Εφαρμογή της Ηλεκτροχημικής Σειράς
Τα στοιχεία, όταν διατάσσονται κατά σειρά αυξανόμενου τυπικού δυναμικού μείωσης, σε τυπικές συνθήκες (1 ατμοσφαιρική πίεση, συγκέντρωση 1M και 298 K) ονομάζονται ηλεκτροχημικές σειρές .
Η ηλεκτροχημική σειρά και οι δυνατότητες μείωσης τους:
| ELEMENT | ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟΥ | ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΙΩΣΗΣ (eV) |
| Li | Li+ + e– =Li | -3,05 |
| K | K+ + e– =K | -2.925 |
| Ca | Ca2+ + 2e– =Ca | -2,87 |
| Na | Na+ + e– =Na | -2.714 |
| Mg | Mg2+ + 2e– =Mg | 2.37 |
| Al | Al3+ + 3e– =Al | -1,66 |
| Zn | Zn2+ + 2e– =Zn | -0,7628 |
| Cr | Cr3+ + 3e– =Cr | -0,74 |
| Fe | Fe2+ + 2e– =Fe | -0,44 |
| Cd | Cd2+ + 2e– =Cd | -0,403 |
| Ni | Ni2+ + 2e– =Ni | -0,25 |
| Sn | Sn2+ + 2e– =Sn | -0,14 |
| H2 | 2H+ + 2e– =H2 | 0 |
| Cu | Cu2+ + 2e– =Cu | 0,337 |
| I2 | I2 + 2e– =2I– | 0,535 |
| Αγ | Ag+ + e– =Ag | 0,799 |
| Hg | Hg2+ + 2e– =Hg | 0,855 |
| Br2 | Br2 + 2e– =2Br–
| 1.08 |
| Cl2 | Cl2 + 2e– =2Cl– | 1,36 |
| Au | Au3+ + 3e– =Au | 1.5 |
| F2 | F2 + 2e– =2F– | 2,87 |
Εφαρμογή της ηλεκτροχημικής σειράς:
(I) Έλεγχος της σκοπιμότητας μιας κυτταρικής αντίδρασης –
Μια χημική αντίδραση είναι εφικτή εάν το EMF είναι θετικό προς τη συγκεκριμένη κατεύθυνση. Διαφορετικά, η αντίδραση δεν θα είναι βιώσιμη.
Π.χ.:Zn l ZnSO4 ll CuSO4 l Cu E=+1,10 volt (Ικανό)
Cu l CuSO4 ll ZnSO4 l Zn E=-1,10 volt (Μη εφικτό)
Από τις τιμές του Ε, φαίνεται ότι ο ψευδάργυρος μπορεί να μειώσει τον χαλκό, αλλά ο χαλκός δεν μπορεί να μειώσει τον ψευδάργυρο.
(II) Έλεγχος του αυθορμητισμού της αντίδρασης –
Στην τυπική κατάσταση, △Go =– n F Eo
Εάν το EMF είναι θετικό, το △G είναι αρνητικό όταν η αντίδραση είναι αυθόρμητη.
Εάν το EMF είναι αρνητικό, το △G είναι θετικό όταν η αντίδραση δεν είναι αυθόρμητη.
Εάν το EMF είναι 0, το △G είναι 0, που είναι η προϋπόθεση για την ισορροπία.
(II) Δραστικότητα μετάλλων –
Τα μέταλλα αντιδρούν εάν χάνουν εύκολα ηλεκτρόνια, δηλαδή την τάση τους να σχηματίζουν κατιόντα. Αυτά τα μέταλλα με υψηλή αρνητική τιμή ή μικρότερη θετική τιμή τυπικού δυναμικού μείωσης χάνουν γρήγορα ηλεκτρόνια και είναι εξαιρετικά αντιδραστικά. Έτσι, τα μέταλλα που τοποθετούνται στην κορυφή της ηλεκτροχημικής σειράς είναι πιο ενεργά από εκείνα που τοποθετούνται χαμηλότερα στην ηλεκτροχημική σειρά. Έτσι, η ηλεκτροχημική σειρά υποδηλώνει ότι το Li είναι πιο αντιδραστικό από το Cu.
Τα μέταλλα της ομάδας 1 και της ομάδας 2 έχουν υψηλό δυναμικό αρνητικής αναγωγής και επομένως διαλύονται εύκολα σε οξέα.
Η αντιδραστικότητα των μετάλλων μπορεί επίσης να μελετηθεί ως η ηλεκτροθετική φύση των στοιχείων.
