Научная библиотека
Клуб читателей
Вычисления в дробях
Информационный ассистент
sc_lib@list.ru

Поиск в библиотеке:
Научная библиотека
избранных естественно-научных изданий
научная-библиотека.рф
Логин:
Пароль:
Регистрация
или

<< Предыдущий параграфСледующий параграф >>

< Назад
Далее >

Для отображения сканов страниц необходимо включить JavaScript в настройках браузера.

< Назад
Далее >
<< Предыдущий параграфСледующий параграф >>

Макеты страниц

100. Ряд напряжений металлов.

Если из всего ряда стандартных электродных потенциалов выделить только те электродные процессы, которые отвечают общему уравнению

то получим ряд напряжений металлов. В этот ряд всегда помешают, кроме металлов, также водород, что позволяет видеть, какие металлы способны вытеснять водород из водных растворов кислот.

Таблица 19. Ряд напряжений металлов

Ряд напряжений для важнейших металлов приведен в табл. 19. Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его способность к окислительно-восстановительным взаимодействиям в водных растворах при стандартных условиях. Ионы металлов являются окислителями, а металлы в виде простых веществ — восстановителями. При этом, чем дальше расположен металл в ряду напряжений, тем более сильным окислителем в водном растворе являются его ионы, и наоборот, чем ближе металл к началу ряда, тем более сильные восстановительные свойства проявляет простое вещество — металл.

Потенциал электродного процесса

в нейтральной среде равен В (см. стр. 273). Активные металлы начала ряда, имеющие потенциал, значительно более отрицательный, чем —0,41 В, вытесняют водород из воды. Магний вытесняет водород только из горячей воды. Металлы, расположенные между магнием и кадмием, обычно не вытесняют водород из воды. На поверхности этих металлов образуются оксидные пленки, обладающие защитным действием .

Металлы, расположенные между магнием и водородом, вытесняют водород из растворов кислот. При этом на поверхности некоторых металлов также образуются защитные пленки, тормозящие реакцию. Так, оксидная пленка на алюминии делает этот металл стойким не только в воде, но и в растворах некоторых кислот. Свинец не растворяется в серной кислоте при ее концентрации ниже , так как образующаяся при взаимодействии свинца с серной кислотой соль нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку. Явление глубокого торможения окисления металла, обусловленное наличием на его поверхности защитных оксидных или солевых пленок, называется пассивностью, а состояние металла при этом — пассивным состоянием.

Металлы способны вытеснять друг друга из растворов солей. Направление реакции определяется при этом их взаимным положением в ряду напряжений. Рассматривая конкретные случаи таких реакций, следует помнить, что активные металлы вытесняют водород не только из воды, но и из любого водного раствора. Поэтому взаимное вытеснение металлов из растворов их солей практически происходит лишь в случае металлов, расположенных в ряду после магния.

Вытеснение металлов из их соединений другими металлами впервые подробно изучал Бекетов. В результате своих работ он расположил металлы по их химической активности в вытеснительный ряд», являющийся прототипом ряда напряжений металлов.

Взаимное положение некоторых металлов в ряду напряжений и в периодической системе на первый взгляд не соответствует друг, другу. Например, согласно положению в периодической системе химическая активность калия должна быть больше, чем натрия, а натрия — больше, чем лития. В ряду же напряжений наиболее активным оказывается литий, а калий занимает среднее положение между литием и натрием. Цинк и медь по их положению в периодической системе должны иметь приблизительно равную химическую активность, но в ряду напряжений цинк расположен значительно раньше меди. Причина такого рода несоответствий состоит в следующем.

При сравнении металлов, занимающих то или иное положение в периодической системе, за меру их химической активности — восстановительной способности — принимается величина энергии ионизации свободных атомов. Действительно, при переходе, например, сверху вниз по главной подгруппе I группы периодической системы энергия ионизации атомов уменьшается, что связано с увеличением их радиусов (т. е. с большим удалением внешних электронов от ядра) и с возрастающим экранированием положительного заряда ядра промежуточными электронными слоями (см. § 31). Поэтому атомы калия проявляют большую химическую активность — обладают более сильными восстановительными свойствами, - чем атомы натрия, а атомы натрия — большую активность, чем атомы лития.

При сравнении же металлов в ряду напряжений за меру химической активности принимается работа превращения металла, находящегося в твердом состоянии, в гидратированные ионы в водном растворе. Эту работу можно представить как сумму трех слагаемых: энергии атомизации — превращения кристалла металла в изолированные атомы, энергии ионизации свободных атомов металла и энергии гидратации образующихся ионов. Энергия атомизации характеризует прочность кристаллической решетки данного металла. Энергия ионизации атомов — отрыва от них валентных электронов — непосредственно определяется положением металла в периодической системе. Энергия, выделяющаяся при гидратации, зависит от электронной структуры иона, его заряда и радиуса.

