Metal voltajlarının elektrokimyasal serisi tamamlandı. Bir takım standart elektrot potansiyelleri (voltajlar). Nernst denklemi. Elektrot potansiyeli ne gösterir?

Tüm standart elektrot potansiyelleri serisinden yalnızca genel denkleme karşılık gelen elektrot işlemlerini seçersek

sonra bir dizi metal gerilimi elde ederiz. Metallere ek olarak, bu seri her zaman hidrojeni içerecektir; bu, hangi metallerin hidrojeni sulu asit çözeltilerinden çıkarabildiğini görmenizi sağlar.

Tablo 19. Metal gerilim serileri

En önemli metallere yönelik bir dizi gerilim tabloda verilmiştir. 19. Belirli bir metalin stres serisindeki konumu, onun standart koşullar altında sulu çözeltilerde redoks etkileşimlerine girme yeteneğini karakterize eder. Metal iyonları oksitleyici maddelerdir ve basit maddeler formundaki metaller indirgeyici maddelerdir. Ayrıca, voltaj serisinde bir metal ne kadar uzağa yerleştirilirse, sulu bir çözeltideki oksitleyici ajanın iyonları o kadar güçlü olur ve bunun tersi de metal serinin başlangıcına ne kadar yakınsa, basit bir bileşiğin indirgeme özellikleri o kadar güçlü olur. madde - metal.

Elektrot işlem potansiyeli

nötr bir ortamda B'ye eşittir (bkz. sayfa 273). Serinin başlangıcındaki -0,41 V'den önemli ölçüde daha negatif bir potansiyele sahip olan aktif metaller, hidrojeni sudan uzaklaştırır. Magnezyum hidrojeni yalnızca sıcak sudan uzaklaştırır. Magnezyum ve kadmiyum arasında bulunan metaller genellikle hidrojeni sudan uzaklaştırmaz. Bu metallerin yüzeyinde koruyucu etkiye sahip oksit filmleri oluşur.

Magnezyum ve hidrojen arasında bulunan metaller hidrojeni asit çözeltilerinden uzaklaştırır. Aynı zamanda bazı metallerin yüzeyinde de reaksiyonu engelleyen koruyucu filmler oluşur. Böylece alüminyum üzerindeki oksit filmi, bu metalin yalnızca suda değil aynı zamanda bazı asitlerin çözeltilerinde de stabil olmasını sağlar. Kurşun, sülfürik asitle reaksiyona girdiğinde oluşan tuz çözünmez olduğundan ve metal yüzeyinde koruyucu bir film oluşturduğundan, aşağıdaki konsantrasyonda sülfürik asitte çözünmez. Yüzeyinde koruyucu oksit veya tuz filmlerinin bulunması nedeniyle metal oksidasyonunun derin inhibisyonu olgusuna pasiflik denir ve bu durumda metalin durumuna pasif durum denir.

Metaller birbirlerini tuz çözeltilerinden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir. Reaksiyonun yönü, gerilme serisindeki göreceli konumlarına göre belirlenir. Bu tür reaksiyonların spesifik durumlarını değerlendirirken, aktif metallerin hidrojeni yalnızca sudan değil, aynı zamanda herhangi bir sulu çözeltiden de uzaklaştırdığı unutulmamalıdır. Bu nedenle, metallerin tuzlarının çözeltilerinden karşılıklı olarak yer değiştirmesi pratik olarak yalnızca magnezyumdan sonra seri halinde bulunan metaller durumunda meydana gelir.

Beketov, metallerin bileşiklerinden diğer metaller tarafından yer değiştirmesini ayrıntılı olarak inceleyen ilk kişiydi. Çalışmasının sonucunda metalleri kimyasal aktivitelerine göre bir dizi metal gerilmesinin prototipi olan bir yer değiştirme serisi halinde düzenledi.

Bazı metallerin stres serisindeki ve periyodik tablodaki göreceli konumu ilk bakışta birbirine uymuyor. Örneğin, periyodik tablodaki konuma göre, potasyumun kimyasal aktivitesi sodyumdan ve sodyumun lityumdan daha büyük olması gerekir. Voltaj dizisinde lityum en aktif olanıdır ve potasyum, lityum ile sodyum arasında orta pozisyonda bulunur. Periyodik tablodaki konumlarına göre çinko ve bakırın yaklaşık olarak eşit kimyasal aktiviteye sahip olması gerekir, ancak voltaj serisinde çinko bakırdan çok daha önce yer alır. Bu tür tutarsızlıkların nedeni aşağıdaki gibidir.

Periyodik tablodaki belirli bir konumu işgal eden metalleri karşılaştırırken, serbest atomların iyonlaşma enerjisi, kimyasal aktivitelerinin - azaltma yeteneklerinin bir ölçüsü olarak alınır. Aslında, örneğin periyodik sistemin I. grubunun ana alt grubu boyunca yukarıdan aşağıya doğru hareket ederken, atomların iyonlaşma enerjisi azalır, bu da yarıçaplarındaki bir artışla (yani, dış elektronların daha büyük mesafesiyle) ilişkilidir. çekirdekten) ve çekirdeğin pozitif yükünün ara elektronik katmanlar tarafından artan şekilde taranmasıyla (bkz. § 31). Bu nedenle, potasyum atomları, sodyum atomlarına göre daha büyük kimyasal aktivite sergilerler - daha güçlü indirgeme özelliklerine sahiptirler ve sodyum atomları, lityum atomlarından daha büyük aktivite sergilerler.

