ลักษณะทั่วไปของระบบไฟฟ้าเคมี คู่มือวิชาเคมีสำหรับผู้สมัครเข้าศึกษาในสถาบันอุดมศึกษา

Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, ชม 2 , Cu, Ag, Hg, Au

ยิ่งไปทางซ้าย โลหะอยู่ในชุดของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน ยิ่งรีดิวซ์ยิ่งแข็งแกร่ง ตัวรีดิวซ์ที่แรงที่สุดคือลิเธียมโลหะ ทองมีค่าน้อยที่สุด และในทางกลับกัน ทอง (III) ไอออนจะแรงที่สุด ตัวออกซิไดซ์ ลิเธียม (I) เป็นจุดอ่อนที่สุด

โลหะแต่ละชนิดสามารถคืนค่าจากเกลือในสารละลายของโลหะเหล่านั้นที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าหลังจากนั้น ตัวอย่างเช่น เหล็กสามารถแทนที่ทองแดงจากสารละลายของเกลือ อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่าโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธจะทำปฏิกิริยากับน้ำโดยตรง

โลหะที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนสามารถแทนที่มันจากสารละลายของกรดเจือจางในขณะที่ละลายในพวกมัน

กิจกรรมการรีดิวซ์ของโลหะนั้นไม่สอดคล้องกับตำแหน่งของมันในระบบคาบเสมอไป เพราะเมื่อกำหนดตำแหน่งของโลหะในอนุกรม ไม่เพียงแต่คำนึงถึงความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพลังงานที่ใช้ในการทำลายด้วย ของโครงผลึกโลหะ เช่นเดียวกับพลังงานที่ใช้ไปกับการให้ความชุ่มชื้นของไอออน

ปฏิสัมพันธ์กับสารอย่างง่าย

จาก ออกซิเจน โลหะส่วนใหญ่เกิดออกไซด์ - amphoteric และเบส:

4Li + O 2 \u003d 2Li 2 O,

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3

โลหะอัลคาไล ยกเว้นลิเธียม จะเกิดเปอร์ออกไซด์:

2Na + O 2 \u003d นา 2 O 2

จาก ฮาโลเจน โลหะก่อตัวเป็นเกลือของกรดไฮโดรฮาลิก เช่น

Cu + Cl 2 \u003d CuCl 2

จาก ไฮโดรเจน โลหะที่ออกฤทธิ์มากที่สุดก่อตัวเป็นไอออนิกไฮไดรด์ - สารคล้ายเกลือซึ่งไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันเป็น -1

2Na + H 2 = 2NaH

จาก สีเทา โลหะก่อตัวเป็นซัลไฟด์ - เกลือของกรดไฮโดรซัลไฟด์:

จาก ไนโตรเจน โลหะบางชนิดก่อตัวเป็นไนไตรด์ ปฏิกิริยามักจะเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน:

3Mg + N 2 \u003d Mg 3 N 2

จาก คาร์บอน คาร์ไบด์จะเกิดขึ้น

4Al + 3C \u003d อัล 3 C 4

จาก ฟอสฟอรัส - ฟอสฟอรัส:

3Ca + 2P = Ca 3P 2 .

โลหะสามารถโต้ตอบกันเพื่อสร้าง สารประกอบระหว่างโลหะ :

2Na + Sb = นา 2 Sb,

3Cu + Au = Cu 3 Au

โลหะสามารถละลายกันได้ที่อุณหภูมิสูงโดยไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น โลหะผสม.

โลหะผสม

โลหะผสม เรียกว่าระบบที่ประกอบด้วยโลหะตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป เช่นเดียวกับโลหะและอโลหะที่มีคุณสมบัติเฉพาะซึ่งมีอยู่ในสถานะโลหะเท่านั้น

คุณสมบัติของโลหะผสมมีความหลากหลายมากและแตกต่างจากคุณสมบัติของส่วนประกอบเช่นเพื่อให้ทองแข็งและเหมาะสำหรับการทำเครื่องประดับมากขึ้นจะมีการเติมเงินเข้าไปและโลหะผสมที่ประกอบด้วยแคดเมียม 40% และบิสมัท 60% มี จุดหลอมเหลว 144 °С นั่นคือต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของส่วนประกอบมาก (Cd 321 °С, Bi 271 °С)

โลหะผสมประเภทต่อไปนี้เป็นไปได้:

โลหะหลอมเหลวจะถูกผสมเข้าด้วยกันในอัตราส่วนใดๆ โดยจะละลายในกันและกันโดยไม่มีขีดจำกัด เช่น Ag-Au, Ag-Cu, Cu-Ni และอื่นๆ โลหะผสมเหล่านี้เป็นเนื้อเดียวกันในองค์ประกอบ มีความทนทานต่อสารเคมีสูง นำกระแสไฟฟ้า

โลหะที่ยืดแล้วจะถูกผสมเข้าด้วยกันในอัตราส่วนใดๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อถูกทำให้เย็นลง พวกมันจะแยกตัวออกจากกัน และได้มวล ซึ่งประกอบด้วยผลึกของส่วนประกอบแต่ละส่วน เช่น Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb และอื่นๆ

การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของโลหะ การป้องกันแคโทด การป้องกันแอโนด การป้องกันแบบพาสซีฟ ศักย์ไฟฟ้า - ตาราง

ในกรณีส่วนใหญ่ การกัดกร่อนของโลหะเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการเกิดออกซิเดชันของวัสดุ ในทางปฏิบัติสิ่งที่เรียกว่า การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าพร้อมกับการถ่ายโอนสสารที่ใช้งานอยู่ พื้นผิวโลหะอาจมีการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้าเคมี (การกัดกร่อน) เมื่อสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ (สารกัดกร่อน) สารดังกล่าวอาจเป็นก๊าซในบรรยากาศ เช่น ทะเล อากาศในเมืองหรืออุตสาหกรรม (เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไฮโดรเจนคลอไรด์และซัลไฟต์ เป็นต้น) หรือของเหลวที่ออกฤทธิ์ - น้ำเกลือ ด่าง น้ำทะเล เป็นต้น (เช่น รอยมือเปื้อนเหงื่อ)

หากคู่กัลวานิกเกิดขึ้นจากสารกัดกร่อนเข้าสู่พื้นผิวโลหะ การถ่ายโอนสารจากอิเล็กโทรดของคู่หนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งจะทวีความรุนแรงขึ้นหลายครั้ง อัตราการกัดกร่อนถูกกำหนดโดยความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าของคู่ กระบวนการนี้มักจะบอกเป็นนัยเมื่อพูดถึง การกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเคมี.

มีแนวโน้มที่จะบริจาคอิเล็กตรอนเนื่องจากศักย์ไฟฟ้าเชิงลบ โลหะส่วนใหญ่จะถูกออกซิไดซ์ระหว่างการกัดกร่อน หากใช้ศักย์บวกเพิ่มเติมบางอย่างกับวัตถุที่ได้รับการป้องกัน = เพื่อรักษาศักยภาพเชิงลบบางอย่างของลำดับหนึ่งในสิบของโวลต์ ความน่าจะเป็นของปฏิกิริยาออกซิเดชันจะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ วิธีการป้องกันนี้มักจะบอกเป็นนัยเมื่อพูดถึง การป้องกัน cathodic.