Ионы лития и калия, имеющие одинаковый заряд, но различные радиусы, будут создавать около себя неодинаковые электрические поля. Поле, возникающее вблизи маленьких ионов лития, будет более сильным, чем поле около больших ионов калия. Отсюда ясно, что ионы лития будут гидратироваться с выделением большей энергии, чем ноны калия.

Таким образом, в ходе рассматриваемого превращения затрачивается энергия на атомизацию и ионизацию и выделяется энергия при гидратации. Чем меньше будет суммарная затрата энергии, тем легче будет осуществляться весь процесс и тем ближе к началу ряда напряжений будет располагаться данный металл. Но из трех слагаемых общего баланса энергии только одно — энергия ионизации—непосредственно определяется положением металла в периодической системе. Следовательно, нет оснований ожидать, что взаимное положение тех или иных металлов в ряду напряжений всегда будет соответствовать их положению в периодической системе. Так, для лития суммарная затрата энергии оказывается меньшей, чем для калия, в соответствии с чем литий стоит в ряду напряжений раньше калия.

Для меди и цинка затрата энергии на ионизацию свободных атомов и выигрыш ее при гидратации ионов близки. Но металлическая медь образует более прочную кристаллическую решетку, чем цинк, что видно из сопоставления температур плавления этих Металлов: цинк плавится при , а медь только при . Поэтому энергия, затрачиваемая на атомизацию этих металлов, существенно различна, вследствие чего суммарные энергетические затраты на весь процесс в случае меди гораздо больше, чем в случае цинка, что и объясняет взаимное положение этих металлов в ряду напряжений.

При переходе от воды к неводным растворителям взаимное положение металлов в ряду напряжений может изменяться. Причина этого лежит в том, что энергия сольватации ионов различных металлов по-разному изменяется при переходе от одного растворителя к другому.

В частности, ион меди весьма энергично сольватируется в некоторых органических растворителях; это приводит к тому, что в таких растворителях медь располагается в ряду напряжений до водорода и вытесняет его из растворов кислот.

Таким образом, в отличие от периодической системы элементов, ряд напряжений металлов не является отражением общей Закономерности, на основе которой можно давать разностороннюю Характеристику химических свойств металлов. Ряд напряжений Характеризует лишь окислительно-восстановительную способность Электрохимической системы «металл — ион металла» в строго определенных условиях: приведенные в нем величины относятся к водному раствору, температуре и единичной концентрации (активности) ионов металла.

<< Предыдущий параграфСледующий параграф >>

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ
Глава I. АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ
4. Закон сохранения массы.
5. Основное содержание атомно-молекулярного учения.
6. Простое вещество и химический элемент.
7. Закон постоянства состава.
8. Закон объемных отношений.
9. Атомные и молекулярные массы. Моль.
10. Определение молекулярных масс веществ, находящихся в газообразном состоянии.
11. Парциальное давление газа.
12. Эквивалент. Закон эквивалентов.
13. Определение атомных масс. Валентность.
14. Химическая символика.
15. Важнейшие классы и номенклатура неорганических веществ.

