10 жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық 1-бөлім

Металдардың стандартты электродтық потенциалдарының
электрохимиялық қатары


_– Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb (H₂) Cu Ag Hg Hg Pt Au
–e

-3.02 -2.91 -2.84		-2.38	-1.05	-0.74	-0.40	-0.23	-0.13	+0.34 +0.85		+1.50
-2.93 -2.89	-2.71		-1.66	-0.76	-0.44	-0.28 -0.14	0.00	+0.80	+1.20
Белсенді					Белсенділігі орташа					Асыл

Металдың химиялық белсенділігі кемиді

Потенциалы артады
Тотықтырғыш қасиеті артады

Кернеу қатарын негізге ала отырып, металдардың химиялық бел­ сенділігі туралы маңызды тұжырымдар жасауға болады.

1. 
   Стандартты электродтық потенциалдың үлкен мәніне ие әрбір металл, тотықсыздандырғыш қасиеті әлсіздеу басқа металдарды тұзда­ рының ерітіндісінен ығыстырып шығарады.
   

2. 
   Стандартты электродтық потенциалы нөлден төмен (яғни стандарт-ты сутекті электродтың потенциалынан) металдар, сутекті қышқылдан ығыстыруға қабілетті.
   

3. 
   Стандартты электродтық потенциалдың ең төмен мәндеріне ие ме-талдар күшті тотықсыздандырғыш болады (литийден натрийге дейін), сулы ерітінділерде сумен өздері әрекеттеседі (38-кесте).
   

38-кесте

Металдардың электрохимиялық кернеу қатары

Металдар	Электрод реакциясы	E*, B
1	2	3
Li	Li L Li + ē	–3,05

200

1

K

Ba

Sr

Ca

Na

Mg

Al

Mn

Zn

Cr

Fe

Cd

Co

Ni

Sn

Pb

Fe

H

Cu

Hg

Ag

Hg

Pt

Au

	38-кестенің жалғасы
2
	3
KLK+ē	–2,92
Ba L Ba + 2ē	–2,90
Sr L Sr + 2ē	–2,89
Ca L Ca + 2ē	–2,87
Na L Na + 2ē	–2,71
Mg L Mg + 2ē	–2,36
Al L Al + 3ē	–1,66
Mn L Mn + 2ē	–1,18
Zn L Zn + 2ē	–0,76
Cr L Cr + 2ē	–0,74
Fe L Fe + 2ē	–0,44
Cd L Cd + 2ē	–0,40
Co L Co + 2ē	–0,28
Ni L Ni + 2ē	–0,25
Sn L Sn + 2ē	–0,14
Pb L Pb + 2ē	–0,13
Fe L Fe + 2ē	–0,04
H2L2H+2ē	0,00
Cu L Cu + 2ē	+0,34
2Hg L Hg + 2ē	+0,79
Ag L Ag + ē	+0,80
Hg L Hg + 2ē	+0,85
Pt L Pt + 2ē	+1,20
Au L Au + 2ē	+1,50

Металл тақташаны оның тұзының сулы ерітіндісіне батырғанда потенциалдардың айырымы пайда болады. Бұл, электродтың бетінен металл иондарының ерітін­ діге өтуімен түсіндіріледі. Потенциалдардың айыры-мын анықтау үшін стандартты потенциалы нөлге тең сутекті электрод қолданылады. Металдардың электро­

химиялық кернеу қатарын негізге ала отырып, металдардың химиялық белсенділігі туралы тұжырым жасауға болады.

1. 
   Қандай процестердің нәтижесінде “электрод — ерітінді” шекарасында қосарланған электрлік қабат түзіледі?
   

2. 
   Электродтық потенциал деген не?
   
3. 
   Металдардың стандартты электродтық потенциалдары деген не?
   

201

4. Қандай электродтың потенциалын нөлге тең деп қабылдап, әртүрлі металдардың электродты потенциалдарының өлшенуі кезінде, салыстыру электроды ретінде қолданады?
5. Металдардың электрохимиялық кернеу қатары неге негізделіп құрастырылған?
6. Металдардың электрохимиялық кернеу қатарының маңызын түсіндіріңдер.


7. Металдардың электрохимиялық кернеу қатарындағы орны оның периодтық жүйедегі орнына неге сәйкес келмейді?
8. Келесі қатардағы ең белсенді металл: Fe, Zn, Mn, K, Au. Себебін түсіндіріңдер.
Тотықтырғыш қасиеті ең жоғары катион: Cr3+; Ca2+; Mn2+; Ag+?
9. Келтірілген реакциялардың қайсысы жүруі мүмкін:

а) Zn + HCl →

ә) Hg + H₂SO₄ →
б) Cu + NiSO₄ →
в) Sn + CuCl₂ →

г) Zn + NaCl →

ғ) Ag + H₃PO₄ →
д) Al + AuCl₃ →
е) Cu + HgCl₂ →
Сулы ерітінділердегі жүруі мүмкін реакцияларды аяқтаңдар.
10. Алюминий келесі заттармен әрекеттескенде қандай өнімдер алынады:
a) CuSO4 сулы ерітіндісі;
ә) күкірт қышқылының сұйылтылған ерітіндісі.
Реакция теңдеулерін жазыңдар.
11. Мырыш никель (ІІ) сульфатының сулы ерітіндісімен әрекеттескенде, реакция нәтижесінде қандай өнім түзіледі? Бұл реакция тотығу-тотықсыздану реакциясына жата ма? Түсіндіріңдер.