Metalleri bir dizi voltajda karşılaştırırken, katı haldeki bir metali sulu bir çözeltide hidratlanmış iyonlara dönüştürme işi, kimyasal aktivitenin bir ölçüsü olarak alınır. Bu iş üç terimin toplamı olarak temsil edilebilir: atomizasyon enerjisi - bir metal kristalinin izole edilmiş atomlara dönüşümü, serbest metal atomlarının iyonizasyon enerjisi ve ortaya çıkan iyonların hidrasyon enerjisi. Atomizasyon enerjisi, belirli bir metalin kristal kafesinin gücünü karakterize eder. Atomların iyonlaşma enerjisi - değerlik elektronlarının onlardan uzaklaştırılması - doğrudan metalin periyodik tablodaki konumu ile belirlenir. Hidrasyon sırasında açığa çıkan enerji iyonun elektronik yapısına, yüküne ve yarıçapına bağlıdır.

Aynı yüke ancak farklı yarıçaplara sahip olan lityum ve potasyum iyonları, kendi etraflarında eşit olmayan elektrik alanları yaratacaktır. Küçük lityum iyonlarının yakınında oluşturulan alan, büyük potasyum iyonlarının yakınındaki alandan daha güçlü olacaktır. Buradan lityum iyonlarının potasyum iyonlarından daha fazla enerji açığa çıkarak hidratlaşacağı açıktır.

Dolayısıyla, söz konusu dönüşüm sırasında atomizasyon ve iyonizasyon için enerji harcanır ve hidrasyon sırasında enerji açığa çıkar. Toplam enerji tüketimi ne kadar düşük olursa, tüm süreç o kadar kolay olacak ve söz konusu metal stres serisinin başlangıcına o kadar yakın olacaktır. Ancak genel enerji dengesinin üç teriminden yalnızca biri - iyonlaşma enerjisi - doğrudan metalin periyodik tablodaki konumu tarafından belirlenir. Sonuç olarak, stres serisindeki belirli metallerin göreceli konumlarının her zaman periyodik tablodaki konumlarına karşılık gelmesini beklemek için hiçbir neden yoktur. Böylece, lityum için toplam enerji tüketiminin potasyumdan daha az olduğu ortaya çıkıyor; buna göre lityum, voltaj serisinde potasyumdan önce geliyor.

Bakır ve çinko için serbest atomların iyonizasyonu için harcanan enerji ile iyon hidrasyonu sırasındaki enerji kazanımı birbirine yakındır. Ancak metalik bakır, bu metallerin erime sıcaklıklarının karşılaştırılmasından da görülebileceği gibi, çinkodan daha güçlü bir kristal kafes oluşturur: çinko, 0,000°C'de erir ve bakır yalnızca00000000000000000000000tl00000000000000000tl. Bu nedenle, bu metallerin atomizasyonu için harcanan enerji önemli ölçüde farklıdır; bunun sonucunda bakır durumunda tüm proses için toplam enerji maliyetleri çinko durumunda olduğundan çok daha fazladır ve bu da bunların göreceli konumunu açıklar. Stres serisindeki metaller.

Sudan sulu olmayan çözücülere geçerken, gerilim serisindeki metallerin göreceli konumları değişebilir. Bunun nedeni, farklı metal iyonlarının çözünme enerjisinin, bir çözücüden diğerine geçerken farklı şekilde değişmesidir.

Özellikle bakır iyonu bazı organik çözücülerde oldukça kuvvetli bir şekilde çözünür; Bu, bu tür çözücülerde bakırın hidrojenden önce voltaj serisinde bulunmasına ve onu asit çözeltilerinden uzaklaştırmasına neden olur.

Bu nedenle, periyodik element sisteminin aksine, bir dizi metal gerilimi genel bir modelin yansıması değildir ve buna dayanarak metallerin kimyasal özelliklerinin kapsamlı bir karakteristiğini vermek mümkündür. Bir dizi voltaj, yalnızca Elektrokimyasal sistem “metal - metal iyonu”nun kesin olarak tanımlanmış koşullar altında redoks yeteneğini karakterize eder: burada verilen değerler, metal iyonlarının sulu bir çözeltisine, sıcaklığına ve birim konsantrasyonuna (aktivitesine) karşılık gelir.

metaller

Birçok kimyasal reaksiyon basit maddeleri, özellikle de metalleri içerir. Ancak farklı metaller kimyasal etkileşimlerde farklı aktivite gösterirler ve bu da bir reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirler.

Bir metalin aktivitesi ne kadar büyük olursa, diğer maddelerle o kadar kuvvetli reaksiyona girer. Aktiviteye göre, tüm metaller, metal aktivite serisi veya metallerin yer değiştirme serisi veya metal voltaj serisinin yanı sıra metal voltajlarının elektrokimyasal serisi olarak adlandırılan bir seri halinde düzenlenebilir. Bu seri ilk olarak seçkin Ukraynalı bilim adamı M.M. Beketov, bu nedenle bu diziye Beketov dizisi de deniyor.

Beketov metallerinin aktivite serisi aşağıdaki forma sahiptir (en yaygın metaller verilmiştir):

K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > >H2 > Cu > Hg > Ag > Au.

Bu seride metaller etkinlikleri azalacak şekilde dizilmiştir. Verilen metaller arasında en aktif olanı potasyum, en az aktif olanı ise altındır. Bu seriyi kullanarak hangi metalin diğerine göre daha aktif olduğunu belirleyebilirsiniz. Bu seride hidrojen de mevcuttur. Elbette hidrojen bir metal değildir ancak bu seride aktivitesi başlangıç noktası (bir nevi sıfır) olarak alınmıştır.

