Химическите реакции на метали действат като редуктори
Me - СИ - = Me: п + окисляване процес,
където Me - метален атом, д - - електрон мен: п + - положително зареден метален йон с зареждане на п +.
Това е така, защото металните атоми имат малък брой външно енергийно ниво на електрони (предимно 1, 2 и 3). Изключение правят германий (Ge), калай (Sn), олово (Pb), на който външният слой 4 електрони. В тази връзка, метали с ниска стойност йонизация потенциал. Потенциалът на йонизация е необходима за отстраняване на електрон от атом енергия. Колкото по-малък, толкова по-лесно да се откажат метали електрони и по този начин имат по-голямо намаляване на активността. Най-ниските стойности на потенциала на йонизация - алкални метали, които са най-енергични редуциращи агенти.
Взаимодействие на метал с кислород. Кислородът окислява почти всички метали, особено при нагряване. В тази форма оксиди
Алкални метали в горивния въздух образуват пероксиди и супероксиди: (Na2 O2 КО2 RbO2 ..). Въпреки това, много метали (Cr, Al, Be, Mg, Ti, и т.н.) в компактно състояние при обикновени температури, устойчиви на кислород, тъй като най-тънкия покрита с филм оксид което го предпазва от по-нататъшно окисление. Gold (АС), платина (Pt) и частично сребро (Ag) не реагира с кислород.
Във воден разтвор, химическата активност на метала се определя въз основа на броя на напрежения или няколко стандартни електродни потенциали на метали (Таблица 2).
В електрохимични серия метали са подредени във възходящ ред на алгебрични стойности на техните стандартни потенциал, по този начин намаляване на редуциращи активност и метални атоми увеличават окислителната активност на метални йони.
Следователно, всеки метал възстановява всички метали, зад него, на разтвори на техните соли.
Стандартни електродни потенциали на метал (T 0 = 298 К)
Например, цинк ще се възстанови само от разтвори метални катиони сол, стоящи в електрохимичната серия след това:
Zn - 2е - → Zn 2+ окисляване
Ni2 + + 2е - → Ni възстановяване,
и реакционната Zn + MgSO 4 → невъзможно.
Сред стандартни електродни потенциали на метали може да бъде приблизително разграничени:
- активни метали (Li, К, Rb, Cs, Ba, Ca, Na, Mg, Be, Al);
- метали Средната активност (Ti, Mn, Zn, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb);
- по-малко активни метали (Cu, Ag. Hg, Pd, Pt, Au), се появява след водород.
Взаимодействие на метали с вода. В окислител във вода е формално водороден йон. Тъй като концентрацията на Н + йони във вода е 10 -7 мол / л, се получава формула за изчисляване на потенциала на Нернст електрод водород:
Следователно, водород от вода може да измести метали, които имат потенциал по-малко от - 0.41 V, т.е. застанал пред кадмий
(Вж. Таблица. 2). На практика водата реагира само с алкални и алкалоземни метали, и магнезиев при нагряване:
Причината е, че е необходимо условие за реакцията между метала и водата да се отстрани от повърхността на филм оксид, например, чрез реакция на
Това представлява водоразтворим хидроксид. Ако повърхността на металния филм не може да бъде отстранен от водата поради неразтворимостта на съответния хидроксид (Zn (OH) 2 Fe (ОН) 2 и др.), Реакционната няма да. Такива метали (Zn, Fe) могат да реагират с водна пара при нагряване, като при повърхностен филм висока температура е разрушен:
Взаимодействие със солна метали (солна) киселина. Окислителят в солна киселина, както и във вода, е водороден йон. стандартен потенциал електрод на водороден електрод се приравни на нула. Следователно, всички активни метали и металите от средната активност реагира с киселина, за да се освободи водород
Но доведе взаимодействие със солна киселина, образувана в началото на реакцията на олово хлорид (II), умерено разтворима във вода, оставащо върху металната повърхност предпазва от достъпа на нови порции киселини:
В резултат на това реакцията спира.
