan metallarning bir-birini siqib chiqarish qobiliyatiga ko'ra ketma-ketligi, ayniqsa, 1860-yillarda va undan keyingi yillarda N. N. Beketov tomonidan chuqur va har tomonlama o'rganilib, to'ldirildi. 1859 yilda u Parijda "Ba'zi elementlarning boshqalari tomonidan siljishi hodisalarini tadqiq qilish" mavzusida ma'ruza qildi. Beketov ushbu ishda elementlarning o'zaro siljishi va ularning atom og'irligi o'rtasidagi bog'liqlik haqida bir qator umumlashmalarni kiritdi va bu jarayonlarni " elementlarning asl kimyoviy xossalari - bu kimyoviy yaqinlik deb ataladi» . Beketovning metallarni ularning tuzlari eritmalaridan bosim ostida vodorod bilan siljishi va alyuminiy, magniy va ruxning yuqori haroratlarda (metallotermiya) kamaytiruvchi faolligini oʻrganishi unga baʼzi metallarning qobiliyati oʻrtasidagi bogʻliqlik haqida gipotezani ilgari surishga imkon berdi. zichligi bilan birikmalardan boshqalarni siqib chiqarish uchun elementlar: engilroq oddiy moddalar og'irroqlarini almashtirishga qodir (shuning uchun bu seriya ko'pincha deyiladi Beketov siljish seriyasi, yoki oddiygina Beketov seriyasi).

Beketovning metallarning faolligi to'g'risidagi zamonaviy g'oyalarni ishlab chiqishdagi muhim xizmatlarini inkor etmasdan, mahalliy mashhur va mashhur odamlar orasida ustunlik qilayotganini noto'g'ri deb hisoblash kerak. o'quv adabiyoti uning ushbu seriyaning yagona yaratuvchisi sifatidagi g'oyasi. 19-asr oxirida olingan koʻplab eksperimental maʼlumotlar Beketovning gipotezasini inkor etdi. Shunday qilib, Uilyam Odling "faoliyatning o'zgarishi" ning ko'plab holatlarini tasvirlab berdi. Masalan, mis SnCl 2 ning konsentrlangan kislotali eritmasidan qalayni, PbCl 2 ning kislotali eritmasidan qo'rg'oshinni siqib chiqaradi; shuningdek, vodorodning chiqishi bilan konsentrlangan xlorid kislotada erishi mumkin. Mis, qalay va qo'rg'oshin kadmiyning o'ng tomonidagi qatorda joylashgan, ammo ular uni qaynab turgan ozgina kislotali CdCl 2 eritmasidan siqib chiqarishi mumkin.

Nazariy va eksperimental fizik kimyoning jadal rivojlanishi metallarning kimyoviy faolligidagi farqlarning yana bir sababini ko'rsatdi. Elektrokimyoning zamonaviy kontseptsiyalarining rivojlanishi bilan (asosan Valter Nernst asarlarida) bu ketma-ketlik "kuchlanishlar seriyasiga" - standart elektrod potentsiallari qiymatiga ko'ra metallarning joylashishiga mos kelishi aniq bo'ldi. Shunday qilib, Nerst sifat xarakteristikasi o'rniga - metall va uning ionining ma'lum reaktsiyalarga "moyilligi" o'rniga, har bir metallning ionlar shaklida eritmaga o'tish qobiliyatini tavsiflovchi aniq miqdoriy qiymatni kiritdi. ionlarni elektrodda metallga aylantirdi va tegishli qator nomlandi bir qator standart elektrod potentsiallari.

Nazariy asos

Elektrokimyoviy potentsiallarning qiymatlari ko'plab o'zgaruvchilarning funktsiyasidir va shuning uchun davriy tizimdagi metallarning holatiga murakkab bog'liqlikni ko'rsatadi. Demak, kationlarning oksidlanish potentsiali metallning atomlanish energiyasi ortishi, uning atomlarining umumiy ionlanish potentsialining ortishi va kationlarining gidratlanish energiyasining kamayishi bilan ortadi.