16. Химические расчеты.
Глава II ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
17. Периодический закон Д. И. Менделеева.
18. Периодическая система элементов.
19. Значение периодической системы.
Глава III СТРОЕНИЕ АТОМА. РАЗВИТИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА
20. Радиоктивность.
21. Ядерная модель атома.
22. Атомные спектры.
23. Квантовая теория света.
24. Строение электронной оболочки атома по Бору.
25. Исходные представления квантовой механики.
26. Волновая функция.
27. Энергетическое состояние электрона в атоме.
29. Орбитальное квантовое число. Формы электронных облаков.
30. Магнитное и спиновое квантовые числа.
31. Многоэлектронные атомы.
32. Принцип Паули. Электронная структура атомов и периодическая система элементов.
33. Размеры атомов и ионов.
34. Энергия ионизации и сродство к электрону.
35. Строение атомных ядер. Изотопы.
36. Радиоактивные элементы и их распад.
37. Искусственная радиоктивность. Ядерные реакции.
Глава IV. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ
38. Теория химического строения.
39. Ковалентная связь. Метод валентных связей.
40. Неполярная и полярная ковалентная связь.
41. Способы образования ковалентной связи.
42. Направленность ковалентной связи.
43. Гибридизация атомных электронных орбиталей.
44. Многоцентровые связи.
45. Метод молекулярных орбиталей.
46. Ионная связь.
47. Водородная связь.
Глава V. СТРОЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ЖИДКОСТИ
48. Межмолекулярное взаимодействие.
49. Кристаллическое состояние вещества.
50. Внутреннее строение кристаллов.
51. Реальные кристаллы.
52. Аморфное состояние вещества.
53. Жидкости.
Глава VI. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
54. Превращения энергии при химических реакциях.
55. Термохимия.
56. Термохимические расчеты.
57. Скорость химической реакции.
59. Зависимость скорости реакции от температуры и от природы реагирующих веществ.
60. Катализ.
61. Скорость реакции в гетерогенных системах.
62. Цепные реакции.
63. Необратимые и обратимые реакции. Химическое равновесие.
64. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.
65. Факторы, определяющие направление протекания химических реакций.
66. Термодинамические величины. Внутренняя энергия и энтальпия.
67. Термодинамические величины. Энтропия и энергия Гиббса.
68. Стандартные термодинамические величины. Химико-термодинамические расчеты.
Глава VII. ВОДА, РАСТВОРЫ
69. Вода в природе.
70. Физические свойства воды.
71. Диаграмма состояния воды.
72. Химические свойства воды.
73. Характеристика растворов. Процесс растворения.
74. Способы выражения состава растворов.
75. Гидраты и кристаллогидраты.
76. Растворимость.
77. Пересыщенные растворы.
78. Осмос.
79. Давление пара растворов.
80. Замерзание и кипение растворов.
Глава VIII. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
81. Особенности растворов солей, кислот и оснований.
82. Теория электролитической диссоциации.
83. Процесс диссоциации.
84. Степень диссоциации. Сила электролитов.
85. Константа диссоциации.
86. Сильные электролиты.
87. Свойства кислот, оснований и солей с точки зрения теории электролитической диссоциации.
88. Ионно-молекулярные уравнения.
89. Произведение растворимости.
90. Диссоциация воды. Водородный показатель.
91. Смещение ионных равновесий.
92. Гидролиз солей.
Глава IX. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ
93. Окисленность элементов.
94. Окислительно-восстановительные реакции.
95. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.
96. Важнейшие окислители и восстановители.
97. Окислительно-восстановительная двойственность.
98. Химические источники электрической энергии.
99. Электродные потенциалы.
100. Ряд напряжений металлов.
101. Электролиз.
102. Законы электролиза.
103. Электролиз в промышленности.
104. Электрохимическая поляризация.
Глава X. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. КОЛЛОИДЫ
105. Дисперсное состояние вещества.
106. Состояние вещества на границе раздела фаз.
107. Коллоиды и коллоидные растворы.
108. Дисперсионный анализ.
109. Сорбция и сорбционные процессы.
110. Ионообменная адсорбция.
111. Хроматография.
112. Электрокинетические явления.
113. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем.
114. Структурообразование в дисперсных системах.
Глава XI. ВОДОРОД
115. Водород в природе. Получение водорода.
116. Свойства и применение водорода.
117. Пероксид водорода
Глава XII. ГАЛОГЕНЫ
118. Галогены в природе. Физические свойства галогенов.
119. Химические свойства галогенов.
120. Получение и применение галогенов.
121. Соединения галогенов с водородом.
122. Кислородсодержащие соединения галогенов.
Глава XIII. ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА ШЕСТОЙ ГРУППЫ
123. Кислород в природе. Воздух.
124. Получение и свойства кислорода.
125. Озон.
126. Сера в природе. Получение серы.
127. Свойства и применение серы.
128. Сероводород. Сульфиды.
129. Диоксид серы. Сернистая кислота.
130. Триоксид серы. Серная кислота.
131. Получение и применение серной кислоты.
132. Пероксодвусерная кислота.
133. Тиосерная кислота.
