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