7. Окисно-відновні реакції та електрохімічні процеси

Значення розділу. Окисно-відновні та електрохімічні реакції є невід’ємною складовою практично всіх природних і виробничих процесів, зокрема, вони широко застосовуються для добування і синтезу речовин, що входять до складу сучасних матеріалів. Основною ознакою таких процесів є зміщення електронів до окисника (атома більш електронегативного елемента) або повне їх передавання. Причому на відміну від звичайних окисно-відновних реакцій, під час яких відбувається безпосередня передача електронів від відновника до окисника, особливістю електрохімічних процесів є просторове розділення процесів окиснення та відновлення. Зауважимо також, що окисно-відновною є будь-яка хімічна реакція за участю металів – основних компонентів металічних матеріалів.

Наприклад, електрохімічними процесами є добування металів за допомогою електролізу та їх руйнування внаслідок електрохімічної корозії. З огляду на поширення та важливість окисно-відновних і електрохімічних процесів вивчення особливостей їх перебігу дозволить матеріалознавцю краще зрозуміти сутність як методів добування речовин, так і способів поліпшення якостей металічних матеріалів за рахунок їх захисту від корозії.

Цілі вивчення розділу:

- поглиблення знань про окисно-відновні реакції шляхом розгляду типових окисників та відновників, типів окисно-відновних реакцій та впливу характеру середовища на їх перебіг;

- формування сучасних уявлень про перетворення енергії під час перебігу електрохімічних процесів;

- формування понять про гальванічні елементи, електроліз, корозію та закони, відповідно до яких відбуваються електрохімічні процеси;

- закріплення і розвиток вмінь аналізувати вплив різних чинників на характер електродних процесів, обчислювати електродні потенціали металів і електрорушійну силу при роботі гальванічних елементів, виконувати кількісні розрахунки на підставі законів Фарадея.

Результати вивчення розділу

Необхідно знати:

1 Ступінь окиснення, правила його визначення. Типові окисники та відновники, речовини, які виявляють окисно-відновну двоїстість.

2 Метод електронного балансу, вплив середовища на перебіг окисно-відновних реакцій.

3 Електрохімічний ряд напруг металів.

4 Поняття: «електрохімічні процеси», їх типи, «електрохімічна система», «подвійний електричний шар», «електродні потенціали», «стандартний водневий електрод», «електроди порівняння»;

5 Рівняння Нернста. Електрорушійна сила (ЕРС) її зв’язок з енергією Гіббса.

6 Принцип роботи гальванічних елементів, електронні рівняння електродних процесів.

6 Закони Фарадея.

7 Електроліз у розплавах і розчинах електролітів, правила розрядки на катоді і аноді;використання електролізу.

8 Види корозії металів, механізм електрохімічної корозії.

9 Методи захисту від корозії.

Необхідно вміти:

1 Прогнозувати окисно-відновні властивості речовин, складати рівняння окисно-відновних реакцій, визначати тип окисно-відновної реакції (міжмолекулярні, внутрішньомолекулярні, диспропорціонування).

2 Пояснювати ознаки електрохімічних процесів, особливості утворення подвійного електричного шару і виникнення електродного потенціалу.

3 Обчислювати величину електродного потенціалу за рівнянням Нернста.

4 Прогнозувати можливість і напрямок перебігу електрохімічного процесу за заданих умов.

5 Складати схему гальванічного елемента і рівняння електродних процесів, обчислювати ЕРС гальванічного елемента.

6 Визначати послідовність перебігу процесів на електродах при електролізі, складати рівняння електролізу, виконувати необхідні обчислення на підставі законів Фарадея.

7 Складати електродні рівняння катодного і анодного процесів при корозії.

8 Встановлювати характер (катодний або анодний) металічного покриття, добирати протектор для захисту певного металу, пояснювати доцільність використання певного заходу боротьби з корозією залежно від реальних умов.