Eng umumiy shaklda, davrlarning boshida metallar elektrokimyoviy potentsiallarning past qiymatlari bilan ajralib turishi va kuchlanish seriyasining chap tomonidagi o'rinlarni egallashi aniq. Shu bilan birga, ishqoriy va gidroksidi tuproq metallarining almashinishi diagonal o'xshashlik hodisasini aks ettiradi. Davrlarning o'rtasiga yaqinroq joylashgan metallar katta potentsial qiymatlar bilan ajralib turadi va seriyaning o'ng yarmida o'rinlarni egallaydi. Elektrokimyoviy potentsialning izchil o'sishi (Eu 2+ /Eu juftligi uchun -3,395 V dan [ ] Au + /Au juftligi uchun +1,691 V gacha) metallarning kamaytiruvchi faolligining pasayishini (elektronlarni berish qobiliyati) va ularning kationlarining oksidlanish qobiliyatini (elektronlarni biriktirish qobiliyati) oshishini aks ettiradi. Shunday qilib, eng kuchli qaytaruvchi yevropiy metali, eng kuchli oksidlovchisi esa oltin kationlari Au+ hisoblanadi.

Vodorod an'anaviy ravishda kuchlanish seriyasiga kiradi, chunki metallarning elektrokimyoviy potentsiallarini amaliy o'lchash standart vodorod elektrodi yordamida amalga oshiriladi.

Bir qator kuchlanishlardan amaliy foydalanish

Amalda tuzlar va kislotalarning suvli eritmalari bilan reaksiyalarda metallarning kimyoviy faolligini qiyosiy [nisbiy] baholash va elektroliz jarayonida katod va anodik jarayonlarni baholash uchun bir qator kuchlanishlardan foydalaniladi:

• Vodorodning chap tomonidagi metallar o'ngdagi metallarga qaraganda kuchli qaytaruvchidir: ular ikkinchisini tuz eritmalaridan siqib chiqaradi. Masalan, Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu o'zaro ta'siri faqat oldinga yo'nalishda mumkin.
• Vodorodning chap tomonidagi qatordagi metallar oksidlanmaydigan kislotalarning suvli eritmalari bilan o'zaro ta'sirlashganda vodorodni siqib chiqaradi; eng faol metallar (alyuminiygacha va shu jumladan) - va suv bilan o'zaro ta'sirlashganda.
• Vodorodning o'ng tomonidagi qatordagi metallar normal sharoitda oksidlanmaydigan kislotalarning suvli eritmalari bilan o'zaro ta'sir qilmaydi.
• Elektroliz jarayonida katodda vodorodning o'ng tomonidagi metallar ajralib chiqadi; o'rtacha faollikdagi metallarning kamayishi vodorodning chiqishi bilan birga keladi; eng faol metallarni (alyuminiygacha) oddiy sharoitda tuzlarning suvli eritmalaridan ajratib bo'lmaydi.

Metalllarning elektrokimyoviy potentsiallari jadvali

Metall	Kation	ph 0, V	Reaktivlik	Elektroliz (katodda):
	Li +	-3,0401	suv bilan reaksiyaga kirishadi	vodorod ajralib chiqadi
	Cs+	-3,026
	Rb+	-2,98
	K+	-2,931
	F+	-2,92
	Ra2+	-2,912
	Ba 2+	-2,905
	Sr2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	Yevropa Ittifoqi 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	Sm 2+	-2,68
	Md2+	-2,40	kislotalarning suvli eritmalari bilan reaksiyaga kirishadi
	La 3+	-2,379
	Y 3+	-2,372
	Mg2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Pr 3+	-2,353
	Nd 3+	-2,323
	Er 3+	-2,331
	Ho 3+	-2,33
	Tm3+	-2,319
	Sm 3+	-2,304
	Soat 3+	-2,30
	Fm 2+	-2,30
	Dy 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	Tb 3+	-2,28
	Gd 3+	-2,279
	Es 2+	-2,23
	AC 3+	-2,20
	Dy 2+	-2,2
	Soat 2+	-2,2
	cf2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	Yoshim 3+	-2,048
	sm 3+	-2,04
	Pu3+	-2,031
	Er 2+	-2,0
	Pr 2+	-2,0
	Yevropa Ittifoqi 3+	-1,991
	Lr 3+	-1,96
	qarang: 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Th4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	2+ bo'ling	-1,847
	U 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	Md 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		raqobatdosh reaktsiyalar: vodorod evolyutsiyasi va sof metallar evolyutsiyasi
	hf 4+	-1,55
	Zr4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	yo'q 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn2+	-1,185
	V2+	-1,175
	Nb 3+	-1,1
	Nb 5+	-0,96
	V 3+	-0,87
	Cr2+	-0,852
	Zn2+	-0,763
	Cr3+	-0,74
	Ga3+	-0,560