หากมีการวางสารจำนวนหนึ่งที่มีศักยภาพของอิเล็กโทรดต่ำ (เช่น สังกะสีหรือแมกนีเซียมเพื่อป้องกันเหล็ก) ไว้ที่จุดที่อาจเกิดการกัดกร่อน ปฏิกิริยาออกซิเดชันจะเกิดขึ้นกับสารนั้น ควรมีการสัมผัสทางไฟฟ้าที่ดีระหว่างส่วนเพิ่มเติมนี้ ขั้วบวกป้องกัน(แอโนดบูชายัญ) และโลหะป้องกัน เดาว่าทำไมท่อถึงสังกะสี? และแผ่นเหล็กสำหรับหลังคา? โดยปกติเมื่อขั้วบวกป้องกันละลายหมดทุกอย่างก็จะดำเนินต่อไปตามปกติ

ภายใต้ การป้องกันแบบพาสซีฟทำความเข้าใจการเคลือบของตัวอย่างที่ได้รับการป้องกันด้วยไดอิเล็กทริกเพื่อป้องกันการเกิดวงจรไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น คุณสามารถทาสีโครงสร้างโลหะด้วยสีน้ำมัน ฯลฯ

โต๊ะ. ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของสารบางชนิด:

วัสดุ	ศักยภาพใน V	โลหะ (M) อโลหะ (NM)
ลิเธียม (หลี่)	-3.04	เอ็ม
โพแทสเซียม (K)	-2.92	เอ็ม
แบเรียม (บา)	-2.90	เอ็ม
แคลเซียม (Ca)	-2.87	เอ็ม
โซเดียม (นา)	-2.71	เอ็ม
แมกนีเซียม (มก.)	-2.36 - -2.37	เอ็ม
อะลูมิเนียม (อัล)	-1.68	เอ็ม
แมงกานีส (Mn)	-1.18 - -1.19	เอ็ม
สังกะสี (Zn)	-0.76	เอ็ม
โครเมียม(Cr)	-0.74	เอ็ม
กำมะถัน (S), ของแข็ง	-0.48 - -0.51	NM
เหล็ก (เฟ)	-0.41 - -0.44	เอ็ม
แคดเมียม (ซีดี)	-0.40	เอ็ม
แทลเลียม (Tl)	-0.34	เอ็ม
โคบอลต์ (ร่วม)	-0.28	เอ็ม
นิกเกิล (นิ)	-0.23	เอ็ม
ดีบุก (Sn)	-0.14	เอ็ม
ตะกั่ว (Pb)	-0.13	เอ็ม
ไฮโดรเจน (2H)	0.00
ทองแดง (Cu)	+0.15	เอ็ม
ไอโอดีน (I), ของแข็ง	+0.54	NM
ซิลเวอร์ (AG)	+0.80	เอ็ม
ปรอท (Hg)	+0.85	เอ็ม
โบรมีน (Br), ของเหลว	+1.07	NM
แพลตตินั่ม (ปตท.)	+1.20	เอ็ม
คลอรีน (Cl), แก๊ส	+1.36	NM
ทอง (ออ)	+1.50	เอ็ม
ฟลูออรีน (F), แก๊ส	+2.87	NM

ในเซลล์ไฟฟ้าเคมี (เซลล์กัลวานิก) อิเล็กตรอนที่เหลืออยู่หลังจากการก่อตัวของไอออนจะถูกลบออกผ่านลวดโลหะและรวมตัวกันใหม่กับไอออนชนิดอื่น นั่นคือประจุในวงจรภายนอกดำเนินการโดยอิเล็กตรอนและภายในเซลล์ผ่านอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอิเล็กโทรดโลหะถูกแช่ด้วยไอออน ดังนั้นจึงได้วงจรไฟฟ้าแบบปิด

ค่าความต่างศักย์ที่วัดได้ในเซลล์ไฟฟ้าเคมี o เนื่องจากความแตกต่างในความสามารถของโลหะแต่ละชนิดในการบริจาคอิเล็กตรอน อิเล็กโทรดแต่ละตัวมีศักยภาพในตัวเอง ระบบอิเล็กโทรด-อิเล็กโทรไลต์แต่ละระบบเป็นครึ่งเซลล์ และครึ่งเซลล์ใดๆ สองเซลล์ก่อตัวเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมี ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดหนึ่งเรียกว่า ศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ ซึ่งจะกำหนดความสามารถของอิเล็กโทรดในการบริจาคอิเล็กตรอน เห็นได้ชัดว่าศักยภาพขององค์ประกอบครึ่งหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ขององค์ประกอบครึ่งหนึ่งและศักยภาพของมัน ศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของไอออนในอิเล็กโทรไลต์และอุณหภูมิ

ไฮโดรเจนได้รับเลือกให้เป็นองค์ประกอบครึ่งหนึ่ง "ศูนย์"; สันนิษฐานว่าไม่มีการดำเนินการใด ๆ เมื่อมีการเพิ่มหรือลบอิเล็กตรอนเพื่อสร้างไอออน ค่าศักย์ไฟฟ้า "ศูนย์" จำเป็นต่อการทำความเข้าใจความสามารถสัมพัทธ์ของแต่ละองค์ประกอบครึ่งเซลล์ทั้งสองเซลล์ในการให้และรับอิเล็กตรอน

ศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ที่วัดเทียบกับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนเรียกว่าสเกลไฮโดรเจน หากแนวโน้มทางอุณหพลศาสตร์ในการบริจาคอิเล็กตรอนในครึ่งหนึ่งของเซลล์ไฟฟ้าเคมีนั้นสูงกว่าในอีกเซลล์หนึ่ง แสดงว่าศักยภาพของเซลล์ครึ่งแรกจะสูงกว่าศักยภาพของเซลล์ที่สอง ภายใต้การกระทำของความต่างศักย์ไฟฟ้าจะเกิดขึ้น เมื่อโลหะสองชนิดรวมกัน เป็นไปได้ที่จะค้นหาความต่างศักย์ระหว่างโลหะทั้งสองกับทิศทางการไหลของอิเล็กตรอน

โลหะอิเล็กโตรโพซิทีฟมีความสามารถสูงในการรับอิเล็กตรอน ดังนั้นจะเป็นแบบขั้วลบหรือแบบมีตระกูล ในทางกลับกัน มีโลหะอิเล็กโตรเนกาทีฟที่สามารถบริจาคอิเล็กตรอนได้เองตามธรรมชาติ โลหะเหล่านี้มีปฏิกิริยาและดังนั้นจึงเป็นขั้วบวก:

- → 0 → +

Al Mn Zn Fe Sn Pb H 2 Cu Ag Au

ตัวอย่างเช่น Cu บริจาคอิเล็กตรอนได้ง่ายขึ้น Ag แต่แย่กว่า Fe . เมื่อมีอิเล็กโทรดทองแดง ไม่มีซิลเวอร์จะเริ่มรวมกับอิเล็กตรอน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไอออนของทองแดงและการตกตะกอนของโลหะเงิน:

2 Ag + + Cu → Cu 2+ + 2 Ag

อย่างไรก็ตาม ทองแดงชนิดเดียวกันมีปฏิกิริยาน้อยกว่าเหล็ก เมื่อโลหะเหล็กสัมผัสกับไม่มีทองแดง มันจะตกตะกอน และเหล็กจะเข้าสู่สารละลาย:

เฟ + ลูกบาศ์ก 2+ → เฟ 2+ + ลูกบาศ์ก

อาจกล่าวได้ว่าทองแดงเป็นโลหะแคโทดิกที่สัมพันธ์กับเหล็กและโลหะแอโนดที่สัมพันธ์กับเงิน

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรดถือเป็นศักย์ของโลหะครึ่งเซลล์บริสุทธิ์ที่ผ่านการอบอ่อนอย่างเต็มที่ในฐานะอิเล็กโทรดที่สัมผัสกับไอออนที่อุณหภูมิ 25 0 C ในการวัดเหล่านี้ อิเล็กโทรดไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง ในกรณีของโลหะไดวาเลนต์ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่สอดคล้องกันสามารถเขียนได้:

M + 2H +→ M 2+ + H 2 .

