Interakció koncentrált kénsavval
Kémiai reakciókban a fémek redukálószerekként működnek
Me - ne - = Me + n az oxidációs folyamat,
ahol Me a fém atom, e egy elektron, Me n + pozitív töltésű fémion n + töltéssel.
Ezt azzal magyarázza, hogy a fém atomok kis számú elektronot tartalmaznak a külső energia szintjén (főleg 1, 2 és 3). Kivételek: germánium (Ge), ón (Sn), ólom (Pb), a külső rétegen, amelyből 4 elektron. Ebben az összefüggésben a fémek ionizációs potenciálja alacsony. Az ionizációs potenciál az az energia mennyisége, amely ahhoz szükséges, hogy egy atom elhagyja az atomot. Minél kisebb, annál könnyebb a fémek felszabadítani az elektronokat, és annál reaktívabbak. Az ionizációs potenciál legalacsonyabb értékeit az alkáli fémek találják meg, amelyek a legenergetikusabb redukálószerek.
A fémek oxigénnel való kölcsönhatása. Az oxigén oxidálja majdnem minden fémt, különösen fűtött állapotban. Ebben az esetben az oxidok
Alkálifémek a levegőben peroxidok és szuperperoxidok égése során (Na2O2, KO2, RbO2). Azonban számos fém (Cr, Al, Be, Mg, Ti stb.) Kompakt állapotban normális hőmérsékleten ellenáll az oxigén hatásának, mivel nagyon vékony oxidfóliával van bevonva, ami meggátolja a további oxidációtól. Arany (Au), platina (Pt) és részben ezüst (Ag) nem reagálnak oxigénnel.
A vizes oldatokban a fém kémiai aktivitását számos feszültség vagy számos fém elektród potenciálja alapján határozzák meg (2. táblázat).
A feszültségek sorozatában a fémek a normál potenciáljuk algebrai nagyságának növelése érdekében vannak rendezve, így a fématomok redukáló aktivitásának csökkenése és a fémionok oxidatív aktivitásának növekedése.
Ezért minden fém visszaállítja az összes fémt mögötte a só oldataiból.
A fémelektródák standard potenciálja (T = 298 0 K)
Például a cink visszaállítja a sóoldatok közül csak a fémkationokat, amelyek a feszültségek sorozatában állnak utána:
Zn - 2e - → Zn 2+ oxidáció
Ni 2+ + 2e - → Ni csökkentés,
és a reakció Zn + MgSO4 → lehetetlen.
A fémek szabványos elektróda potenciáljának sorozatában megkülönböztethetünk:
- aktív fémek (Li, K, Rb, Cs, Ba, Ca, Na, Mg, Be, Al);
- átlagos aktivitású fémek (Ti, Mn, Zn, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb);
- Alacsony aktivitású fémek (Cu, Ag, Hg, Pd, Pt, Au).
A fémek kölcsönhatása vízzel. Az oxidálószer vízben formálisan a hidrogénion. Mivel a H + ionok koncentrációja vízben 10 -7 mol / l, majd kiszámítjuk a hidrogénelektród potenciálját a Nernst-képlet alapján:
Ezért a víz a vízből eltávolíthatja a -0,41 V-nál kisebb potenciális fémeket, azaz pl. a kadmium elején
(lásd a 2. táblázatot). A gyakorlatban csak a lúgos és alkáliföldfémek kölcsönhatásba lépnek vízzel, magnéziummel fűtéssel:
Ez azzal magyarázható, hogy a fém és a víz közötti reakció szükséges feltétele az oxidfilm eltávolítása a felületéből, például a reakció
Ebben az esetben vízoldható hidroxid képződik. Ha a fém felületi rétege nem távolítható el vízzel a megfelelő hidroxid (Zn (OH) 2Fe (OH) 2 stb.) Oldhatatlansága miatt, akkor a reakció nem megy. Ezek a fémek (Zn, Fe) vízmelegítéssel melegítés közben képesek reagálni, mivel magas hőmérsékleten a felületi film összeomlik:
A fémek kölcsönhatása hidrogén-kloriddal. Az oxidálószer sósavban, valamint vízben hidrogénion. A hidrogénelektród standard elektródpotenciálja nulla. Ezért a közepes aktivitású aktív fémek és fémek savval reagálnak a hidrogén evolúciójával
De az ólom sósavval való kölcsönhatásakor a reakció elején képződött ólomklorid (II) vízben alig oldódik, és a fém felületén maradva megvédi a sav új részeitől:
Ennek eredményeként a reakció leáll.