§ 48. ГАЛЬВАНИКАЛЫҚ ЭЛЕМЕНТ

Бүгінгі сабақта:

• 
  гальваникалық элементпен танысамыз;
  

• 
  химиялық энергияның электр энергиясына айналу процесін түсінетін боламыз
  

Тірек ұғымдар

• 
  Гальваникалық эле-мент
  

• 
  Тотығу
  

• 
  Тотықсыздану
  

• 
  Қосарланған электрлік қабат
  

• 
  Электродтар
  

Химиялық энергияның электр энергиясына айналуы гальваникалық элемент деп аталатын электрохимиялық жүйелерде жүреді. Қазіргі уақытта гальваникалық элементтер химиялық ток көздері ретінде кеңінен таралған.

Гальваникалық элемент — екі электродтан тұратын тұйықталған электрохимиялық жүйе.

Даниэль-Якоби гальваникалық элементін қарастырайық. Ол CuSО₄ ерітіндісіне батырыл­­ ған мыс тақташадан және ZnSО₄ ерітіндісіне батырылған мырыш тақташадан тұрады. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш бір-бірімен тікелей әрекеттеспеу үшін электродтар бір-бірінен кеуекті бөгет арқылы бөлінген (62-сурет).

Гальваникалық элементтің сызбасы:

Zn|ZnSO₄| |CuSO₄| Cu

202

e

					2e
2Na+	SO4^2–		A	Zn^2++ SO4^2–			K
				Zn2+	Zn2+	Cu2+	2e
Zn			Cu			SO^2–
Zn2+	Cu	2+				4
				Zn^2++SO^2–4
SO^2–
4	2–		Zn0–2e		Zn^2+	Cu2++2e	Cu0
	SO4
а)					ә)

62-сурет. Гальваникалық элемент сызбанұсқасы

Zn|Zn2+| |Cu2+| Cu

Мырыш тақташаның бетінде қосарланған электрлік қабат түзіледі де тепе-теңдік орнайды:

Zn0 – 2ē → Zn2+

Осы процестің нәтижесінде мырыштың электродтық потенциалы пайда болады.

Мыс тақташаның бетінде де қосарланған электрлік қабат түзіліп, тепе-теңдік орнайды.

Сu2+ + 2ē → Сu0

нәтижесінде мыстың электродтық потенциалы пайда болады.

Мыс электродына қарағанда мырыш электроды потенциалының теріс мәні көбірек, сондықтан сыртқы тізбектің тұйықталуы кезінде, яғни мырышты мыспен металл өткізгіш арқылы қосқан кезде электрондар мырыштан мысқа қарай қозғалады.

Осылайша сыртқы тізбектің тұйықталуы кезінде мырыш электро­ дында мырыштың өздігінен еру процесі жүреді және мыс электродында мыс бөлінеді. Бұл процестер электродтардың потенциалы теңескенше немесе мырыш толығымен ерігенше (немесе мыс электродының бетін барлық мыс түгелімен қаптағанша) жалғаса береді.

Сонымен, Даниэль-Якоби элементінің жұмысы кезінде келесі процестер жүреді:

1. 
   Мырыштың тотығу процесі:
   

Zn0 – 2ē → Zn2+

Электрохимияда тотығу — анодтық процестер, ал тотығу процесі жүретін электрод анод деп аталады.

2. 
   Мыс иондарының тотықсыздануы:
   

Сu2+ + 2ē → Сu°

Электрохимияда тотықсыздану — катодтық процестер, ал тотық­ сыздану процесі жүретін электрод катод деп аталады.

203

3. 
   Сыртқы тізбек арқылы электрондар қозғалады.
   
4. 
   Ерітіндідегі иондардың қозғалысы: аниондар (SO₄2–) анодқа, катиондар (Cu2+, Zn2+) катодқа тартылады. Ерітіндідегі иондардың қозғалысы гальваникалық элементтің электрохимиялық тізбегін тұйықтайды. Электродтардағы реакциялардың жиынтық теңдеуі:
   

Zn0 + Cu2+ = Zn2+ + Сu0

Бұл химиялық реакцияның әсерінен гальваникалық элементтің сыртқы тізбегінде электрондардың және элемент ішінде иондардың қозғалысы пайда болады. Яғни тұйықталған электрохимиялық жүйеде электр тогы түзіледі. Гальваникалық элементте жүретін химиялық реакция жиынтығы токтүзуші (токжасаушы) деп аталады.

Электрохимиялық жүйеде пайда болатын электрлік ток жүйенің электр қозғаушы күші (ЭҚК) арқылы сипатталады. Ол катод пен анод электродтық потенциалдарының айырымына тең:

E = ϕ_k – ϕ_a
Электродтың табиғаты мен электролиттің концентрациясына бай-ланысты гальваникалық элемент химиялық және концентрациялық деп жіктеледі.