หากโลหะได้รับคำสั่งจากมากไปหาน้อยของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน จะได้ชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะที่เรียกว่าไฟฟ้าเคมี (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1. ชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะไฟฟ้าเคมี

	สมดุลของโลหะไอออน (กิจกรรมเดียว)	ศักย์ไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนที่ 25°C, V (ศักย์ลดลง)
มีคุณธรรมสูง หรือ cathodic	Au-Au 3+	1,498
	Pt-Pt 2+
	Pd-Pd 2+	0,987
	Ag-Ag+	0,799
	Hg-Hg 2+	0,788
	Cu-Cu 2+	0,337
	H 2 -H +
	PB-Pb 2+	0,126
	Sn-Sn 2+	0,140
	นิ-นิ 2+	0,236
	โคโค่ 2+	0,250
	ซีดี-ซีดี 2+	0,403
	Fe-Fe 2+	0,444
	Cr-Cr 2+	0,744
	Zn-Zn 2+	0,763
คล่องแคล่ว หรือแอโนด	อัล-Al2+	1,662
	Mg-Mg2+	2,363
	นา-นา +	2,714
	K-K+	2,925

ตัวอย่างเช่น ในเซลล์กัลวานิกทองแดง-สังกะสี อิเล็กตรอนจะไหลจากสังกะสีไปยังทองแดง อิเล็กโทรดทองแดงเป็นขั้วบวกในวงจรนี้ และอิเล็กโทรดสังกะสีเป็นขั้วลบ สังกะสีที่มีปฏิกิริยามากขึ้นจะสูญเสียอิเล็กตรอน:

สังกะสี → Zn 2+ + 2е - ; E°=+0.763 V.

ทองแดงมีปฏิกิริยาน้อยกว่าและรับอิเล็กตรอนจากสังกะสี:

ลูกบาศ์ก 2+ + 2e - → ลูกบาศ์ก; E°=+0.337 V.

แรงดันไฟฟ้าบนลวดโลหะที่เชื่อมต่ออิเล็กโทรดจะเป็น:

0.763V + 0.337V = 1.1V

ตารางที่ 2 ศักย์คงที่ของโลหะและโลหะผสมบางชนิดในน้ำทะเลเทียบกับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนปกติ (GOST 9.005-72)

โลหะ	ศักยภาพเครื่องเขียน ที่	โลหะ	ศักยภาพเครื่องเขียน ที่
แมกนีเซียม	1,45	นิกเกิล (ใช้งานอยู่ร่วมยืน)	0,12
โลหะผสมแมกนีเซียม (6% Aล , 3 % สังกะสี 0,5 % มิน)	1,20	โลหะผสมทองแดง LMtsZh-55 3-1	0,12
สังกะสี	0,80	ทองเหลือง (30 % สังกะสี)	0,11
โลหะผสมอลูมิเนียม (10%มิน)	0,74	บรอนซ์ (5-10 % อัล)	0,10
โลหะผสมอลูมิเนียม (10%สังกะสี)	0,70	ทองเหลืองแดง (5-10 % สังกะสี)	0,08
อลูมิเนียมอัลลอยด์ K48-1	0,660	ทองแดง	0,08
อลูมิเนียมอัลลอยด์ B48-4	0,650	คิวโปรนิกเกิล (30%นิ)	0,02
อลูมิเนียมอัลลอยด์ AMg5	0,550	สีบรอนซ์ "เนวา"	0,01
อะลูมินัมอัลลอย AMg61	0,540	บรอนซ์ บ. AJN 9-4-4	0,02
อลูมิเนียม	0,53	สแตนเลส X13 (สถานะแฝง)	0,03
แคดเมียม	0,52	นิกเกิล (สถานะแฝง)	0,05
Duralumin และอลูมิเนียมอัลลอยด์ AMg6	0,50	สแตนเลส X17 (สถานะแฝง)	0,10
เหล็ก	0,50	เทคนิคไทเทเนียม	0,10
เหล็กกล้า 45G17Yu3	0,47	เงิน	0,12
เหล็ก St4S	0,46	สแตนเลส 1X14ND	0,12
เหล็ก SHL4	0,45	ไทเทเนียมไอโอไดด์	0,15
เหล็กกล้าชนิด AK และเหล็กกล้าคาร์บอน	0,40	สแตนเลส Kh18N9 (สถานะแฝง) และ OH17N7Yu	0,17
เหล็กหล่อสีเทา	0,36	โมเนลเมทัล	0,17
สแตนเลส X13 และ X17 (สถานะใช้งาน)	0,32	สแตนเลส Х18Н12М3 (สถานะแฝง)	0,20
เหล็กหล่อทองแดงนิกเกิล (12-15%นิ 5-7% ศรี)	0,30	เหล็กกล้าไร้สนิม Х18Н10Т	0,25
ตะกั่ว	0,30	แพลตตินั่ม	0,40
ดีบุก	0,25

บันทึก . ค่าตัวเลขที่ระบุของศักยภาพและลำดับของโลหะในชุดข้อมูลอาจแตกต่างกันไปตามองศาที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของโลหะ องค์ประกอบของน้ำทะเล ระดับการเติมอากาศ และสถานะของพื้นผิวของ โลหะ

กรอสส์ อี., ไวส์แมนเทล เอ็กซ์.

เคมีสำหรับผู้อยากรู้อยากเห็น พื้นฐานของเคมีและการทดลองที่สนุกสนาน

บทที่ 3 (ต่อ)

หลักสูตรขนาดเล็กของไฟฟ้าเคมีของโลหะ

เราได้ทำความคุ้นเคยกับอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของคลอไรด์โลหะอัลคาไลและการผลิตโลหะโดยใช้การหลอมเหลวแล้ว ตอนนี้ เรามาลองทดลองง่ายๆ สองสามข้อเพื่อศึกษากฎเคมีไฟฟ้าของสารละลายในน้ำ เซลล์กัลวานิก และทำความคุ้นเคยกับการผลิตสารเคลือบป้องกันด้วยไฟฟ้า
วิธีการทางเคมีไฟฟ้าใช้ในเคมีวิเคราะห์สมัยใหม่และใช้เพื่อกำหนดปริมาณที่สำคัญที่สุดในเคมีเชิงทฤษฎี
สุดท้าย การกัดกร่อนของวัตถุที่เป็นโลหะซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อเศรษฐกิจของประเทศ ส่วนใหญ่เป็นกระบวนการไฟฟ้าเคมี

