2. Электрохимическии ряд напряжений

Химический характер какого-либо металла в значительной степени обусловлен тем, насколько легко он окисляется, т.е. насколько легко его атомы способны переходить в состояние положительных ионов.

СЛ. 2 (0) Металлы, которые проявляют легкую способность окисляться, называются неблагородными. Металлы, которые окисляются с большим трудом, называются благородными.

СЛ. 2 (1) Например: Неблагородные металлы: натрий Nа, алюминий Аl, железо Fе. Благородные металлы: медь Сu, серебро Аg, золото Аu.

Если расположить металлы по уменьшению их способности к окислению (т, е. по уменьшению тенденции их нейтральных атомов переходить в положительные ионы — катионы), то получится СЛ. 2 (2) электрохимический ряд напряжений:

Тенденция перехода в состояние катионов --------------------------------------------------------------------------------
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Cr, Zn, Fe	Cd, Co, Ni, Sn, Pb, [H] Cu, Ag, Pt, Au
неблагородные металлы (химически активные)	благородные металлы

СЛ. 2 (3) Каждый металл вытесняет из растворов солей все другие металлы, стоящие правее его в электрохимическом ряду напряжений.

П р и м е р. На цинковой пластинке, погруженной в раствор сульфата меди(II), осаждается медь, а цинк переходит в раствор:

СЛ. 3 (0) Zn + СuSО₄ = ZnSO₄ + Сu или Zn + Cu²⁺ Zn⁺²+ Cu

Следовательно, протекает окислительно-восстановительная реакция, в которой цинк окисляется, а катионы меди(II) восстанавливаются: (1) Zn – 2e  Zn²⁺, Cu²⁺ +2e  Cu.

Неблагородный металл — цинк переходит в раствор в виде ионов Zn²⁺, а благородный металл — медь, который в исходном растворе находился в форме ионов Cu²⁺, осаждается в свободном виде.

Подобные реакции всегда протекают, если менее благородный металл погружают в раствор соли более благородного металла, т.е. если менее благородный металл находится в форме простого вещества, а более благородный металл — в форме катионов. При этом первый металл окисляется, а второй — восстанавливается. В приведенном выше примере неблагородный металл — цинк является восстановителем, а ион благородного металла — Cu²⁺ — окислителем. Будет ли конкретный металл (или соответственно его катион) восстановителем или окислителем, зависит от положения в электрохимическом ряду напряжений его партнера по реакции.

Например: Медь по отношению к катионам серебра (I) является восстановителем:

СЛ. 3 (2) Cu + 2Ag⁺  Cu²⁺ + 2Ag, а катионы меди(II) по отношению к железу — окислителем:

(3) Cu²⁺ + Fе = Сu + Fе²⁺

(4) Обобщая сказанное выше, можно утверждать: атом металла будет восстановителем по отношению к катиону другого металла, который находится правее его в ряду напряжений, катион металла будет окислителем по отношению к атому другого металла, который находится левее его в ряду напряжений.

В электрохимический ряд напряжений включен водород, так как он подобно металлам, может существовать в виде катионов Н⁺(H₃O⁺). Хотя водород — неметалл, все правила, описанные для металлов, применимы и по отношению к водороду: (5) все металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят левее водорода, вытесняют водород из разбавленных кислот.

П р и м е р ы.

Zn + 2Н₃О⁺ = Zn²⁺ + Н₂ + 2Н₂О

Сu + Н₃О⁺ = (нет реакции)

Вышеприведенное правило определяет поведение металлов в окислительно-восстановительных реакциях: СЛ. 4 (0) все металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят слева от водорода, действуют на катионы водорода как восстановители.

На положении водорода в ряду напряжений основано практическое деление кислотных реактивов на кислоты-неокислители и кислоты-окислители.

СЛ. 1 (1) Кислоты-неокислители в водном растворе вступают в реакцию только с неблагородными металлами и только за счет катионов водорода, например:

Мg + 2НСl = МgCl₂ + H₂ или Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂.

СЛ. 1 (2) Кислоты-окислители в водном растворе реагируют со всеми неблагородными и некоторыми благородными металлами только за счет центрального атома кислотного остатка, водород при этом не выделяется, например:

2А1 + 6Н₂SО₄(конц.) = А1₂(SО₄)₃ + 3SО₂ + 6Н₂О

2А1 + 12Н⁺ + 3SО₄^2-= 2А1³⁺ + 3SО₄^2- + 6Н₂О

Из благородных металлов только платина Рt и золото Аu ни при каких условиях (концентрация, нагревание) не реагируют с кислотами-окислителями, кроме царской водки.