Metallerin su ile etkileşimi

Metaller hidrojeni yalnızca asit çözeltilerinden değil aynı zamanda sudan da uzaklaştırma yeteneğine sahiptir. Asitlerde olduğu gibi metallerin su ile etkileşim aktivitesi soldan sağa doğru artar.

Aktivite serisinde magnezyuma kadar olan metaller normal koşullar altında su ile reaksiyona girebilmektedir. Bu metaller etkileşime girdiğinde alkaliler ve hidrojen oluşur, örneğin:

Aktivite serisinde hidrojenden önce gelen diğer metaller de suyla etkileşime girebiliyor ancak bu daha ağır koşullar altında meydana geliyor. Etkileşim için aşırı ısıtılmış su buharı sıcak metal talaşlarından geçirilir. Bu koşullar altında hidroksitler artık mevcut olamaz, dolayısıyla reaksiyon ürünleri karşılık gelen metal elementin ve hidrojenin oksitidir:

Metallerin kimyasal özelliklerinin aktivite serisindeki yerlerine bağlılığı

← metal aktivitesi artar

Hidrojeni asitlerden uzaklaştırır

Hidrojeni asitlerden ayırmaz

Hidrojeni sudan uzaklaştırarak alkaliler oluşturur

Yüksek sıcaklıklarda hidrojeni sudan uzaklaştırarak oksitler oluşturur

3 su ile etkileşime girmeyin

Tuzu sulu bir çözeltiden çıkarmak imkansızdır

Daha aktif bir metalin bir tuz çözeltisinden veya bir oksit eriyiğinden çıkarılmasıyla elde edilebilir

Metallerin tuzlarla etkileşimi

Tuz suda çözünürse, içindeki metal elementin atomu daha aktif bir elementin atomu ile değiştirilebilir. Demir plakayı bakır(II) sülfat çözeltisine batırırsanız, bir süre sonra üzerinde kırmızı bir kaplama şeklinde bakır açığa çıkacaktır:

Ancak gümüş bir plaka bakır(II) sülfat çözeltisine daldırılırsa hiçbir reaksiyon meydana gelmez:

Cuprum, metal aktivitesi sırasında soldaki herhangi bir metalle değiştirilebilir. Ancak serinin en başında yer alan metaller sodyum, potasyum vb.'dir. - buna uygun değiller çünkü o kadar aktifler ki tuzla değil, bu tuzun çözündüğü suyla etkileşime girecekler.

Metallerin tuzlardan daha aktif metallerle yer değiştirmesi, metallerin ekstraksiyonunda endüstride çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

Metallerin oksitlerle etkileşimi

Metal elementlerin oksitleri metallerle etkileşime girebilir. Daha aktif metaller, daha az aktif olanları oksitlerden uzaklaştırır:

Ancak metallerin tuzlarla reaksiyonundan farklı olarak bu durumda reaksiyonun gerçekleşmesi için oksitlerin eritilmesi gerekir. Oksitten metal çıkarmak için soldaki aktivite satırında bulunan herhangi bir metali, hatta en aktif sodyum ve potasyumu bile kullanabilirsiniz çünkü erimiş oksit su içermez.

Metallerin oksitlerle etkileşimi endüstride diğer metallerin çıkarılmasında kullanılır. Bu yöntem için en pratik metal alüminyumdur. Doğada oldukça yaygındır ve üretimi ucuzdur. Daha aktif metaller (kalsiyum, sodyum, potasyum) da kullanabilirsiniz, ancak öncelikle alüminyumdan daha pahalıdırlar ve ikincisi, ultra yüksek kimyasal aktiviteleri nedeniyle fabrikalarda korunmaları çok zordur. Alüminyum kullanarak metallerin çıkarılmasına yönelik bu yönteme alüminotermi denir.

Bölümler: Kimya, Yarışma "Ders Sunumu"

Sınıf: 11

Ders için sunum

İleri geri

Dikkat! Slayt önizlemeleri yalnızca bilgilendirme amaçlıdır ve sunumun tüm özelliklerini temsil etmeyebilir. Bu çalışmayla ilgileniyorsanız, lütfen tam sürümünü indirin.

Amaçlar ve hedefler:

Eğitici: Metallerin kimyasal aktivitesinin periyodik tablodaki konumlarına göre değerlendirilmesi D.I. Mendeleev ve metallerin elektrokimyasal voltaj serisinde.
Gelişimsel:İşitsel hafızanın, bilgileri karşılaştırma, mantıksal düşünme ve devam eden kimyasal reaksiyonları açıklama yeteneğinin gelişimini teşvik etmek.
Eğitici: Bağımsız çalışma becerisini, kendi fikrini makul bir şekilde ifade etme ve sınıf arkadaşlarını dinleme yeteneğini geliştiriyoruz ve çocuklara vatanseverlik ve yurttaşlarıyla gurur duyma duygusunu aşılıyoruz.

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

Ders türü: Eleştirel düşünmenin geliştirilmesi için teknolojinin kullanılması.

Dersler sırasında

BEN. Mücadele aşaması.

Konuyla ilgili bilgilerin güncellenmesi, bilişsel aktivitenin uyandırılması.