ช่วงแรงดันไฟฟ้าของโลหะ

การเชื่อมโยงพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจกระบวนการไฟฟ้าเคมีคือชุดแรงดันไฟฟ้าของโลหะ โลหะสามารถจัดเรียงเป็นแถวที่เริ่มต้นด้วยปฏิกิริยาและจบลงด้วยโลหะมีตระกูลที่มีปฏิกิริยาน้อยที่สุด:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, เป็น, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
ตามแนวคิดล่าสุด ชุดของแรงดันไฟฟ้าสำหรับโลหะและไฮโดรเจนที่สำคัญที่สุดเป็นอย่างไร หากอิเล็กโทรดของเซลล์กัลวานิกทำมาจากโลหะสองชนิดใดๆ ในแถว แรงดันลบจะปรากฏบนวัสดุที่อยู่ก่อนหน้าในแถวนั้น
ค่าแรงดันไฟฟ้า ( ศักย์ไฟฟ้าเคมี) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งขององค์ประกอบในชุดแรงดันไฟฟ้าและคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์
เราจะสร้างแก่นแท้ของอนุกรมแรงดันจากการทดลองง่ายๆ สองสามอย่าง ซึ่งเราต้องการแหล่งกระแสและเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า ให้ละลายผลึกคอปเปอร์ซัลเฟตประมาณ 10 กรัมในน้ำ 100 มล. แล้วจุ่มเข็มเหล็กหรือแผ่นเหล็กลงในสารละลาย (เราขอแนะนำให้คุณทำความสะอาดเตารีดให้เงางามก่อนด้วยผ้าทรายบางๆ) หลังจากนั้นไม่นาน เตารีดจะเคลือบด้วยทองแดงที่ปล่อยออกมาเป็นชั้นสีแดง ธาตุเหล็กที่มีฤทธิ์มากขึ้นจะแทนที่ทองแดงออกจากสารละลาย โดยที่เหล็กจะละลายเป็นไอออนและทองแดงจะปลดปล่อยออกมาเป็นโลหะ กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปตราบใดที่สารละลายสัมผัสกับเตารีด ทันทีที่ทองแดงครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดของเหล็ก ทองแดงจะหยุดทำงานจริง ในกรณีนี้จะเกิดชั้นทองแดงที่ค่อนข้างมีรูพรุนเพื่อไม่ให้เคลือบป้องกันได้โดยไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้า
ในการทดลองต่อไปนี้ เราจะลดแถบสังกะสีเล็กๆ และนำดีบุกลงในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต หลังจากผ่านไป 15 นาที ให้นำออกมาล้างและตรวจดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ เราสามารถเห็นลวดลายที่สวยงามเหมือนน้ำแข็งที่มีสีแดงในแสงสะท้อนและประกอบด้วยทองแดงที่ปลดปล่อยออกมา ในที่นี้เช่นกัน โลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นถ่ายโอนทองแดงจากไอออนิกไปยังสถานะโลหะ
ในทางกลับกัน ทองแดงสามารถแทนที่โลหะที่อยู่ต่ำกว่าในชุดของแรงดันไฟฟ้า นั่นคือ แอคทีฟน้อยกว่า บนแผ่นทองแดงบาง ๆ หรือบนลวดทองแดงที่แบน (หลังจากทำความสะอาดพื้นผิวให้เงางามก่อนหน้านี้) เราใช้สารละลายซิลเวอร์ไนเตรตสองสามหยด ด้วยตาเปล่า จะสามารถสังเกตเห็นการเคลือบสีดำที่เกิดขึ้น ซึ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ในแสงสะท้อนดูเหมือนเข็มบางๆ และลวดลายของพืช (ที่เรียกว่าเดนไดรต์)
ในการแยกสังกะสีออกโดยไม่ใช้กระแสไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้โลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้น หากไม่รวมโลหะที่ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ เราพบว่าแมกนีเซียมอยู่ในชุดของความเค้นเหนือสังกะสี เราวางสารละลายซิงค์ซัลเฟตสองสามหยดบนเทปแมกนีเซียมหรือบนชิปอิเล็กตรอนบางๆ เราได้รับสารละลายของซิงค์ซัลเฟตโดยละลายสังกะสีในกรดซัลฟิวริกเจือจาง ควบคู่ไปกับสังกะสีซัลเฟตให้เติมแอลกอฮอล์ที่ทำให้เสียสภาพสองสามหยด สำหรับแมกนีเซียม หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ เราสังเกตเห็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ สังกะสีที่แยกออกเป็นผลึกบางๆ
โดยทั่วไป สมาชิกของชุดแรงดันไฟฟ้าใดๆ สามารถถูกบังคับให้ออกจากสารละลาย โดยที่มันอยู่ในรูปของไอออน และถ่ายโอนไปยังสถานะโลหะ อย่างไรก็ตาม เมื่อลองใช้ชุดค่าผสมทุกประเภท เราอาจผิดหวัง ดูเหมือนว่าถ้าแถบอลูมิเนียมแช่อยู่ในสารละลายของเกลือของทองแดง เหล็ก ตะกั่วและสังกะสี โลหะเหล่านี้ควรโดดเด่นกว่านั้น แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น สาเหตุของความล้มเหลวไม่ได้เกิดจากข้อผิดพลาดในชุดของแรงดันไฟฟ้า แต่ขึ้นอยู่กับการยับยั้งปฏิกิริยาพิเศษ ซึ่งในกรณีนี้เกิดจากฟิล์มออกไซด์บางๆ บนพื้นผิวอลูมิเนียม ในการแก้ปัญหาดังกล่าว เรียกว่าอะลูมิเนียมแบบพาสซีฟ

มาดูเบื้องหลังกันดีกว่า

เพื่อกำหนดรูปแบบของกระบวนการต่อเนื่อง เราสามารถจำกัดตัวเราให้พิจารณาไพเพอร์ และแยกแอนไอออนออก เนื่องจากพวกมันเองไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา (อย่างไรก็ตาม ชนิดของแอนไอออนส่งผลต่ออัตราการสะสม) หากเพื่อความง่าย เราคิดว่าทั้งโลหะที่ถูกปลดปล่อยและที่ละลายได้ให้ไอออนบวกที่มีประจุเป็นสองเท่า เราสามารถเขียนได้ว่า:

ฉัน 1 + ฉัน 2 2+ = ฉัน 1 2+ + ฉัน 2

นอกจากนี้สำหรับการทดลองครั้งแรก Me 1 = Fe, Me 2 = Сu
ดังนั้น กระบวนการประกอบด้วยการแลกเปลี่ยนประจุ (อิเล็กตรอน) ระหว่างอะตอมและไอออนของโลหะทั้งสอง หากเราพิจารณาแยกกัน (เป็นปฏิกิริยาขั้นกลาง) การละลายของธาตุเหล็กหรือการตกตะกอนของทองแดง เราจะได้:

เฟ = เฟ 2+ + 2 อี --

สู 2+ + 2 อี--= Cu

ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่โลหะถูกแช่ในน้ำหรือในสารละลายเกลือด้วยไอออนบวกซึ่งการแลกเปลี่ยนเป็นไปไม่ได้เนื่องจากตำแหน่งในชุดของแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้ โลหะมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นสารละลายในรูปของไอออน ในกรณีนี้ อะตอมของโลหะจะปล่อยอิเลคตรอน 2 ตัว (ถ้าโลหะเป็นไดวาเลนต์) พื้นผิวของโลหะที่แช่ในสารละลายจะมีประจุเป็นลบเมื่อเทียบกับสารละลาย และเกิดชั้นไฟฟ้าสองชั้นขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ความต่างศักย์นี้ช่วยป้องกันการละลายของโลหะเพิ่มเติม เพื่อให้กระบวนการหยุดลงในไม่ช้า
หากโลหะสองชนิดต่างกันจุ่มลงในสารละลาย ทั้งสองก็จะถูกประจุ แต่โลหะที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่าจะค่อนข้างอ่อน เนื่องจากอะตอมของโลหะนั้นมีแนวโน้มที่จะแยกอิเล็กตรอนได้น้อยกว่า
เชื่อมต่อโลหะทั้งสองกับตัวนำ เนื่องจากความต่างศักย์ การไหลของอิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะที่แอคทีฟมากกว่าไปยังโลหะที่มีแอคทีฟน้อยกว่า ซึ่งเป็นขั้วบวกของธาตุ กระบวนการเกิดขึ้นโดยที่โลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นจะเข้าสู่สารละลาย และไอออนบวกจากสารละลายจะถูกปล่อยออกมาบนโลหะที่มีตระกูลสูงกว่า ให้เราอธิบายด้วยการทดลองสองสามอย่างเกี่ยวกับการให้เหตุผลเชิงนามธรรมข้างต้น (ซึ่งยิ่งไปกว่านั้น
ขั้นแรก เติมบีกเกอร์ที่มีความจุ 250 มล. ลงไปตรงกลางด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริก 10% และจุ่มสังกะสีและทองแดงชิ้นเล็กๆ ลงไป เราบัดกรีหรือตอกลวดทองแดงกับขั้วไฟฟ้าทั้งสองขั้วซึ่งปลายไม่ควรสัมผัสกับสารละลาย
ตราบใดที่ปลายลวดไม่เชื่อมต่อกัน เราจะสังเกตการละลายของสังกะสี ซึ่งมาพร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจน สังกะสี ดังต่อไปนี้จากชุดแรงดันไฟฟ้า มีแอกทีฟมากกว่าไฮโดรเจน ดังนั้นโลหะจึงสามารถแทนที่ไฮโดรเจนจากสถานะไอออนิกได้ โลหะทั้งสองก่อให้เกิดชั้นไฟฟ้าสองชั้น ความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดจะตรวจจับได้ง่ายที่สุดด้วยโวลต์มิเตอร์ ทันทีหลังจากเปิดอุปกรณ์ในวงจร ลูกศรจะแสดงประมาณ 1 V แต่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว หากคุณเชื่อมต่อหลอดไฟขนาดเล็กเข้ากับองค์ประกอบที่ใช้แรงดันไฟฟ้า 1 V หลอดไฟจะสว่างขึ้น - ในตอนแรกค่อนข้างแรงและแสงจะอ่อนลง
โดยขั้วของขั้วของอุปกรณ์ เราสามารถสรุปได้ว่าขั้วทองแดงเป็นขั้วบวก สามารถพิสูจน์ได้แม้ไม่มีอุปกรณ์โดยพิจารณาจากเคมีไฟฟ้าของกระบวนการ ให้เราเตรียมสารละลายอิ่มตัวของเกลือแกงในบีกเกอร์ขนาดเล็กหรือในหลอดทดลอง เติมสารละลายแอลกอฮอล์ของตัวบ่งชี้ฟีนอฟทาลีนประมาณ 0.5 มล. แล้วจุ่มอิเล็กโทรดทั้งสองที่ปิดด้วยลวดลงในสารละลาย ใกล้ขั้วลบจะสังเกตเห็นสีแดงเล็กน้อยซึ่งเกิดจากการก่อตัวของโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ขั้วลบ
ในการทดลองอื่นๆ เราสามารถวางโลหะคู่ต่างๆ ไว้ในเซลล์และกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ได้ ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมและเงินจะให้ความต่างศักย์สูงเป็นพิเศษเนื่องจากระยะห่างที่สำคัญระหว่างพวกมันในชุดของแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่สังกะสีและเหล็กจะให้ค่าที่เล็กมาก น้อยกว่าหนึ่งในสิบของโวลต์ การใช้อลูมิเนียมเราจะไม่ได้รับกระแสใด ๆ เนื่องจากการทู่
องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้หรือตามที่นักไฟฟ้าเคมีกล่าวว่าวงจรมีข้อเสียที่เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกนำไปใช้แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นนักไฟฟ้าเคมีจะวัดค่าที่แท้จริงของแรงดันไฟฟ้าในสถานะที่ไม่มีพลังงานโดยใช้วิธีการชดเชยแรงดันไฟเสมอ นั่นคือ โดยการเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสอื่น
ให้เราพิจารณากระบวนการในองค์ประกอบทองแดงสังกะสีโดยละเอียดยิ่งขึ้น ที่แคโทด สังกะสีจะเข้าสู่สารละลายตามสมการต่อไปนี้

Zn = Zn2+ + 2 อี --

ไอออนไฮโดรเจนของกรดซัลฟิวริกถูกปล่อยบนขั้วบวกทองแดง พวกเขาแนบอิเล็กตรอนที่ผ่านลวดจากสังกะสีแคโทดและเป็นผลให้เกิดฟองไฮโดรเจน:

2H + + 2 อี-- \u003d H 2

หลังจากช่วงเวลาสั้น ๆ ทองแดงจะถูกปกคลุมด้วยฟองไฮโดรเจนบาง ๆ ในกรณีนี้ อิเล็กโทรดทองแดงจะเปลี่ยนเป็นอิเล็กโทรดไฮโดรเจน และความต่างศักย์จะลดลง กระบวนการนี้เรียกว่าขั้วไฟฟ้า โพลาไรเซชันของอิเล็กโทรดทองแดงสามารถขจัดออกได้โดยการเพิ่มสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมตเล็กน้อยลงในเซลล์หลังจากแรงดันตกคร่อม หลังจากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเนื่องจากโพแทสเซียมไดโครเมตจะทำให้ไฮโดรเจนออกซิไดซ์เป็นน้ำ โพแทสเซียมไดโครเมตทำหน้าที่เป็นตัวเปลี่ยนขั้ว
ในทางปฏิบัติจะใช้วงจรไฟฟ้าซึ่งอิเล็กโทรดที่ไม่มีโพลาไรซ์หรือวงจรซึ่งโพลาไรซ์สามารถกำจัดได้โดยการเพิ่มตัวแยกขั้ว
ตัวอย่างขององค์ประกอบที่ไม่สามารถโพลาไรซ์ได้ ให้พิจารณาองค์ประกอบ Daniell ซึ่งมักใช้ในอดีตเป็นแหล่งปัจจุบัน นอกจากนี้ยังเป็นองค์ประกอบทองแดงสังกะสี แต่โลหะทั้งสองถูกแช่ในสารละลายที่แตกต่างกัน อิเล็กโทรดสังกะสีวางอยู่ในเซลล์ดินเหนียวที่มีรูพรุนซึ่งเต็มไปด้วยกรดซัลฟิวริกเจือจาง (ประมาณ 20%) เซลล์ดินเหนียวถูกแขวนไว้ในบีกเกอร์ขนาดใหญ่ที่มีสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตเข้มข้น และที่ด้านล่างมีชั้นของผลึกคอปเปอร์ซัลเฟต อิเล็กโทรดที่สองในภาชนะนี้คือกระบอกแผ่นทองแดง
ส่วนประกอบนี้สามารถทำจากเหยือกแก้ว เซลล์ดินเหนียวที่มีจำหน่ายทั่วไป (ในกรณีที่รุนแรงมาก ให้ใช้กระถางดอกไม้ ปิดรูที่ด้านล่าง) และขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่มีขนาดเหมาะสม
ในระหว่างการทำงานขององค์ประกอบ สังกะสีจะละลายด้วยการก่อตัวของสังกะสีซัลเฟต และไอออนของทองแดงจะถูกปล่อยบนอิเล็กโทรดทองแดง แต่ในขณะเดียวกัน อิเล็กโทรดทองแดงไม่มีโพลาไรซ์ และองค์ประกอบนั้นให้แรงดันไฟประมาณ 1 V ตามทฤษฎีแล้ว แรงดันที่ขั้วคือ 1.10 V แต่เมื่อเรารับกระแส เราจะวัดค่าที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเนื่องจาก ต่อความต้านทานไฟฟ้าของเซลล์
หากเราไม่เอากระแสออกจากเซลล์ เราต้องเอาอิเล็กโทรดสังกะสีออกจากสารละลายกรดซัลฟิวริก เพราะไม่เช่นนั้นจะละลายกลายเป็นไฮโดรเจน
แผนภาพของเซลล์อย่างง่ายซึ่งไม่ต้องการพาร์ติชั่นที่มีรูพรุนแสดงอยู่ในรูป อิเล็กโทรดสังกะสีอยู่ในโถแก้วที่ด้านบน และอิเล็กโทรดทองแดงอยู่ใกล้ด้านล่าง เซลล์ทั้งหมดเต็มไปด้วยสารละลายโซเดียมคลอไรด์อิ่มตัว ที่ด้านล่างของโถเราเทคริสตัลคอปเปอร์ซัลเฟตจำนวนหนึ่ง สารละลายเข้มข้นของคอปเปอร์ซัลเฟตที่ได้จะผสมกับสารละลายเกลือทั่วไปช้ามาก ดังนั้นในระหว่างการทำงานของเซลล์ ทองแดงจะถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดทองแดง และสังกะสีในรูปของซัลเฟตหรือคลอไรด์จะละลายในส่วนบนของเซลล์
ปัจจุบันแบตเตอรี่ใช้เซลล์แบบแห้งโดยเฉพาะ ซึ่งสะดวกกว่าในการใช้งาน บรรพบุรุษของพวกเขาคือองค์ประกอบ Leclanchet อิเล็กโทรดเป็นกระบอกสังกะสีและแท่งคาร์บอน อิเล็กโทรไลต์เป็นแป้งที่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแอมโมเนียมคลอไรด์ สังกะสีละลายในแป้ง และไฮโดรเจนจะถูกปล่อยบนถ่านหิน เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพลาไรซ์ แท่งคาร์บอนจะถูกหย่อนลงในถุงลินินที่มีส่วนผสมของผงถ่านหินและไพโรลูไซต์ ผงคาร์บอนช่วยเพิ่มพื้นผิวของอิเล็กโทรด และไพโรลูไซต์ทำหน้าที่เป็นตัวแยกขั้ว ออกซิไดซ์ไฮโดรเจนอย่างช้าๆ
จริงอยู่ ความสามารถในการขั้วของไพโรลูไซต์นั้นอ่อนแอกว่าโพแทสเซียมไดโครเมตที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ดังนั้นเมื่อได้รับกระแสในเซลล์แห้ง แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว พวกเขา " เหนื่อยยาก"เนื่องจากโพลาไรเซชัน หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง การเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นกับไพโรลูไซต์ ดังนั้น ธาตุ" พักผ่อน" หากคุณไม่ผ่านกระแสไฟในบางครั้ง ลองตรวจสอบแบตเตอรี่ไฟฉายที่เราเชื่อมต่อหลอดไฟ ขนานกับหลอดไฟนั่นคือเราเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์โดยตรงกับขั้ว
ในตอนแรก แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 4.5 V. (โดยมากแล้ว เซลล์สามเซลล์เชื่อมต่อแบบอนุกรมในแบตเตอรี่ดังกล่าว โดยแต่ละเซลล์มีแรงดันไฟฟ้าตามทฤษฎีที่ 1.48 V.) หลังจากนั้นครู่หนึ่ง แรงดันไฟฟ้าจะลดลง หลอดไฟจะอ่อนลง การอ่านโวลต์มิเตอร์ทำให้เราสามารถตัดสินได้ว่าแบตเตอรี่ต้องพักนานแค่ไหน
สถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยองค์ประกอบที่สร้างใหม่ที่เรียกว่า ตัวสะสม. ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นในตัวพวกมัน และสามารถชาร์จใหม่ได้หลังจากที่เซลล์ถูกคายประจุโดยเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสตรงภายนอก
ปัจจุบันแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นแบตเตอรี่ที่พบมากที่สุด ในนั้นอิเล็กโทรไลต์จะเจือจางกรดซัลฟิวริกโดยแช่แผ่นตะกั่วสองแผ่น อิเล็กโทรดบวกเคลือบด้วยตะกั่วไดออกไซด์ PbO 2 อิเล็กโทรดลบคือตะกั่วโลหะ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 2.1 โวลต์ ในระหว่างการคายประจุ ตะกั่วซัลเฟตจะก่อตัวขึ้นบนแผ่นทั้งสอง ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นตะกั่วโลหะและกลายเป็นตะกั่วเปอร์ออกไซด์อีกครั้งในระหว่างการชาร์จ

เคลือบชุบ

การตกตะกอนของโลหะจากสารละลายในน้ำโดยใช้กระแสไฟฟ้าเป็นกระบวนการย้อนกลับของการละลายด้วยไฟฟ้า ซึ่งเราพบเมื่อพิจารณาถึงเซลล์กัลวานิก ก่อนอื่น ให้เราตรวจสอบการตกตะกอนของทองแดง ซึ่งใช้ในคูลอมิเตอร์ทองแดงเพื่อวัดปริมาณไฟฟ้า

