blank

Ряд напряжений и химические свойства металлов

Изучая курс общей и неорганической химии мы с вами упустили очень важную тему, на который постоянно ссылаемся при изучении свойств простых веществ и их соединений, но ни разу не пояснили что это такое и почему именно так, а не иначе. Речь сегодня пойдет про ряд напряжений и химические свойства металлов. Понять, что в заданиях ЕГЭ по химии нет прямого вопроса по этой теме, но без знания и понимая электрохимического ряда вы не сможете ответить на многие вопросы правильно. Давайте разбираться вместе

blank

Вы наверняка знаете, что атомы типичных металлов могут отдавать электроны (не принимать, а только отдавать, они – доноры). Поэтому металлы в виде простых веществ в химических реакциях играют роль восстановителей. В случае действия сильных окислителей и при соблюдении определенных условий (к примеру нагревании) практически любой металл может быть окислен до положительной степени окисления.

Различная восстановительная способность металлов дает возможность разместить их в так называемый ряд напряжений и как его еще называют электрохимический ряд металлов. В этом ряду металлы располагаются в порядке уменьшения их восстановительных свойств и возрастания окислительных свойств соответствующих гидратированных катионов (посмотрите внимательно на таблицу, которые есть в любом справочнике)

Таким образом, мы видим, что в ряду напряжений слева располагаются металлы, которые вступая в реакцию с водными растворами будут проявлять сильные восстановительные свойства. Напротив, ионы, которые образуются при окислении этих металлов, будут проявлять слабые окислительные свойства. Поэтому такие металлы легко окисляются, а отвечающие им ионы трудно восстанавливаются.

Расположение металла в ряду напряжений определяет процесс окисления металла с образованием гидратированного иона, соответствующего низшей устойчивой в водном растворе степени окисления данного металла.

Данный металл может восстанавливать из растворов их соей металлы, которые расположены справа от него в ряду напряжений. Иными словами, металл левее вытесняет из солей металл, который находится правее него.

Металлы, расположенные в электрохимическом ряду правее водорода, не могут замещать его в молекулах кислот.  Эти металлы хоть и реагируют с кислотами, которые обладают сильными окислительными свойствами, но в ходе реакции выделения водорода не будет (вспоминайте предыдущую нашу статью, какие продукты реакции будут в этом случае?).

Металлы, которые у нас расположены в ряду напряжений слева от водорода, могут вступать в реакции замещения с кислотами, вытесняя из последних водород.  При этом помним, что ЭДС на основании которого и устанавливается расположение металла и водорода в ряду, измеряется в строго определенных условиях.

blank

От чего же зависит положение металла в ряд?

  1. От энергии ионизации атома металла.
  2. От энергии гидратации, получаемого иона.
  3. От заряда иона.
  4. От размеров иона.

Рассмотрим теперь кто у нас в ряду напряжений из щелочных металлов стоит первым? Правильно, литий, но почему не цезий? Ведь, по логике он электрон отдает намного быстрее, чем литий. Но мы с вами вспоминаем правило выше, которое вы должны запомнить очень хорошо: ряд напряжений отражает процесс окисления металла с образованием гидратированного иона. Чем лучше и быстрее протекает процесс окисления, тем левее будет находится металл в электрохимическом ряду.

Вернемся к нашему коварному литию. В его случае имеет значение высокая энергия гидратации иона. Маленький размер приводит к притягиванию отрицательных концов полярных молекул воды гораздо сильнее, нежели у более «громоздкого» цезия, так как расстояние между центрами отрицательного и положительного зарядов в случае лития будет меньше. В итоге общий процесс (отдача электронов с последующей гидратацией полученного иона) энергетически более выгоден у лития чем у цезия.

Окисление металлов водой и раствором щелочей

Вытеснять водород из воды в состоянии только те металлы, которые стоят в ряду напряжений перед кадмием, но тут есть нюансы: ввиду ограничений кинетических порядков (образование нерастворимой в воде оксидной пленки тех же амфотерных металлов) при комнатной температуре в реакцию с водой вступают только щелочные и щелочноземельные металлы.

А вот металлы, располагающиеся правее в ряду, могут восстанавливать водород до воды при нагревании. К примеру магний, измельченный в порошок, реагирует с горячей водой, а алюминий, тоже в виде порошка реагирует с кипящей водой.

А такие металлы как цинк и алюминий могут восстанавливать водород даже из раствора щелочи:

2Al+2NaOH+ 6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2

По какому же принципу тот или иной металл растворяется в щелочи? Как это можно определить?

  1. Металл должен быть сильным восстановителем и окисляться ионами водорода даже в малых концентрациях последних, находящихся в растворе щелочей.
  2. Ион металла в степени окисления до которой он окисляется ионами водорода, образует в щелочном растворе растворимое соединение.

Мы должны всегда помнить, что восстановительные свойства металлов в одной и безводной среде могут отличаться. А значит и порядок расположения металлов исходя из их восстановительной способности отличается. К примеру, в безводной среде сильным восстановителем будет цезий, а в водной среде – литий.

blank

Оставить Комментарий