Blöf oyunu: “Buna inanıyor musun...” (Slayt 3)

Metaller PSHE'nin sol üst köşesini kaplar.
Kristallerde metal atomları metalik bağlarla bağlanır.
Metallerin değerlik elektronları çekirdeğe sıkı bir şekilde bağlıdır.
Ana alt gruplardaki (A) metallerin dış seviyelerinde genellikle 2 elektron bulunur.
Grupta yukarıdan aşağıya doğru metallerin indirgeyici özelliklerinde bir artış vardır.
Bir metalin asit ve tuz çözeltilerindeki reaktivitesini değerlendirmek için metallerin elektrokimyasal voltaj serisine bakmak yeterlidir.
Bir metalin asit ve tuz çözeltilerindeki reaktivitesini değerlendirmek için D.I.'nin periyodik tablosuna bakın. Mendeleev

Sınıfa soru? Giriş ne anlama geliyor? Ben 0 – ne —> Ben +n(Slayt 4)

Cevap: Me0 indirgeyici bir maddedir, yani oksitleyici maddelerle etkileşime girer. Aşağıdakiler oksitleyici ajanlar olarak görev yapabilir:

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

II. Yeni bilgileri anlamak.

Metodolojik bir teknik olarak bir referans diyagramının hazırlanması önerilmektedir.

Sınıfa soru? Metallerin indirgeyici özelliklerini hangi faktörler belirler? (Slayt 5)

Cevap: D.I. Mendeleev'in periyodik tablosundaki pozisyondan veya metallerin elektrokimyasal voltaj serisindeki pozisyondan.

Öğretmen kavramları tanıtır: kimyasal aktivite ve elektrokimyasal aktivite.

Açıklamaya başlamadan önce çocuklardan atomların aktivitelerini karşılaştırmaları istenir. İLE Ve Li periyodik tablodaki konumu D.I. Mendeleev ve bu elementlerin oluşturduğu basit maddelerin metallerin elektrokimyasal voltaj serisindeki konumlarına göre aktiviteleri. (Slayt 6)

Bir çelişki ortaya çıkıyor:Alkali metallerin PSCE'deki konumuna ve alt gruptaki elementlerin özelliklerindeki değişim modellerine göre potasyumun aktivitesi lityumunkinden daha fazladır. Gerilim serisindeki pozisyona göre lityum en aktif olanıdır.

Yeni materyal.Öğretmen kimyasal ve elektrokimyasal aktivite arasındaki farkı açıklar ve elektrokimyasal voltaj serilerinin bir metalin hidratlı iyona dönüşme yeteneğini yansıttığını açıklar; burada metal aktivitesinin ölçüsü üç terimden (atomizasyon enerjisi, iyonizasyon) oluşan enerjidir. enerji ve hidrasyon enerjisi). Malzemeyi bir not defterine yazıyoruz. (Slayt 7-10)

Birlikte bir deftere yazalım. çözüm:İyonun yarıçapı ne kadar küçük olursa, etrafındaki elektrik alanı o kadar büyük olur, hidrasyon sırasında o kadar fazla enerji açığa çıkar, dolayısıyla reaksiyonlarda bu metalin indirgeme özellikleri o kadar güçlü olur.

Tarihsel referans: Beketov'un metallerin yer değiştirme serisini yaratmasıyla ilgili bir öğrencinin konuşması. (Slayt 11)

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

Hafıza:

Standart koşullar altında (250°C, 1 atm) sulu çözeltilerdeki reaksiyonlar sırasında metallerin indirgeyici özellikleri azalır;
Soldaki metal, metali çözeltideki tuzlarından sağa kaydırır;
Hidrojenin önünde duran metaller onu çözeltideki asitlerden uzaklaştırır (HNO3 hariç);
Ben (Al'a) + H 2 O -> alkali + H 2
Diğer Ben (H 2'ye kadar) + H 2 O -> oksit + H 2 (zor koşullar)
Ben (H2'den sonra) + H 2 O -> reaksiyona girmez

(Slayt 12)

Çocuklara hatırlatmalar yapılıyor.

Pratik iş:“Metallerin tuz çözeltileriyle etkileşimi” (Slayt 13)

Geçişi yapın:

CuSO 4 —> FeSO 4
CuSO 4 —> ZnSO 4

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

III. Yansıma, yansıma.

Tekrarlıyoruz: hangi durumda periyodik tabloyu kullanırız ve hangi durumda bir dizi metal voltajına ihtiyaç vardır? (Slayt 14-15).

Dersin ilk sorularına dönelim. 6. ve 7. soruları ekrana getiriyoruz, hangi ifadenin yanlış olduğunu analiz ediyoruz. Ekranda bir tuş var (görev 1'i kontrol etme). (Slayt 16).

Dersi özetleyelim:

Yeni ne öğrendin?
Hangi durumda metallerin elektrokimyasal voltaj serisini kullanmak mümkündür?

Ev ödevi: (Slayt 17)

Fizik dersindeki “POTANSİYEL” kavramını tekrarlayın;
Reaksiyon denklemini tamamlayın, elektron dengesi denklemlerini yazın: Сu + Hg(NO 3) 2 →
Metaller verilir ( Fe, Mg, Pb, Cu)– bu metallerin elektrokimyasal voltaj serisindeki yerini doğrulayan deneyler önermek.

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

Kullanılmış Kitaplar:

İŞLETİM SİSTEMİ. Gabrielyan, G.G. Lysova, A.G. Vvedenskaya “Öğretmenler için el kitabı. Kimya 11. sınıf, bölüm II” Bustard Yayınevi.
N.L. Glinka "Genel Kimya".

