Szereg napięciowy
metali
Szereg napięciowy
metali
Szereg napięciowy metali
(inaczej
szereg elektrochemiczny, szereg
aktywności metali) to zestawienie
pierwiastków chemicznych o własnościach
metalicznych, według ich potencjału
standardowego E
0
. Punktem odniesienia
dla tego zestawienia jest elektroda
wodorowa, której potencjał standardowy
przyjmuje się umownie za zero.
Kawałek metalu, włożony
do roztworu
zawierającego jony
innego metalu, może
rozpuszczać się,
powodując wydzielanie
tego drugiego metalu z
roztworu. Tak więc blaszka
cynkowa umieszczona w
roztworze soli miedziowej
powoduje odkładanie się
warstwy metalicznej
miedzi w miarę, jak cynk
przechodzi do roztworu.
Blaszka miedziana umieszczona w
roztworze soli cynkowej nie powoduje
wydzielania się metalicznego cynku.
W pierwszym przypadku mamy do czynienia z
reakcją utleniania i redukcji w czasie której cynk
przechodzi do roztworu a miedź wytrąca się w
postaci osadu, którym jest metaliczna miedź. W tym
przypadku możemy napisać, że cynk posiada
zdolność redukowania jonów miedzi Cu
2+
zgodnie z
równaniem.
Zn
(s)
+ Cu
2+
(aq)
--> Zn
2+
(aq)
+ Cu
(s)
Przedstawiona tabela ma swoje praktyczne
znaczenie. A mianowicie wartość potencjału
standardowego jest miarą zdolności utleniająco-
redukujących pary utleniacz-reduktor. Znak i
wartość potencjału standardowego określają
zdolności redukujące cząstek. Z dodatniego znaku
E
o
(Cu
2+
/Cu), +0,34 V, wynika, że warunkach
standardowych w ogniwie z elektrodą wodorową
miedź jest katodą, czyli miejscem redukcji. To
oznacza, że w warunkach standardowych miedź jest
redukowana przez gazowy wodór:
Cu
2+
aq
+ H
2(g)
--> Cu
(s)
+ 2H
+
(aq)
Przeciwnie natomiast ujemny znak E
o
(Zn
2+
aq
/Zn), -
0,76 V, wskazuje, że w warunkach standardowych
w ogniwie z elektrodą wodorową cynk jest anodą,
miejscem utleniania. Oznacza to, że warunkach
standardowych cynk redukuje jony wodorowe do
gazowego wodoru
:
Zn
(s)
+ 2H
+
(aq)
--> Zn
2+
aq
+ H
2(g)
Potencjał reakcji połówkowej jest miarą
zdolności do zajścia tej reakcji połówkowej,
niezależnie od tego, jaka jest druga reakcja
połówkowa reakcji sumarycznej. Potencjał
sumaryczny można obliczyć, sumując
potencjały reakcji połówkowych. Tak
otrzymany potencjał jest miarą zdolności do
zajścia reakcji i jest napięciem zmierzonym
w ogniwie, w którym reakcja ta zachodzi.
Wnioski wynikające z szeregu
napięciowego metali
Każdy metal o niższym potencjale normalnym
wypiera z roztworu soli metal o wyższym
potencjale. Poza litowcami i berylowcami.
Metale o ujemnych potencjałach normalnych
mogą wypierać wodór. Metale te są metalami
aktywnymi, nazywane czasami nieszlachetnymi.
Reakcja przebiega tym mniej energicznie, im
bliższy zera
jest potencjał normalny metali.
Zn + HCl
ZnCl
2
+ H
2
Metale o dodatnich potencjałach
normalnych nie wypierają wodoru z
kwasów. Metale te nazywane są metalami
szlachetnymi.
Im bardziej dodatni potencjał normalny
metalu, tym większa jest jego zdolność
do redukcji.
Im bardziej ujemny potencjał normalny
metalu, tym większa jest jego zdolność
do ulegania reakcji utlenienia.
Kierunek reakcji redoks
Każda reakcja redoks, której
Każda reakcja redoks, której
całkowity potencjał jest dodatni, może
całkowity potencjał jest dodatni, może
zachodzić samorzutnie zgodnie z
zachodzić samorzutnie zgodnie z
zapisem równania. Można to stwierdzić
zapisem równania. Można to stwierdzić
na podstawie względnego położenia
na podstawie względnego położenia
reakcji połówkowych. Każdy utleniacz
reakcji połówkowych. Każdy utleniacz
reaguje samorzutnie z dowolnym
reaguje samorzutnie z dowolnym
reduktorem położonym poniżej tego
reduktorem położonym poniżej tego
utleniacza. I tak I
utleniacza. I tak I
2
2
reaguje z Cu, H
reaguje z Cu, H
2
2
, Fe,
, Fe,
ale nie utlenia BR
ale nie utlenia BR
-
-
, H
, H
2
2
O, Cl
O, Cl
-
-
, itd.
, itd.
Półogniwo-
elektroda zanurzona w roztworze
elektrolitu lub innym przewodniku jonowym.
Standardowa elektroda
wodorowa
Standardowa elektroda
wodorowa składa się z
płytki platynowej pokrytej
warstewką czerni
platynowej, która posiada
właściwość absorbowania
gazowego wodoru.
Nasycona gazowym
wodorem płytka
platynowa nie bierze
bezpośredniego udziału w
reakcji elektrodowej, ale
zachowuje się tak, jakby
była elektrodą wykonaną
z samego wodoru.
Rys. Elektroda wodorowa
Płytka ta zanurzona jest w roztworze mocnego
kwasu o jednostkowej aktywności jonów
wodorowych. Cząsteczki wodoru z płytki
platynowej podobnie jak metale przechodzą w
postaci jonów do roztworu a jednocześnie jony
wodorowe z roztworu ulegają na płytce
platynowej rozładowaniu
H
2
<=> 2H
+
+ 2e
Potencjał elektrodowy takiej właśnie elektrody
wodorowej przyjęto za równy zeru.
Rys. Schemat standardowej elektrody wodorowej
Potencjał standardowy
Potencjał standardowy, standardowy
Potencjał standardowy, standardowy
potencjał półogniwa, E°
potencjał półogniwa, E°
–
– siła elektromotoryczna
ogniwa zbudowanego z ogniwa badanego,
zawierającego jony o jednostkowej aktywności, oraz
elektrody wodorowej, której potencjał przyjmuje się
za równy 0 we wszystkich temperaturach, aby było
możliwe określenie potencjału badanej elektrody
(lewa strona na schematach). Jeśli badana
elektroda jest anodą, to jej potencjał jest ujemny,
jeśli natomiast jest katodą to jej potencjał jest
dodatni. Potencjał standardowy rozumiany jest
również jako wkład elektrody do standardowej siły
elektromotorycznej ogniwa
.
.
W ogniwie galwanicznym siła
elektromotoryczna ogniwa jest różnicą
standardowych potencjałów elektrod,
obliczaną ze wzoru:
•E° - potencjał ogniwa
•E°
katoda
- potencjał katody
•E°
anoda
- potencjał anody
Dziękuję za uwagę