Híg kénsavval való kölcsönhatás.
A hígított kénsav, valamint a sósav oxidálódik hidrogénionjával. Csak azokkal a fémekkel kölcsönhatásba lép, amelyeknek az elektróda potenciálja alacsonyabb, mint a hidrogéné,
és az ólom híg kénsavval való reakciója gyorsan megszűnik, mivel az így kapott PbS04-só oldhatatlan és védőfóliát hoz létre a fémfelületen.
Interakció koncentrált kénsavval.
A tömény kénsavban a kén oxidáló hatású, +6 oxidálószer, amely a szulfátion SO 2 4 részének része. Ezen koncentrált savval kapcsolatban minden fém oxidálódik, amelynek standard elektróda potenciálja kisebb, mint az oxidálószer elektródpotenciálja. Az elektródák potenciáljának legnagyobb értéke az oxidátorban a szulfátion részvételével 0,36 V. Ennek következtében néhány alacsony aktivitású fém reagál koncentrált kénsavval:
A fémaktivitás, a hőmérséklet, a savkoncentráció függvényében a redukció termékei lehetnek H2S, S és SO2. Igaz, hogy minél aktívabb a fém, annál mélyebb a sav csökkentése.
Az aktív fémekkel (Li-Mg a feszültségek sorozatában) való kölcsönhatás hatására a sav hidrogén-szulfiddá (H2S)
Alacsony aktivitású fémekkel (Cu, Ag) végzett reakciókban SO2 gáz keletkezik. és ezüst feloldódik forró savban
Az átlagos aktivitású fémek (Zn, Sn, Pb stb.) Koncentrált kénsavval reagálnak az S vagy S02 felszabadítására
A fenti reakciók azt mutatják, hogy a ón tetravalens állapotba oxidálódik ón (IV) -szulfát képződésével, és az ólom kétoldali állapotban oxidálódik oldható ólom-hidrogén-szulfát képződésével.
Az olyan fémeket, mint az Al, Fe, Cr, közönséges körülmények között kénsavval, amelynek koncentrációja közel 100%, passziváltak. A passziválás a fémfelületen lévő védőfilm kialakulása erős oxidálószerek hatására. A legtöbb esetben a passziválás pozitív szerepet játszik, megóvva a fémet a megsemmisítéstől. A passziválás miatt a kénsavat acél tartályokban szállítják.
Hígított salétromsavval való kölcsönhatás.
Salétromsavban az oxidálószer a nitrogén az oxidációs állapotban +5. Az oxidálószer NO-3 nitrátionjának elektródpotenciál értéke 0,96 V, azaz 0,96 V. nagyobb, mint a szulfátion SO 2 4. Ez azt jelzi, hogy a salétromsav erősebb oxidálószer, mint a kénsav. Sőt, ez is oxidálja az ezüstöt. A salétromsav visszaáll a mélyebbre, annál aktívabb a fém és annál alacsonyabb a koncentrációja:
Aktív Li - Al
Ha a fém stabil magas oxidációs állapotokkal rendelkezik, a reakció nem nitrátokat eredményez, hanem oxidokat vagy sókat is,
A koncentrált salétromsav (koncentráció nagyobb, mint 70%) még kénsavnál nagyobb, passzív hatással rendelkezik, és normál körülmények között nem reagál Al, Ti, Fe, Cr. Ezért koncentrált salétromsavat is szállítanak acél vagy alumínium tartályokban.
Kölcsönhatás a "királyi vodkával". A salétromsav oxidálódási tulajdonságait fokozzák, ha koncentrált sósavat adnak hozzá. A legnagyobb hatást a HNO3: HCl = 1: 3 arány figyelembevételével végezzük. Ezt a keveréket "királyi vodka" -nak nevezik. A "királyi vodka" hatásával az arany és a platina feloldódik
Kölcsönhatás a lúgok oldatával. Az alkálifémek nem képesek oxidálni, mivel az alkálifémek az egyik legerősebb redukálószer, és ionjaik az egyik leggyengébb oxidálószer. Lúgok jelenlétében azonban a víz oxidáló hatása nagyobb mértékben nyilvánulhat meg, mint távollétében. Amikor a fémeket vízzel oxidálják, hidroxidokat és hidrogént képeznek. Ha az oxid és a hidroxid amfoter vegyületek, feloldódnak lúgos oldatban. Ennek eredményeképpen a tiszta vízben lévő passzív fémek erőteljesen kölcsönhatásba léphetnek a lúgos oldatokkal:
H2O (oxidálószer H +) + alkáli (például NaOH)