Metallerin elektrokimyasal aktivite serisi(bir dizi voltaj, bir dizi standart elektrot potansiyeli) - metallerin, metal katyonunun indirgenmesinin yarı reaksiyonuna karşılık gelen, standart elektrokimyasal potansiyelleri φ 0'nın artan sırasına göre düzenlendiği bir dizi Men n+: Me n+ + nē → Ben

Metallerin aktivite serilerinin pratik kullanımı

Tuzların ve asitlerin sulu çözeltileri ile reaksiyonlarda metallerin kimyasal aktivitesinin karşılaştırmalı bir değerlendirmesi ve elektroliz sırasında katodik ve anodik süreçlerin değerlendirilmesi için pratikte bir dizi voltaj kullanılır:

Hidrojenin solundaki metaller, sağındaki metallere göre 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 çözeltileriyle etkileşime girdiğinde hidrojenin yerini alır; en aktif metaller (alüminyum dahil) ve su ile etkileşime girdiğinde.
Hidrojenin sağındaki serideki metaller normal koşullar altında oksitleyici olmayan asitlerin sulu çözeltileriyle etkileşime girmez.
Elektroliz sırasında katotta hidrojenin sağındaki metaller açığa çıkar; orta derecede aktif metallerin indirgenmesine hidrojen salınımı eşlik eder; En aktif metaller (alüminyum'a kadar) normal koşullar altında sulu tuz çözeltilerinden izole edilemez.

Alkali metaller en aktif olarak kabul edilir:

lityum;
sodyum;
potasyum;
rubidyum;
sezyum;
Fransızca

Hatırlamak:

Basit maddeler bir kimyasal elementin atomlarından oluşur, metallere ve metal olmayanlara ayrılırlar;

Metaller metalik parlaklık, elektriksel iletkenlik, süneklik vb. ile karakterize edilir.

Metallerin aktivite serisi kavramı

Birçok kimyasal reaksiyon basit maddeleri, özellikle de metalleri içerir. Metaller, okul kimya dersinde incelenen hemen hemen tüm inorganik bileşik sınıflarıyla etkileşime girebilir. Ancak farklı metaller kimyasal reaksiyonlarda farklı reaktivite gösterirler ve bu da bir reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirler.

Bir metalin aktivitesi ne kadar büyük olursa, diğer maddelerle o kadar kuvvetli etkileşime girer. Aktiviteye göre, tüm metaller, metallerin aktivite serisi (metallerin yer değiştirme serileri, metallerin voltaj serileri, metallerin elektrokimyasal voltaj serileri) adı verilen bir seri halinde düzenlenebilir. Bu seri ilk olarak seçkin Ukraynalı bilim adamı N.N. Beketov tarafından derlendi ve incelendi, bu nedenle bu serinin başka bir adı var - Beketov serisi.

Beketov'un metal aktivite serisi şuna benzer (daha kapsamlı bir seri için bkz. ön sayfa 2):

Rus ve Ukraynalı kimyager, Ukrayna fiziksel kimya okulunun kurucusu, 1886'dan beri St. Petersburg Bilimler Akademisi akademisyeni. Bir deniz subayı ailesinde doğdu. Kazan Üniversitesi'nden mezun oldu ve St. Petersburg'da Mediko-Kimya Laboratuvarı'nda çalıştı.

Geleceğin İmparatoru II. Nicholas olan Çareviç'e kimya öğretti. 1855'ten beri, bir bilim adamının önerisi üzerine Ukrayna'daki ilk fiziksel ve kimya bölümünün 1864'te açıldığı Kharkov'daki İmparatorluk Üniversitesi'nde profesördü. Dünyada ilk kez fiziksel kimyayı ayrı bir disiplin olarak öğretmeye orada başladı. Beketov, metalleri oksitlerinden indirgemek için bugün hala metalurjide kullanılan bir yöntem keşfetti, elementlerin afinitesinin atom numarasına bağımlılığını belirledi, alkali elementlerin saf oksitlerini (Sodyum, Potasyum) elde eden ilk kişi oldu. Kendi adını taşıyan metallerin bir dizi aktivitesini derleyen fizikokimya üzerine dünyadaki ilk ders kitabının yazarıydı.

Bu seride metaller sulu çözeltilerdeki kimyasal aktivitelerinin azalmasına göre sıralanmaktadır. Dolayısıyla verilen metaller arasında en aktif olanı potasyum, en az aktif olanı ise altındır. Bu seriyi kullanarak hangi metalin diğerinden daha aktif olduğunu bulmak kolaydır. Bu seride ayrıca hidrojen de var. Elbette hidrojen bir metal değildir ancak bu seride aktivitesi başlangıç noktası (bir nevi sıfır) olarak alınmıştır.

Metallerin asitlerle etkileşimi

Hidrojenin solundaki aktivite serisinde yer alan metaller, asitlerdeki Hidrojen atomlarının yerini metal element atomlarının aldığı asitlerle reaksiyona girebilmektedir. Bu durumda karşılık gelen asit ve hidrojen H2'nin bir tuzu oluşur (Şekil 36.1, s. 194):

Aktivite serisinde bir metal ne kadar solda yer alırsa, asitlerle o kadar kuvvetli etkileşime girer. Serinin en başında yer alan metaller, hidrojeni asitlerden en yoğun şekilde uzaklaştırır. Böylece magnezyum çok şiddetli reaksiyona girer (sıvı sanki

kaynar), çinko çok daha sakin reaksiyona girer, demir çok zayıf reaksiyona girer (hidrojen kabarcıkları zar zor oluşur) ve bakır asitle hiç etkileşime girmez (Şekil 36.2).