Ακριβώς όπως τα μέταλλα, μειώνεται καθώς αυξάνεται η τιμή του δυναμικού μείωσης. Μπορεί να μελετηθεί με την ακόλουθη διαίρεση:
- Τα έντονα ηλεκτροθετικά μέταλλα έχουν τυπικό δυναμικό μείωσης περίπου -2,0 volt ή περισσότερο αρνητικό.
- Τα μέτρια ηλεκτροθετικά μέταλλα έχουν τυπικό δυναμικό μείωσης μεταξύ 0,0 και περίπου -2,0 βολτ.
- Τα ασθενώς ηλεκτροθετικά μέταλλα τοποθετούνται κάτω από το υδρογόνο και έχουν θετικές τιμές δυναμικού μείωσης.
(III) Το μοτίβο των αντιδράσεων μετατόπισης –
Ένα μέταλλο υψηλότερο στην ηλεκτροχημική σειρά θα εκτοπίσει το μέταλλο από το διάλυμά του, το οποίο είναι χαμηλότερο στη σειρά, δηλαδή όσο υψηλότερη είναι η αρνητική τιμή του τυπικού δυναμικού μείωσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση του να εκτοπίζει ένα άλλο μέταλλο.
Π.χ.:Ο σίδηρος και τα μέταλλα πάνω από τον σίδηρο μπορούν να απελευθερώσουν υδρογόνο από το νερό.
(IV) Μείωση της φύσης των μετάλλων –
Η μείωση της φύσης των μετάλλων εξαρτάται από την τάση απώλειας ηλεκτρονίων. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή αρνητικού δυναμικού μείωσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση για απώλεια ηλεκτρονίων. Η αναγωγική τους φύση μειώνεται καθώς μετακινούμαστε από το λίθιο στο φθόριο στην ηλεκτροχημική σειρά. Ως εκ τούτου, μπορούμε να πούμε ότι το λίθιο είναι ο ισχυρότερος αναγωγικός παράγοντας.
(V) Οξειδωτική φύση των αμετάλλων –
Η οξειδωτική φύση των μετάλλων εξαρτάται από την τάση αποδοχής ηλεκτρονίων. Περισσότερη είναι η πιθανή τιμή μείωσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η τάση αποδοχής ηλεκτρονίων. Έτσι, η οξειδωτική φύση αυξάνεται από πάνω προς τα κάτω στην ηλεκτροχημική σειρά. Ως εκ τούτου, μπορούμε να πούμε ότι το F2 είναι ισχυρότερο οξειδωτικό από το Cl2.
(VI) Θερμική σταθερότητα μεταλλικών οξειδίων –
Η θερμική σταθερότητα αναφέρεται στη σταθερότητα του μεταλλικού οξειδίου σε υψηλές θερμοκρασίες και εξαρτάται από την ηλεκτροθετική φύση των μετάλλων. Η ηλεκτροθετική φύση των μετάλλων μειώνεται από πάνω προς τα κάτω, και επομένως, η θερμική σταθερότητα μειώνεται επίσης από πάνω προς τα κάτω. Τα μέταλλα που βρίσκονται παρακάτω στην ηλεκτροχημική σειρά σχηματίζουν ασταθή οξείδια, αποσύνθεση κατά τη θέρμανση.
(VII) Προϊόν ηλεκτρόλυσης –
Σε περίπτωση που υπάρχουν δύο ή περισσότεροι τύποι ιόντων στο διάλυμα. Απελευθερώνονται στο ηλεκτρόδιο σύμφωνα με τις προτιμήσεις τους κατά την ηλεκτρόλυση. Τα κατιόντα με υψηλή τιμή τυπικού δυναμικού αναγωγής εκκενώνονται πρώτα στην κάθοδο. Ομοίως, το ανιόν με χαμηλή τυπική τιμή δυναμικού μείωσης απελευθερώνεται πρώτα στην άνοδο.
Παράδειγμα:Όταν ένα υδατικό διάλυμα CuSO4 που περιέχει ιόντα Cu2+, SO42-, H+ και OH– ηλεκτρολύεται, ιόντα Cu2+ εκκενώνονται στην κάθοδο και ιόντα OH– στην άνοδο.
Συμπέρασμα
Η ηλεκτροχημική σειρά είναι μια διάταξη στοιχείων που βασίζεται στην τιμή του τυπικού δυναμικού μείωσης. Και βλέποντας αυτή τη διάταξη, μπορεί να γίνει κατανοητή η συγκριτική συμπεριφορά διαφόρων στοιχείων. Μερικές από τις ιδιότητες που μπορούν να εξηγηθούν είναι – η θερμική σταθερότητα των οξειδίων, η οξειδωτική φύση των μη μετάλλων, η αναγωγική φύση των μετάλλων, το σχέδιο των αντιδράσεων μετατόπισης κ.λπ.