134. Соединения серы с галогенами.
135. Селен (Selenium). Теллур (Tellurium).
Глава XIV. ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА ПЯТОЙ ГРУППЫ
136. Азот в природе. Получение и свойства азота.
137. Аммиак. Соли аммония.
138. Фиксация атмосферного азота. Получение аммиака.
139. Гидразин. Гидроксиламин. Азидоводород.
140. Оксиды азота.
141. Азотистая кислота.
142. Азотная кислота.
143. Промышленное получение азотной кислоты.
144. Круговорот азота в природе.
145. Фосфор в природе. Получение и свойства фосфора.
146. Соединения фосфора с водородом и галогенами.
147. Оксиды и кислоты фосфора.
148. Минеральные удобрения.
149. Мышьяк (Arsenicum).
150. Сурьма (Stibium).
151. Висмут (Bismuthum).
Глава XV. ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА ЧЕТВЕРТОЙ ГРУППЫ
152. Углерод в природе.
153. Аллотропия углерода.
154. Химические свойства углерода. Карбиды.
155. Диоксид углерода. Угольная кислота.
156. Оксид углерода (II).
157. Соединения углерода с серой и азотом.
158. Топливо и его виды.
159. Газообразное топливо.
160. Общая характеристика органических соединений.
161. Отличительные особенности органических соединений.
162. Теория химического строения органических соединений.
163. Классификация органических соединений.
164. Предельные (насыщенные) углеводороды.
165. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды.
166. Предельные циклические углеводороды.
167. Ароматические углеводороды.
168. Галогенпроизводные углеводородов.
169. Спирты и фенолы.
170. Простые эфиры.
171. Альдегиды и кетоны.
172. Карбоновые кислоты.
173. Сложные эфиры карбоновых кислот. Жиры.
174. Углеводы.
175. Амины.
176. Аминокислоты и белки.
177. Природные и синтетические высокомолекулярные соединения (полимеры).
178. Кремний в природе. Получение и свойства кремния.
179. Соединения кремния с водородом и галогенами.
180. Диоксид кремния.
181. Кремниевые кислоты и их соли.
182. Стекло.
183. Керамика.
184. Цемент.
185. Кремнийорганические соединения.
186. Германий (Germanium).
187. Олово (Stannuin).
188. Свинец (Plumbum).
189. Свинцовый аккумулятор.
Глава XVI. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ. СПЛАВЫ
190. Физические и химические свойства металлов. Электронное строение металлов, изоляторов и полупроводников.
191. Кристаллическое строение металлов.
192. Добывание металлов из руд.
193. Получение металлов высокой чистоты.
194. Сплавы.
195. Диаграммы состояния металлических систем.
196. Коррозия металлов.
Глава XVII. ПЕРВАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
197. Щелочные металлы в природе.
198. Натрий (Natrium).
199. Калий (Kalium).
ПОДГРУППА МЕДИ
200. Медь. (Cuprum).
201. Серебро (Argentum).
202. Золото (Aurum).
Глава XVIII. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
203. Основные положения координационной теории.
204. Основные типы и номенклатура комплексных соединений.
205. Пространственное строение и изомерия комплексных соединений.
206. Природа химической связи в комплексных соединениях.
207. Диссоциация комплексных соединений в растворах.
208. Влияние координации на свойства лигандов и центрального атома.
Глава XIX. ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
209. Бериллий (Beryllium).
210. Магний (Magnesium).
211. Кальций (Calcium).
212. Жесткость природных вод и ее устранение.
213. Стронций (Strontium). Барий (Barium).
214. Цинк (Zincum).
215. Кадмий (Cadmium).
216. Ртуть (Hydrargyrum).
Глава XX. ТРЕТЬЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
217. Бор (Borum).
218. Алюминий (Aluminium).
219. Галлий (Gallium). Иидий (Indium). Таллий (Thallium).
ПОБОЧНАЯ ПОДГРУППА ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ. ЛАНТАНОИДЫ. АКТИНОИДЫ
220. Подгруппа скандия.
221. Лантаноиды.
222. Актиноиды.
Глава XXI. ПОБОЧНЫЕ ПОДГРУППЫ ЧЕТВЕРТОЙ, ПЯТОЙ, ШЕСТОЙ И СЕДЬМОЙ ГРУПП
ПОДГРУППА ТИТАНА
224. Титан (Titanium).
225. Цирконий (Zirconium). Гафний (Hafnium).
ПОДГРУППА ВАНАДИЯ
226. Ванадий (Vanadium).
227. Ниобий (Niobium). Тантал (Tantalum).
ПОДГРУППА ХРОМА
228. Хром (Chromium).
229. Молибден (Mollbdenium).
230. Вольфрам (Wolfram).
ПОДГРУППА МАРГАНЦА
231. Марганец (Manganum).
232. Рений (Rhenium).
Глава XXII. ВОСЬМАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
233. Общая характеристика благородных газов.
234. Гелий (Helium).
235. Неон. Аргон.
ПОБОЧНАЯ ПОДГРУППА ВОСЬМОЙ ГРУППЫ
236. Железо (Ferrum).
237. Значение железа и его сплавов в технике. Развитие металлургии в СССР.
238. Физические свойства железа. Диаграмма состояния системы железо — углерод.
239. Производство чугуна и стали.
240. Термическая обработка стали.
241. Сплавы железа.
242. Химические свойства железа. Соединения железа.
243. Кобальт (Cobaltum).
244. Никель (Niccolum).
245. Общая характеристика платиновых металлов.
246. Платина (Platinum).
247. Палладий (Palladium). Иридий (Iridium).
ПРИЛОЖЕНИЕ
Некоторые единицы СИ
Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований
Соотношения между некоторыми внесистемными единицами и единицами СИ
Литература для углубленного изучения общей и неорганической химии

© Научная библиотека