Metal, aktivite serisinde hidrojenin sağında yer alıyorsa, hidrojeni asit çözeltilerinden çıkaramaz ve bu nedenle reaksiyon gerçekleşmez (Tablo 12, s. 197):

Yukarıda verilen metallerin asitlerle reaksiyonlarına ilişkin denklemlere dikkat edin: bu reaksiyonlarda, basit bir maddedeki metal elementlerin atomları, asitlerdeki Hidrojen atomlarının yerini alır. Bu tür reaksiyonlara ikame reaksiyonları denir.

Yer değiştirme reaksiyonları, basit bir maddenin bir elementinin bir atomunun, karmaşık bir maddeden başka bir elementin atomunun yerini aldığı reaksiyonlardır.

Nitrat ve konsantre sülfat asitlerinin metallerle etkileşimi farklı bir şemaya göre gerçekleşir. Bu tür reaksiyonlarda neredeyse hiç hidrojen açığa çıkmaz, ancak aşağıdaki derslerde öğreneceğiniz diğer reaksiyon ürünleri açığa çıkar.

Metallerin su ile etkileşimi

Hidrojenin solundaki aktivite serisinde yer alan metaller, hidrojeni yalnızca asit çözeltilerinden değil aynı zamanda sudan da uzaklaştırma yeteneğine sahiptir. Asitlerde olduğu gibi, metallerin suyla etkileşiminin aktivitesi, metalin aktivite serisindeki konumuna bağlıdır (Şekil 36.3).

Magnezyumun solundaki aktivite serisinde yer alan metaller normal koşullar altında suyla reaksiyona girer. Bu tür reaksiyonlarda alkaliler ve hidrojen oluşur:

Lityum suyla çok şiddetli etkileşime girer (Şekil 36.4):

Potasyum suyla o kadar şiddetli reaksiyona girer ki bazen bir patlama meydana gelir: reaksiyon sırasında o kadar büyük miktarda ısı açığa çıkar ki, açığa çıkan hidrojen tutuşur ve metalin kendisinin tutuşmasına neden olur.

Kalsiyum ve sodyum da su ile aynı şiddette ancak patlama olmadan etkileşime girer:

Aktif metallerin suyla reaksiyonu sonucu alkalilerin oluştuğu gerçeği, karakteristik bir koyu kırmızı renk elde eden bir fenolftalein çözeltisi eklenerek kanıtlanabilir (Şekil 36.5, s. 196).

Magnezyum su ile aktif metallerle aynı şekilde reaksiyona girer, ancak alkali yerine çözünmeyen bir baz oluşur. Reaksiyon o kadar yavaş ilerler ki, ilk başta suya magnezyum eklendiğinde hiçbir reaksiyon gözlenmez - ancak bir süre sonra hidrojen kabarcıkları salınmaya başlar (Şekil 36.6). Reaksiyonu başlatmak için suyun hafifçe ısıtılması veya reaksiyonun kaynar suda gerçekleştirilmesi gerekir.

Aktivite serisindeki magnezyum ve hidrojen arasında bulunan diğer metallerin çoğu da suyla etkileşime girebilir (hidrojeni ondan uzaklaştırır), ancak bu daha "ağır" koşullar altında gerçekleşir: bunun için aşırı ısıtılmış su buharı, sıcak metal talaşlarından geçirilir. Elbette, bu koşullar altında hidroksitler ayrışır (oksit ve suya), dolayısıyla reaksiyon ürünleri karşılık gelen metal elementin ve hidrojenin oksididir:

Nikel, kalay ve kurşun su ile pasifleştirilir, dolayısıyla hiçbir durumda suyla reaksiyona girmezler.

Tablo 12. Metallerin kimyasal özelliklerinin aktivite serisindeki konumlarına bağlılığı

K Ca Na Mg	Al Zn Fe	Ni Sn Pb	Cu Ag Hg Au
^ Metal aktivitesi artar
Asitlerle reaksiyona girerek tuz ve hidrojen oluşturur			Asitlerle reaksiyona girmez
Normal koşullar altında suyla reaksiyona girer	Yüksek sıcaklıklarda hidrojeni sudan uzaklaştırarak oksitler oluşturur	Su ile etkileşime girmez
Metali sulu bir tuz çözeltisinden çıkarmak imkansızdır	Bir metal, tuz çözeltisindeki daha aktif bir metalle değiştirilerek elde edilebilir.

Metallerin tuzlarla etkileşimi

Tuz suda çözünürse, içindeki metal element daha aktif bir metalle değiştirilebilir:

Örneğin, bir demir plakayı bakır(P) sülfat çözeltisine batırırsanız, belirli bir süre sonra üzerinde kırmızı bir kaplama şeklinde bakır açığa çıkacaktır:

Zamanla, demir plaka oldukça yoğun bir bakır tozu tabakasıyla kaplanır ve çözelti daha hafif hale gelir, bu da içindeki cuprum(II) sülfat konsantrasyonunda bir azalmaya işaret eder (Şekil 36.7).

Demir, bakırın solundaki aktivite serisinde bulunur, bu nedenle Ferrum atomları Cuprum atomlarını tuzdan uzaklaştırabilir. Ancak gümüş bir plaka bakır(P) sülfat çözeltisine daldırılırsa reaksiyon meydana gelmez:

CuSO 4 + Ag f

Bakır, metal aktivite serisinde bakırın solunda yer alan herhangi bir metal ile tuzdan değiştirilebilir. burada

Pirinç. 36.8. Bakırdan daha az aktif olan gümüş, bakır telin yüzeyine yerleşir. Çözelti üzerinde Cuprum tuzunun oluşması nedeniyle mavi renk alır.

bakır, sağındaki faaliyet serisinde yer alan herhangi bir metali diğer tuzların çözeltilerinden uzaklaştıracaktır (Şekil 36.8):

Serinin en başında yer alan en aktif metaller - sodyum, potasyum - diğer metalleri tuz çözeltilerinden çıkarmaz, çünkü bunlar o kadar aktiftir ki çözünmüş tuzla değil, bu tuzun çözündüğü suyla etkileşime girerler. .