โลหะถูกฝากโดยกระแส

เมื่องอปลายทองแดงแผ่นบางสองแผ่นเราแขวนไว้บนผนังฝั่งตรงข้ามของบีกเกอร์หรือดีกว่าคือตู้ปลาแก้วขนาดเล็ก เราต่อสายไฟเข้ากับเพลตที่มีขั้ว
อิเล็กโทรไลต์เตรียมตามสูตรต่อไปนี้: ผลึกคอปเปอร์ซัลเฟต 125 กรัม, กรดซัลฟิวริกเข้มข้น 50 กรัมและแอลกอฮอล์ 50 กรัม (แอลกอฮอล์ที่ทำให้เสียสภาพ) ส่วนที่เหลือคือน้ำมากถึง 1 ลิตร ในการทำเช่นนี้ขั้นแรกให้ละลายคอปเปอร์ซัลเฟตในน้ำ 500 มล. จากนั้นให้เติมกรดซัลฟิวริกในส่วนเล็ก ๆ ( เครื่องทำความร้อน! ของเหลวอาจกระเด็น!) แล้วเทแอลกอฮอล์ลงไปแล้วเติมน้ำให้ได้ปริมาตร 1 ลิตร
เราเติมคูลอมิเตอร์ด้วยสารละลายที่เตรียมไว้และรวมความต้านทานผันแปร แอมมิเตอร์ และแบตเตอรี่ตะกั่วในวงจร ด้วยความช่วยเหลือของความต้านทาน เราปรับกระแสเพื่อให้ความหนาแน่นของมันคือ 0.02-0.01 A/cm 2 ของพื้นผิวอิเล็กโทรด หากแผ่นทองแดงมีพื้นที่ 50 ซม. 2 ความแรงของกระแสควรอยู่ในช่วง 0.5-1 A
เมื่อเวลาผ่านไป ทองแดงโลหะสีแดงอ่อนจะเริ่มตกตะกอนที่ขั้วลบ (ขั้วลบ) และทองแดงจะเข้าสู่สารละลายที่ขั้วบวก (ขั้วบวก) ในการทำความสะอาดแผ่นทองแดง เราจะผ่านกระแสไฟในคูลอมิเตอร์ประมาณครึ่งชั่วโมง จากนั้นเราก็นำแคโทดออกมาเช็ดให้แห้งด้วยกระดาษกรองและชั่งน้ำหนักให้ถูกต้อง เราติดตั้งอิเล็กโทรดในเซลล์ ปิดวงจรด้วยรีโอสแตต และรักษากระแสคงที่ เช่น 1 A หลังจากนั้นหนึ่งชั่วโมง เราจะเปิดวงจรและชั่งน้ำหนักแคโทดแห้งอีกครั้ง ที่กระแสไฟฟ้า 1 A ต่อชั่วโมงของการทำงาน มวลของมันจะเพิ่มขึ้น 1.18 ก.
ดังนั้น ปริมาณไฟฟ้าเท่ากับ 1 แอมแปร์-ชั่วโมง เมื่อผ่านสารละลายสามารถปล่อยทองแดง 1.18 กรัม หรือโดยทั่วไป ปริมาณของสารที่ปล่อยออกมาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลาย
เพื่อแยก 1 เทียบเท่าของไอออน จำเป็นต้องผ่านสารละลายในปริมาณไฟฟ้าเท่ากับผลคูณของประจุไฟฟ้า e และหมายเลข Avogadro นู๋ตอบ:
อี*น A \u003d 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 \u003d 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 ค่านี้ระบุด้วยสัญลักษณ์ Fและตั้งชื่อตามผู้ค้นพบกฎเชิงปริมาณของอิเล็กโทรไลซิส หมายเลขฟาราเดย์(มูลค่าที่แน่นอน F- 96 498 A * s * mol -1) ดังนั้น เพื่อแยกจำนวนเทียบเท่าที่กำหนดออกจากสารละลาย น e ผ่านสารละลาย ปริมาณไฟฟ้าเท่ากับ ฟ*น e A * s * mol -1. กล่าวอีกนัยหนึ่ง
มัน =ฟ*นอยู่ที่นี่ ฉัน- หมุนเวียน, tคือเวลาที่กระแสไหลผ่านสารละลาย ในบท " พื้นฐานการไทเทรต“มันแสดงให้เห็นแล้วว่าจำนวนเทียบเท่าของสาร น e เท่ากับผลคูณของจำนวนโมลด้วยจำนวนที่เท่ากัน:
นอี = น*Zเพราะเหตุนี้:

ฉัน*t = เ*น*Z

ในกรณีนี้ Z- ประจุไอออน (สำหรับ Ag + Z= 1 สำหรับ Cu 2+ Z= 2 สำหรับอัล 3+ Z= 3 เป็นต้น) ถ้าเราแสดงจำนวนโมลเป็นอัตราส่วนของมวลต่อมวลโมลาร์ ( น = ม. / ม) จากนั้นเราจะได้สูตรที่ให้คุณคำนวณกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส:

มัน =F*m*Z / M

ใช้สูตรนี้เพื่อคำนวณกระแส:

ฉัน = F*m*Z/(t*M)\u003d 9.65 * 10 4 * 1.18 * 2 / (3600 * 63.54) A * s * g * mol / (s * mol * g) \u003d 0.996 A

ถ้าเราแนะนำอัตราส่วนสำหรับงานไฟฟ้า Wอีเมล

Wอีเมล = U*I*tและ Wอีเมล / ยู = มัน

แล้วรู้ถึงความตึงเครียด ยูคุณสามารถคำนวณ:

