3. Ряд напруження металів

Якщо розташувати метали в ряд в порядку зростання їх стандартних електродних потенціалів, то отримаємо електрохімічний ряд напруження металів.

З електрохімічного ряду слідує:

1) Чим лівіше в ряду напруження стоїть метал, тим він активніший, тим легше він віддає електрони –окислюється; тим складніше його йони приєднують електрони – відновлюються.

2) Кожний метал витісняє всі, що стоять за ним в електрохімічному ряду із розчинів їх солей. Виключення складають метали, розташовані в ряду напруження лівіше магнію, так як вони взаємодіють з водою з витісненням водню.

3) Метали, що стоять в ряду напруження лівіше водню, витісняють його з розчинів кислот-неокисників (хлоридна, розбавлена сульфатна, оцтова та ін.)

4) Метали, що стоять в ряду напруження після водню, не витісняють його з розчинів кислот-неокисників (хлоридна, розбавлена сульфатна, оцтова та ін.)

4. Гальванічні елементи

Частіше енергію, що виділяється в будь-якій мимовільній окислювально-відновній реакції, можна безпосередньо використовувати для виконання електричної роботи. Це здійснено в гальванічному елементі, що представляє собою пристрій, у якому перенос електронів відбувається по зовнішньому шляху, а не безпосередньо між реагентами.Гальванічний елемент уперше створив італійський учений А. Вольта і назвав його на честь свого співвітчизника Л. Ґальвані .Якщо шматочок цинку помістити в розчин, що містить іони Cu²⁺. При протіканні цієї реакції блакитне фарбування розчину, характерна для іонів Cu²⁺ (водн.), зникає, і на поверхні цинку починає осаджуватися металева мідь. Одночасно відбувається розчинення цинку. мал.1

42

На мал.1 показаний гальванічний елемент, у якому використовується окислювально-відновна реакція між Zn і Cu2+.

Два металевих елементи, що з'єднані зовнішнім ланцюгом, називаються електродами. По визначенню електрод, на якому відбувається окислювання, називається анодом, а електрод, на якому відбувається відновлення, називається катодом. У розглянутому прикладі Zn є анодом, а Cu – катодом:

Окислювання на аноді Zn (тв.) - 2е– Zn²⁺ (вoдн.)

Відновлення на катоді Cu²⁺ (водн.) + 2е– Cu (тв.)

Cu2+ може відновлюватися тільки в результаті перетіканню електронів по дроту, що з'єднує Zn і Cu (тобто по зовнішньому ланцюгу).При окислюванні металевого цинку на аноді виникають вільні електрони. Вони перетікають по зовнішньому ланцюгу до катода, де відбувається їхнє поглинання в процесі відновлення Cu2+ (водн.). Електрони мимовільно переміщаються від негативного електрода до позитивного, отже, анод є негативним електродом, а катод – позитивним.Ці перетворення описуються рівнянням:

Zn(тв.) + Cu²⁺(водн.) Zn²⁺(водн.) + Cu(тв.)

Цинковий електрод поступово розчиняється, на мідному виділяється металічна мідь.

Схема елемента запишеться так:

анод(-)   Zn ZnSO₄ CuSO₄ Cu    катод(+)

З часом гальванічні елементи стають непридатними до роботи, і їх не можна використати вдруге. А от інший тип хімічних джерел електричного струму — електричні акумулятори — можна використовувати багаторазово.