[Править]Математический вид

Законы Фарадея можно записать в виде следующей формулы:

где:

• m — масса осаждённого на электроде вещества в граммах

• Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество

• F = 96 485,3383(83) Кл·моль⁻¹ — постоянная Фарадея

• M — молярная масса вещества

• z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).

Заметим, что M/z — это эквивалентная масса осаждённого вещества.

Для первого закона Фарадея M, F и z являются константами, так что чем больше величина Q, тем больше будет величина m.

Для второго закона Фарадея Q, F и z являются константами, так что чем больше величина M/z (эквивалентная масса), тем больше будет величина m.

В простейшем случае постоянного тока электролиза   приводит к:

и тогда

где:

• n — выделенное количество вещества («количество молей»): n = m/M

• t — время действия постоянного тока.

В более сложном случае переменного электрического тока полный заряд Q тока I( ) суммируется за время  :

Здесь t — полное время электролиза. Обратите внимание, что тау используется в качестве переменной, ток I является функцией от тау.^[2]

Электрохимический эквивалент — масса вещества, которое должно выделиться на электроде, согласно закону Фарадея, при прохождении через электролит единицы количества электричества:

где   — постоянная Фарадея.

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Q_f) к теоретически необходимому (Q_t) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (m_f).

45)МЕТАЛЛЫ — это вещества, обладающие высокой электропроводностью и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском. Эти характерные свойства металла обусловлены наличием свободно перемещающихся электронов в его кристаллической решетке. Из известных в настоящее время 107 химических элементов 85 относятся к металлам. Деление всех химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева на металлы и неметаллы является условным. Если в периодической таблице провести диагональ через бор и астат, то в главных подгруппах, расположенных справа от диагонали, будут неметаллы, а в главных подгруппах слева от диагонали, побочных подгруппах и в восьмой группе (кроме инертных газов) — металлы. Причем элементы рядом с разделительной линией являются так называемыми металлоидами, т.е. веществами с промежуточными свойствами (металлов и неметаллов). К ним относятся: бор В, кремний Si, германий Gе, мышьяк Аs, сурьма Sb, теллур Те, полоний Ро. В соответствии с местом, занимаемым в периодической системе, различают переходные (элементы побочных подгрупп) и непереходные металлы (элементы главных подгрупп). Металлы главных подгрупп характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение электронных s- и р-подуровней. В атомах металлов побочных подгрупп происходит достраивание d- и f-подуровней.

Существуют несколько основных способов получения —металлов. Восстановление: — из их оксидов углем или оксидом углерода (II) ZnО + С = Zn + СО  Fе₂О₃ + ЗСО = 2Fе + ЗСО₂ — водородом WO₃ + 3H₂ =W + 3H₂O СоО + Н₂ = Со + Н₂О — алюминотермия  4Аl + ЗМnО₂ = 2А1₂О₃ + ЗМn Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем) 2ZnS + ЗО₂ = 2ZnО + 2SО₂ ZnО + С = СО + Zn Электролизом расплавов солей СuСl₂, — Сu₂+ 2Сl Катод (восстановление): Анод (окисление): Сu₂+ 2е^- = Сu0                    2Cl - 2е^- = Сl°₂ 

46) Физические свойства. К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расшире-ние, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.

Цветом называют способность металлов от-ражать световое излучение с определенной дли-ной волны. Например, медь имеет розово-крас-ный цвет, алюминий -- серебристо-белый.

Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плот-ности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м³) и тяжелые. Плотность имеет боль-шое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стре-мятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.

Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416° С, тантал 2950°С, титан 1725°С. и др.) V легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Темпера-тура плавления имеет большое значение при вы-боре металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектриче-ских приборов и других изделий. В единицах СИ температуру плавления выражают в граду-сах Кельвина (К).

Теплопроводностью называют, спо-собность металлов передавать тепло от более на-гретых к менее нагретым участкам тела. Сереб-ро. медь, алюминий обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность при-мерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для де-талей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образу-ются трещины. Некоторые детали машин (порш-ни двигателей, лопатки турбин) должны быть из-готовлены из материалов с хорошей тeплопpoводностью. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/ (м*К).

Тепловым расширением называют спо-собность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаж-дении. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения б = (l₂ -l ₁) [l ₁ (t ₂ - t ₁)], где l ₁ и l ₂ длины тела при температурах t ₁ и t ₂. Коэффициент объемного расширения равен 3 б. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горя-чей объемной штамповке, изготовлении литей-ных форм, штампов, прокатных валков, калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, ук-ладке железнодорожных рельс.

Теплоемкостью называют способность ме-талла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В единицах СИ имеет размер-ность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемко-сти -- количеству тепла, выраженному в боль-ших калориях, которое требуется для повыше-ния температуры 1 кг металла на 1°С (в едини-цах СИ -- Дж/(кг.К).

Способность металлов проводить электриче-ский ток оценивают двумя взаимно противопо-ложными характеристиками -- электропро-водностью и электросопротивлени-ем. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельная электро-проводность -- в См/м, аналогично электросо-противление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление -- в Ом/м. Хорошая элек-тропроводность необходима, например, для токоведущих проводов (медь, алюминий). При изго-товлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротив-лением (нихром, константан, манганин). С по-вышением температуры металла его электропро-водность уменьшается, а с понижением -- увели-чивается.

Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или маг-нитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная по-стоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, ни-кель, кобальт и их сплавы, называемые ферро-магнитными. Материалы с магнитными свойства-ми применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.

Химические свойства. Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов со-противляться окислению или вступать в соеди-нение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами/тем быстрее он разрушается. Хими-ческое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды на-зывают коррозией.

Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалино-стойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зо-не высоких температур.

Сопротивление металлов коррозии, окалине-образованию и растворению определяют по из-менению массы испытуемых образцов на едини-цу поверхности за единицу времени.

Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

47) Если металл реагирует с кислотой, то он входит в состав образующейся соли. Когда металл взаимодействует с растворами кислоты, он может окисляться ионами водорода, имеющимися в этом растворе. Сокращённое ионное уравнение в общем виде можно записать так:

Me + nH⁺ → Meⁿ⁺ + H₂↑

При взаимодействии металлов с солями происходит реакция замещения: электроны от атомов замещающего – более активного металла переходят к ионам замещаемого – менее активного металла. То сеть происходит замещение металла металлом в солях. Данные реакции не обратимы: если металл А вытесняет металл В из раствора солей, то металл В не будет вытеснять металл А из раствора солей.

48) Азотная кислота реагирует почти со всеми металлами, за исключением золота и платины. Это кислота с ярко выраженными свойствами окислителя. Приготовим две пробирки с раствором азотной кислоты. Положим в первую цинк, во вторую - медь.

Цинк реагирует с сильно разбавленной азотной кислотой с выделением аммиака.

4Zn + 9HNO₃ = NH₃ ↑ + 4Zn(NO₃)₂ + 3H₂O

49)  Взаимодействие серной кислоты с металлами

Разбавленная и концентрированная серные кислоты ведут себя по-разному. Разбавленная серная кислота ведет себя, как обычная кислота.  Активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода

Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H₂, Cu, Hg, Ag, Au

вытесняют водород из разбавленной серной кислоты. Мы видим пузырьки водорода при добавлении разбавленной серной кислоты в пробирку с цинком.

H₂SO₄ + Zn = Zn SO₄ + H₂ ↑

50) 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.

51) Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции, ОВР, редокс (от англ. redox ← reduction-oxidation — окисление-восстановление) — это встречно-параллельныехимические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.