Wอีเมล = F*m*Z*U/M

คุณยังสามารถคำนวณได้ว่าจะใช้เวลานานแค่ไหนในการปล่อยสารด้วยไฟฟ้าในปริมาณหนึ่ง หรือปริมาณของสารจะถูกปล่อยออกมาในช่วงเวลาหนึ่ง ระหว่างการทดสอบ ความหนาแน่นกระแสต้องคงอยู่ภายในขอบเขตที่กำหนด หากน้อยกว่า 0.01 A / cm 2 โลหะจะถูกปล่อยออกน้อยเกินไปเนื่องจากไอออนของทองแดง (I) จะก่อตัวเป็นบางส่วน หากความหนาแน่นกระแสสูงเกินไป การยึดเกาะของสารเคลือบกับอิเล็กโทรดจะอ่อน และเมื่อนำอิเล็กโทรดออกจากสารละลาย อาจพังได้
ในทางปฏิบัติ การเคลือบกัลวานิกบนโลหะใช้เป็นหลักในการป้องกันการกัดกร่อนและเพื่อให้ได้ผิวกระจก
นอกจากนี้ โลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งทองแดงและตะกั่ว ได้รับการขัดเกลาด้วยการละลายแบบขั้วบวกและการแยกออกที่ขั้วลบ (การกลั่นด้วยไฟฟ้า)
ในการชุบทองแดงหรือนิกเกิล คุณต้องทำความสะอาดพื้นผิวของวัตถุก่อน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ขัดมันด้วยชอล์กที่ละลายน้ำแล้วค่อยๆ ขจัดไขมันออกด้วยสารละลายเจือจางของโซดาไฟ น้ำ และแอลกอฮอล์ หากวัตถุมีสนิม จำเป็นต้องดองล่วงหน้าในสารละลายกรดซัลฟิวริก 10-15%
เราจะแขวนผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดในอ่างอิเล็กโทรไลต์ (ตู้ปลาขนาดเล็กหรือบีกเกอร์) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นแคโทด
สารละลายสำหรับการชุบทองแดงประกอบด้วยคอปเปอร์ซัลเฟต 250 กรัมและกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 80-100 กรัมในน้ำ 1 ลิตร (ข้อควรระวัง!) ในกรณีนี้แผ่นทองแดงจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก พื้นผิวของขั้วบวกควรเท่ากับพื้นผิวของวัตถุที่เคลือบโดยประมาณ ดังนั้น คุณต้องแน่ใจว่าขั้วบวกทองแดงแขวนอยู่ในอ่างที่ระดับความลึกเท่ากับขั้วลบเสมอ
กระบวนการจะดำเนินการที่แรงดันไฟฟ้า 3-4 V (แบตเตอรี่สองก้อน) และความหนาแน่นกระแส 0.02-0.4 A/cm 2 . อุณหภูมิของสารละลายในอ่างควรอยู่ที่ 18-25 องศาเซลเซียส
ให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าระนาบของขั้วบวกและพื้นผิวที่จะเคลือบนั้นขนานกัน เป็นการดีกว่าที่จะไม่ใช้วัตถุที่มีรูปร่างซับซ้อน ด้วยระยะเวลาที่แตกต่างกันของอิเล็กโทรไลซิส จึงสามารถเคลือบทองแดงที่มีความหนาต่างกันได้
การชุบทองแดงเบื้องต้นมักใช้วิธีการเคลือบที่ทนทานของโลหะอื่นในชั้นนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมักใช้ในการชุบเหล็ก โครเมียม การหล่อสังกะสี การชุบนิกเกิล และในกรณีอื่นๆ แท้จริงแล้วอิเล็กโทรไลต์ไซยาไนด์ที่เป็นพิษมากถูกนำมาใช้เพื่อการนี้
ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบนิกเกิล ให้ละลายผลึกนิกเกิลซัลเฟต 25 กรัม กรดบอริก 10 กรัม หรือโซเดียมซิเตรต 10 กรัม ในน้ำ 450 มล. โซเดียมซิเตรตสามารถเตรียมได้โดยการทำให้สารละลายกรดซิตริก 10 กรัมเป็นกลางด้วยสารละลายเจือจางของโซดาไฟหรือสารละลายโซดา ให้แอโนดเป็นแผ่นนิกเกิลที่มีพื้นที่มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และนำแบตเตอรี่มาเป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟ
ค่าความหนาแน่นกระแสโดยใช้ความต้านทานผันแปรจะคงไว้เท่ากับ 0.005 A/cm 2 . ตัวอย่างเช่น ด้วยพื้นผิวของวัตถุ 20 ซม. 2 จำเป็นต้องทำงานที่ความแรงปัจจุบันที่ 0.1 A หลังจากทำงานครึ่งชั่วโมง วัตถุจะถูกชุบนิกเกิลแล้ว นำออกจากอ่างแล้วเช็ดด้วยผ้า อย่างไรก็ตาม เป็นการดีกว่าที่จะไม่ขัดจังหวะกระบวนการชุบนิกเกิล เนื่องจากชั้นนิกเกิลอาจหายไปและการเคลือบนิกเกิลที่ตามมาจะไม่เกาะติดเป็นอย่างดี
เพื่อให้ได้กระจกเงาโดยไม่ต้องขัดด้วยกลไก เราจึงแนะนำสารเพิ่มความสว่างที่เรียกว่าสารเติมแต่งในอ่างชุบ สารเติมแต่งดังกล่าว เช่น กาว เจลาติน น้ำตาล คุณสามารถเข้าไปในอ่างนิกเกิล ตัวอย่างเช่น น้ำตาลสองสามกรัมและศึกษาผลกระทบของมัน
ในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบเหล็กโครเมียม (หลังจากการชุบทองแดงเบื้องต้น) ให้ละลาย CrO 3 โครมิกแอนไฮไดรด์ 40 กรัม (ข้อควรระวัง! พิษ!) และกรดซัลฟิวริก 0.5 กรัม (ไม่ว่าในกรณีใด!) ในน้ำ 100 มล. กระบวนการดำเนินการที่ความหนาแน่นกระแสประมาณ 0.1 A/cm 2 และใช้แผ่นตะกั่วเป็นขั้วบวกซึ่งพื้นที่ควรน้อยกว่าพื้นที่ของพื้นผิวชุบโครเมียมเล็กน้อย
อ่างนิกเกิลและโครเมียมควรให้ความร้อนเล็กน้อย (สูงสุดประมาณ 35 °C) โปรดทราบว่าอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบโครเมียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับกระบวนการที่ยาวนานและกระแสไฟสูง จะปล่อยไอระเหยที่มีกรดโครมิกออกมา ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างมาก ดังนั้นการชุบโครเมียมควรทำภายใต้ร่างหรือกลางแจ้งเช่นบนระเบียง
ในการชุบโครเมียม (และในระดับที่น้อยกว่า ในการชุบนิกเกิล) กระแสไฟฟ้าไม่ได้ถูกใช้ทั้งหมดสำหรับการสะสมของโลหะ ในเวลาเดียวกันไฮโดรเจนก็ถูกปล่อยออกมา บนพื้นฐานของชุดของแรงดันไฟฟ้า คาดว่าโลหะที่อยู่ข้างหน้าไฮโดรเจนไม่ควรถูกปลดปล่อยออกจากสารละลายที่เป็นน้ำเลย แต่ในทางกลับกัน ควรปล่อยไฮโดรเจนที่มีฤทธิ์น้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ในที่นี้ เช่นเดียวกับกรณีของการละลายแบบขั้วบวกของโลหะ วิวัฒนาการแบบขั้วลบของไฮโดรเจนมักจะถูกยับยั้งและสังเกตได้เฉพาะที่ไฟฟ้าแรงสูงเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแรงดันเกินของไฮโดรเจน และมีขนาดใหญ่เป็นพิเศษ เช่น กับตะกั่ว ด้วยเหตุนี้แบตเตอรี่ตะกั่วจึงสามารถทำงานได้ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่แล้ว แทนที่จะเป็น PbO 2 ไฮโดรเจนควรปรากฏบนแคโทด แต่เนื่องจากแรงดันไฟเกิน วิวัฒนาการของไฮโดรเจนจะเริ่มขึ้นเมื่อแบตเตอรี่เกือบเต็มแล้ว

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งแสดงคุณลักษณะเชิงปริมาณของความสามารถในการรีดิวซ์ของอะตอมของโลหะและความสามารถในการออกซิไดซ์ของไอออนของพวกมัน

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งทำให้สามารถแก้ปัญหาทิศทางการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ได้เองตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับในกรณีทั่วไปของปฏิกิริยาเคมี สัญญาณของการเปลี่ยนแปลงศักย์ไอโซบาริกของปฏิกิริยาเป็นปัจจัยกำหนดที่นี่ แต่นี่หมายความว่าระบบแรกจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และตัวที่สองเป็นตัวออกซิไดซ์ ด้วยปฏิกิริยาของสารโดยตรง ทิศทางที่เป็นไปได้ของปฏิกิริยาจะเหมือนกับเมื่อดำเนินการในเซลล์กัลวานิก

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งทำให้สามารถแก้ปัญหาทิศทางการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ได้เองตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับในกรณีทั่วไปของปฏิกิริยาเคมี สัญญาณของการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยาเป็นปัจจัยกำหนดที่นี่ แต่นี่หมายความว่าระบบแรกจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และตัวที่สองเป็นตัวออกซิไดซ์ ด้วยปฏิกิริยาโดยตรงของสาร ทิศทางที่เป็นไปได้ของปฏิกิริยาจะเหมือนกับเมื่อดำเนินการในเซลล์กัลวานิก

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งแสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีของโลหะ

อิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน| วงจรไฟฟ้ากัลวานิกสำหรับวัดศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของโลหะ

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งแสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีของโลหะ ใช้เมื่อพิจารณาลำดับการปล่อยไอออนระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ตลอดจนเมื่ออธิบายคุณสมบัติทั่วไปของโลหะ

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งทำให้สามารถแก้ปัญหาทิศทางการไหลของปฏิกิริยาออกซิไดซ์และปฏิกิริยาที่ไม่ลดได้เอง เช่นเดียวกับในกรณีทั่วไปของปฏิกิริยาเคมี ปัจจัยกำหนดที่นี่คือการรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงในศักย์ไอโซบาริกของปฏิกิริยา แต่นี่หมายความว่าระบบแรกจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์และตัวที่สอง - เป็นตัวออกซิไดซ์ ในกรณีของปฏิกิริยาโดยตรงของสาร แน่นอนว่าทิศทางที่เป็นไปได้ของปฏิกิริยาจะเหมือนกับในกรณีของการใช้งานในเซลล์กัลวานิก

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจำนวนหนึ่งแสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีของโลหะ ใช้เพื่อกำหนดลำดับการปลดปล่อยไอออนในอิเล็กโทรไลซิส และเพื่ออธิบายคุณสมบัติทั่วไปของโลหะ ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานจะแสดงลักษณะเชิงปริมาณของความสามารถในการรีดิวซ์ของโลหะและความสามารถในการออกซิไดซ์ของไอออน