Metallerin oksitlerle etkileşimi

Metal elementlerin oksitleri de metallerle reaksiyona girebilir. Daha aktif metaller, daha az aktif olanları oksitlerden uzaklaştırır. Ancak metallerin tuzlarla etkileşiminden farklı olarak reaksiyonun gerçekleşmesi için oksitlerin erimesi gerekir:

Bir oksitten metal elde etmek için, aktivite serisinin solunda bulunan herhangi bir metali, hatta en aktif sodyum ve potasyumu bile kullanabilirsiniz, çünkü erimiş oksitte su yoktur:

Metallerin tuzlardan veya oksitlerden daha aktif metallerle yer değiştirmesi bazen endüstride metal elde etmek için kullanılır.

Simyacılar birçok asit ve diğer maddeleri “alkol” olarak adlandırdılar (Latinceden. ruh - “ruh”, “koku”). Evet öyleydi ruh satışı - hidroklorik alkol veya klorik asit, ispirto nitrat - nitrat asit vb. Modern kimya dilinde yalnızca bu isimler kalır ispirto amonyak - amonyak NH3'ün bir çözeltisi olan amonyak ve alkollü içki - şarap veya etil alkol.

Yanan aktif metaller (magnezyum, sodyum vb.) suyla söndürülemez. Bunun nedeni, yanan magnezyumun su ile temas ettiğinde onunla reaksiyona girmesi ve bunun sonucunda hidrojenin açığa çıkması ve bunun da yanmayı daha da yoğunlaştırmasıdır.

. Kimyacılar, konsantre nitrat ve klorür asitlerinin karışımı olan bir asit olan "kraliyet votkasını" adlandırırlar. Bu karışım bu ismi almıştır çünkü altın bile onunla etkileşime girmektedir.

Klorür asidinin metallerle reaksiyonu

Teçhizat: test tüpleri ile raf.

Reaktifler: taneli metal örnekleri: demir, çinko, kalay, alüminyum, bakır; klorür asidi.

Güvenlik düzenlemeleri:

Reaktiflerin giysilere, cilde veya gözlere bulaşmamasına dikkat edin; Asit girerse derhal bol su ile yıkanmalı ve bölge seyreltilmiş soda solüsyonu ile silinmelidir.

1. Size verilen metal parçalarını (demir, çinko, kalay, alüminyum, bakır) ayrı test tüplerine yerleştirin.

2. Her test tüpüne 1-2 ml klorür asit dökün. Ne gözlemliyorsunuz? Hidrojen oluşumu en yoğun olarak hangi metalde meydana gelir?

3. Gözlemlerinizi defterinize yazın.

4. Metallerin asitlerle etkileşim olasılığı hakkında bir sonuç çıkarın. Bu etkileşimin aktivitesini metalin aktivite serisindeki konumuyla karşılaştırın.

Sulu çözeltide metallerin tuzlarla etkileşimi

Teçhizat: test tüpleri ile raf.

Reaktifler: cuprum(P) sülfat, plumbum(P) nitrat çözeltileri; demir ve çinko plakalar.

Güvenlik düzenlemeleri:

Az miktarda reaktif kullanın;

Reaktiflerin giysilere, cilde veya gözlere bulaşmamasına dikkat edin; Maddeyle temas halinde derhal su ile yıkanmalıdır.

1. İlk test tüpüne bakır(P) sülfat çözeltisini, ikincisine de erik(P) nitrat çözeltisini dökün.

2. Bakır plakayı (P) sülfatla dolu ilk test tüpüne bir demir plakayı, ikincisine ise çinko plakayı daldırın. Ne gözlemliyorsunuz? Çinko plakayı bakır(II) sülfat çözeltisine ve demir plakayı da plumbum(II) nitrat çözeltisine indirirsek reaksiyonun işaretleri değişir mi? Ya her iki durumda da gümüş tabak kullanılmışsa?

3. Gözlemlerinizi yazın. İlgili reaksiyon denklemlerini yazın.

4. Faaliyet serisindeki metallerin konumu açısından tuzların metallerle etkileşim olasılığını haklı çıkardığınız bir sonuç çıkarın.

sonuçlar

1. Aktivitelerindeki azalmaya göre tek sıra halinde dizilen tüm metaller, metal aktivitesinin bir sırasını oluşturur. Hidrojen ayrıca metallerin aktivitesinin belirlendiği bir madde olarak da eklenir.

2. Hidrojenin solundaki aktivite serisinde yer alan metaller onu asitlerden ve sudan uzaklaştırır. Metal ne kadar sola yerleştirilirse o kadar aktif tepki verir. Magnezyumun solundaki metaller normal koşullar altında suyla reaksiyona girerek karşılık gelen hidroksitleri ve hidrojeni oluşturur, magnezyumdan hidrojene kadar yer alan metaller ise yüksek sıcaklıklarda suyla reaksiyona girerek oksitler oluşturur.

