10.5. Применения электрохимии

Выше уже указывалось, что электрохимия широко используется в других областях химии. В данном разделе будут подробно рассмотрены ее применения в неорганической химии, термодинамике, аналитической химии, а также технические и промышленные применения.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД НАПРЯЖЕНИЙ

Если расположить химические элементы в порядке относительной величины их стандартных электродных потенциалов, получится электрохимический ряд напряжений,

Таблица 10,6. Электрохимический ряд напряжений элементов

или просто ряд напряжений. Ряд напряжений, приведенный в табл. 10.6, можно получить непосредственно из данных, приведенных в табл. 10.5. Часть ряда напряжений, включающая только металлы, - это ряд напряжений металлов, который довольно точно указывает относительную реакционную способность металлов.

Наиболее электроположительные и наиболее реакционноспособные металлы находятся в верхней части ряда напряжений. Эти металлы легко окисляются и, следовательно, легко ионизируются. Поэтому они являются сильными восстановителями. Металлы в нижней части ряда напряжений окисляются с трудом. Поэтому они устойчивы в своей восстановленной форме. Примерами этих металлов являются золото и ртуть.

Реакции замещения (вытеснения)

Металлы, находящиеся в верхней части ряда напряжений, способны восстанавливать окисленные формы металлов, расположенных в более низкой части ряда напряжений. В результате первые металлы вытесняют вторые металлы из их оксидов или из растворов их солей. Например, цинк вытесняет медь из раствора сульфата :

Вместе с тем магний, который расположен в ряду напряжений выше, вытесняет цинк из его оксида:

Металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений элементов выше водорода, восстанавливают ионы водорода с образованием газообразного водорода. Например,

Обратим внимание на то, что это реакция вытеснения.

Следует иметь в виду, что в отличие от металлов, реакционная способность которых тем больше, чем отрицательнее их электродный потенциал, у неметаллов реакционная способность, наоборот, тем больше, чем положительнее их электродный потенциал. Например, хлор вытесняет иод из раствора

Поэтому, чем ниже в электрохимическом ряду напряжений находятся неметаллы, тем более сильными окислителями они являются.

Электролиз

В разд. 10.2 было указано, что в процессе электролиза большое влияние на последовательность разряда различных ионов, содержащихся в электролите, оказывает их положение в ряду напряжений. Чем менее положителен электродный потенциал металла, т. е. чем электроположительнее металл, тем труднее осуществляется разряд его иона. В отличие от этого ионы неметаллов разряжаются тем легче, чем отрицательнее их электродный потенциал.

Извлечение металлов и их коррозия

Подробное обсуждение извлечения и экстракции металлов проводится ниже в разд. «Металлургия». Здесь мы только отметим, что устойчивость металла в восстановленной форме связана с его положением в ряду напряжений металлов. Металлы, расположенные в нижней части ряда напряжений, очень устойчивы в своей восстановленной форме, а металлы, расположенные в верхней части ряда напряжений, как, например, натрий и калий, относительно неустойчивы. Эти металлы легко подвергаются окислению. В самом деле, (почти) все металлы, расположенные в ряду напряжений выше золота, существуют в природе в окисленной форме. Например, натрий существует в виде ионов натрия, железо встречается в природе в виде оксидных руд. Для выделения этих металлов в чистом виде, приходится восстанавливать их окисленные формы. Методы извлечения металлов описаны ниже.

Коррозия-это процесс окисления металла, протекающий на его поверхности. Коррозия может быть обусловлена реакцией металла с кислородом, кислотами и другими соединениями. Золото, расположенное в самом низу ряда напряжений металлов, не подвергается коррозии. Металлы, расположенные в ряду напряжений выше водорода, подвергаются коррозии тем легче, чем выше их положение в этом ряду. Механизм коррозии подробно обсуждается ниже (см. разд. «Коррозия»).