Взаимодействие с разредена сярна киселина.
Разредена сярна киселина, както и солна, окислява, си водороден йон. Той комуникира само с метала, потенциал електрод е по-ниска от тази на водород, като
олово и взаимодействие с разредена сярна киселина бързо се спира, тъй като получената сол е неразтворима PbS04 и създава защитен филм върху металната повърхност.
Взаимодействие с концентрирана сярна киселина.
В концентрирана сярна киселина като окисляващ агент действа сяра в окислено състояние 6, част от сулфат йон SO 2- 4. В тази връзка, концентрирана киселина окислени метали, стандартната потенциал електрод от които е по-малко от потенциала на електрод окислител. Максималната стойност на потенциала на електрод в процеса на електрода, включващи сулфат йон като окислител е равна на 0,36 V. Следователно, с концентрирана сярна киселина реагира и някои от по-малко активни метали:
В зависимост от активността на метал, температурата, концентрацията на киселинни продукти от нейното възстановяване може да бъде Н2 S, S и SO2. Валиден правило, че по-активен метал, толкова по-голяма степен на възстановяване киселина.
Взаимодействие с активни метали (LI - Mg в електрохимичната серия), киселината се редуцира до сероводород (Н2 S)
В реакции с по-малко активни метали (Cu, Ag) е оформен винаги SO2 газ. където сребро се разтваря в кипящ киселина
Метали среда активност (Zn, Sn, Pb, и т.н.) взаимодействат с концентрирана сярна киселина, за да се освободи SO2 или S
Тези реакции показват, че кутията се окислява до състояние на четиривалентен да образуват калаен сулфат (IV), и в резултата се окислява до състояние на двувалентен с образуването на разтворим олово хидрогенсулфат.
Метали като Al, Fe, Cr, при нормални условия на сярна киселина с концентрация близо до 100%, се пасивирани. Пасивиране феномен, наречен образуване на защитен слой върху металната повърхност чрез действието на силни окислители. В повечето случаи, пасивиране играе положителна роля в защитата на метала от счупване. Поради пасивиране на сярна киселина се транспортират в стоманени резервоари.
Взаимодействие с разредена азотна киселина.
Азотна киселина действа като оксидант в окисляването на азот 5. Стойността на потенциал електрод за нитрат йон NO - 3 с разредена киселина като окисляващ агент, равна на 0,96 V, т.е. е по-голямо в сравнение с сулфат йон SO 2- 4. Това показва, че азотна киселина - силен окислител от сярна киселина. Всъщност, това се окислява дори сребро. Възстановяване на азотна киселина е по-дълбоко от активен метал и концентрацията му е по-малко от:
Active Li - Al
Ако металът е с високо окисляване устойчиви, след това реакцията не се получава нитрати, и оксиди или киселина, например
Концентрирана азотна киселина (концентрация по-голяма от 70%) по-голяма степен, в сравнение със сярна киселина, има пасивиращо ефект и не реагира при нормални условия с Al, Ti, Fe, Cr. Следователно, концентрирана азотна киселина се и транспортирани в стоманени или алуминиеви резервоари.
Взаимодействие с "царска вода". Азотна киселина окислителни свойства са подобрени чрез прибавяне към него на концентрирана солна киселина. се наблюдава най-голям ефект, когато съотношението NNOz: солна киселина = 1: 3. Тази смес се нарича "царска вода". Под действието на "царска вода" се разтваря злато и платина
Взаимодействие с основи. Алкални метали не се окисляват защото алкалните метали са сред най-мощните редуциращи агенти и техните йони - един от най-слабите окислители. Въпреки това, в присъствието на алкален окислител ефект на вода може да се получи по-голяма степен, отколкото в отсъствието им. При окисление на метални хидроксиди и вода за получаване на водород. Ако оксид и хидроксид са амфотерни съединения, те ще се разтвори в алкален разтвор. В резултат на това в чиста вода пасивни метали могат енергично реагират с основи:
О Н2 (окислител Н +) + основа (например, NaOH)
Свързани статии