Металлов

Электрод	E°, В	Электрод	E°, В
Li+/Li	-3,02	Co2+/Co	- 0,28
Rb+/Rb	-2,99	Ni2 + /Ni	-0,25
К + /К	-2,92	Sn2+/Sn	-0,14
Ва2+/Ва	-2,90	Pb2+/Pb	-0,13
Sr2+/Sr	-2,89	Н+/1/2Н2	0,00
Са2+/Са	-2,87	Sb3+/Sb	+ 0,20
Na+/Na	-2,71	Bi3+/Bi	+ 0,23
La3+/La	-2,37	Cu2+/Cu	+ 0,34
Mg2+/Mg	-2,34	Cu + /Cu	+ 0,52
А13+/А1	- 1,67	Hg2+/2Hg	+ 0,79
Mn2+/Mn	- 1,05	Ag+/Ag	+ 0,80
Zn2+/Zn	-0,76	Pd2+/Pd	+ 0,83
Cr3 + /Cr	- 0,71	Hg2+/Hg	+ 0.86
Fe2+/Fe	-0,44	Pt2+/Pt	+ 1,20
Cd2+/Cd	-0,40	Au3+/Au	+ 1,42

Металлы, расположенные в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов, образуют так называемый электрохимический ряд напряжений металлов:

Li, Rb, К, Ва, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:

1. Чем более отрицателен электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.

2. Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в электрохимическом ряду напряжений металлов после него.

3. Все металлы, имеющие отрицательный стандартный электродный потенциал, т. е. находящиеся в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот. Необходимо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их солей только в водных растворах и при комнатной температуре. Кроме того, нужно иметь в виду, что указанные в таблице 1 стандартные электродные потенциалы учитывают особенности взаимодействия того или иного иона с молекулами растворителя. Это может нарушать некоторые ожидаемые закономерности в расположении металлов в электрохимическом ряду напряжений металлов. Например, электрохимический ряд напряжений металлов начинается литием, тогда как более активные в химическом отношении рубидий и калий находятся правее лития. Это связано с исключительно высокой энергией процесса гидратации ионов лития по сравнению с ионами других щелочных металлов.

Электролиз

Совокупность химических реакций, которые протекают на электродах в растворах или расплавах при пропускании через них электрического тока, называют электролизом.

Указанную совокупность реакций принято подразделять на первичные и вторичные процессы. Первичные процессы - окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах и ведущие, как правило, к образованию электрически нейтральных активных молекулярных или атомных частиц. Вторичные процессы -реакции взаимодействия активных частиц, образовавшихся в первичных процессах, со средой. Например, при электролизе раствора сульфата натрия протекают следующие электродные реакции:

Первичные реакции

на аноде: SO₄^2- - -2е = SO₄ °

на катоде: 2Na⁺ + 2е = 2Na°

Вторичные реакции

в анодном пространстве: 2SO₄^0- + 2Н₂О = 4Н⁺ + 2SO₄^2- + О₂

в катодном пространстве: 4Na° + 4Н₂О = 4Na⁺ + 4ОН^- + 2Н₂

Приведенная совокупность химических реакций может быть представлена суммарным процессом: 2Н₂О = 2Н₂ + О₂

Из этого примера видно, что при электролизе, как и при работе химического источника тока, на аноде происходят процессы окисления, а на катоде - восстановления. При этом анод заряжен положительно (+), а катод - отрицательно ( —). Отметим, что при работе химического источника тока, напротив, анод заряжается отрицательно, а катод -положительно, поскольку в этом случае протекают процессы, обратные электролизу.

При электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующие процессы.

При проведении электролиза с использованием инертного (не расходуемого) анода (например, графита), как правило, конкурирующими являются два окислительных и два восстановительных процесса:

на аноде - окисление анионов и гидроксид-ионов

на катоде - восстановление катионов и ионов водорода

При проведении электролиза с использованием активного (расходуемого) анода процесс усложняется и конкурирующими реакциями на электродах являются следующие:

на аноде - окисление анионов и гидроксид – ионов, анодное растворение металла - материала анода

на катоде - восстановление катиона соли и ионов водорода; восстановление катионов металла, полученных при растворении анода

При выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде следует исходить из положения, что будет протекать та реакция, для которой требуется наименьшая затрата энергии. Кроме того, для выбора наиболее вероятного процесса на аноде и катоде при электролизе растворов солей с нерасходуемым электродом используют следующие правила.

1. На аноде могут образовываться следующие продукты: а) при электролизе растворов, содержащих в своем составе анионы F^- , SO₄^2- , NO₃^- , PO₄^3- , а также растворов щелочей выделяется кислород; б) при окислении анионов С1^- ,.Вr^- , I^- выделяются соответственно хлор, бром, иод;

2. При электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные в ряду напряжений между А1³⁺ и Н⁺ на катоде могут протекать конкурирующие процессы как восстановления катионов, так и выделения водорода.

В тех случаях, когда в процессе электролиза используется активный (расходуемый) анод, то последний будет окисляться в ходе электролиза и переходить в раствор в виде катионов. Энергия электрического тока при этом расходуется на перенос металла с анода на катод. Данный процесс широко используется при рафинировании (очистке) металлов. Так, на этом принципе основано, в частности, получение чистой меди из загрязненной. В раствор медного купороса погружают пластины из очищенной и неочищенной меди. Пластины соединяют с источником постоянного тока таким образом, чтобы первая из них (очищенная медь) была отрицательным электродом (катод), а вторая - положительным (анод). В результате пластина из неочищенной меди растворяется и ионы меди из раствора осаждаются на катоде. При этом примесь остается в растворе или оседает на дно ванны. Этот же принцип используется для защиты металлов от коррозии путем нанесения на защищаемое изделие тонких слоев хрома или никеля.

Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, магния, кальция и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролиз расплава солей:

Лекция 8.

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