3. Metaller tuz veya oksitten birbirlerinin yerini alabilirler: daha aktif bir metal her zaman daha az aktif olanın yerini alır. Bu tür reaksiyonları sulu tuz çözeltileriyle gerçekleştirmek için, magnezyumdan önce aktivite serisinde yer alan metaller kullanılamaz, çünkü bunlar içinde çözünmüş tuzla değil suyla etkileşime gireceklerdir.

Kontrol soruları

1. Metallerin Beketov aktivite serisi hangi bilgileri içerir? İçinde metaller hangi prensibe göre düzenlenmiştir?

2. Hangi metaller hidrojeni asitlerden uzaklaştırır? Örnekler ver.

3. Hangi metaller suyla reaksiyona girer? Hangileri normal koşullar altında ve hangileri yüksek sıcaklıklarda etkileşime girer?

4. Diğer metalleri tuz çözeltilerinden çıkarmak için metallerin seçilmesi hangi prensibe göre gereklidir? oksit erimesinden mi?

Malzemeye hakim olmak için ödevler

1. Asitler hangi koşullar altında reaksiyona girer: a) metallerle; b) sebepler; c) tuzlar? Cevabınızı reaksiyon denklemleriyle doğrulayın.

2. Tuzlar hangi koşullar altında reaksiyona girer: a) asitlerle; b) metaller; c) nedenler? Cevabınızı reaksiyon denklemleriyle doğrulayın.

3. Magnezyum ve kalay parçaları bir klorür asit çözeltisine yerleştirildi. Hangi durumda tepki daha yoğun olur? Bu reaksiyonların denklemlerini yazınız.

4. Sodyum, kalsiyum ve çinko numuneleri su ile dolduruldu. Her durumda ne gözlenir? İlgili reaksiyon denklemlerini yazın.

5. Kurşun ve demir plakalar nikel(I) sülfat çözeltisine daldırıldı. Reaksiyon hangi durumda ortaya çıkar? Cevabınızı gerekçelendirin.

6. Bakırdan daha aktif oldukları için bakır (P) sülfat çözeltisinden bakır elde etmek için neden sodyum ve potasyum kullanamıyoruz? Bakır(I) oksit eriyiğinden bakır çıkarmak için kullanılabilirler mi?

7. Potasyum suyla o kadar şiddetli reaksiyona girer ki açığa çıkan hidrojen tutuşur. Çözeltide hangi madde oluşur? Reaksiyonun denklemini yazın.

8. Bakır ve demir karışımını kimyasal reaksiyonlarla nasıl ayıracağınızı önerin.

9. Su aşağıdakilerle etkileşime girdiğinde hangi maddeler oluşur: a) aktif metallerle; b) aktif metal elementlerin oksitleri; c) metalik olmayan elementlerin oksitleri? Örnekler ver.

10. Olası reaksiyonlar için denklemleri yazın:

11. Sülfat asidi aşağıdaki maddelerden hangisiyle etkileşime girer: NaNO 3, CO 2, NaOH, AgNO 3, Zn, Ba, CaCO 3, Cu(OH) 2, Zn(OH) 2, HCl, SiQ 2, Fe 2 O 3,Hg? Reaksiyon denklemlerini yazın.

12. Aşağıdaki maddelerden hangisi su ile etkileşime girer: Na, Ba, Fe, Fe 2 O 3, H 2 SO 4, NaOH, CaO, ZnO? Cevabınızı reaksiyon denklemleriyle doğrulayın.

13. Çinko plaka bakır(II) nitrat çözeltisine daldırıldığında plaka üzerinde 3,2 g ağırlığında bakır açığa çıktı.Reaksiyon sonucunda çözünen çinkonun kütlesini belirleyin.

14. Kalay(ii) oksidin 0,54 kg ağırlığındaki alüminyum ile etkileşimi sonucu elde edilebilecek kalayın kütlesini hesaplayınız.

15. 97,5 g ağırlığındaki çinko, klorür asitle tamamen reaksiyona girerse ne kadar hidrojen (n.u.) açığa çıkar?

16. 12 g ağırlığındaki magnezyum ile reaksiyona girmek için ne kadar sülfat asidine ihtiyaç vardır? Hangi tuz kütlesi oluşur? Hangi hacimde gaz (n.o.) açığa çıkacak?

17. Bu tuzun 32 gramını içeren bakır(II) sülfat çözeltisinden ne kadar bakır maddesi izole edilebilir?

18. 6 g ağırlığındaki bir magnezyum ve 16,8 g ağırlığındaki demir karışımı, yeterli miktarda sülfat asit çözeltisi ile işlendi. Reaksiyon sonucunda ne kadar hidrojen (n.u.) açığa çıktı?

19. Bir çinko levha, kütle oranı %2 olan 85 g ağırlığındaki bir argentum(I) nitrat çözeltisine daldırıldı. Reaksiyonun bitiminden sonra plakada açığa çıkacak gümüşün kütlesini hesaplayın. Plakanın kütlesinin orijinal kütlesine göre nasıl değişeceğini belirleyin.

20 5. Alüminyum oldukça aktif bir metaldir, ancak alüminyum ürünleri gözle görülür bir bozulma belirtisi olmadan havada saklanır. Kaşık veya çatal gibi temizlenmiş bir alüminyum ürün bir süre cıva(II) nitrat çözeltisine konursa gümüşi bir kaplamayla kaplanacaktır. Bu şekilde işlenen ürün, havada saklandığında oldukça kısa sürede gri bir toza dönüşür ve aralarında gümüş toplar görülür. Bu tür değişikliklerin neden meydana gelebileceğini kimyasal açıdan açıklayın. İlgili reaksiyon denklemlerini yazın.

Bu ders kitabı materyali