Открыть сервисСервис

Ряд активности металлов в химии

Ряд активности металлов (также электрохимический ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов) — последовательность металлов, расположенных в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов. Этот ряд отражает сравнительную химическую активность металлов: способность вытеснять водород из кислот и растворов солей, восстанавливаться из оксидов, а также характер их взаимодействия с водой и кислородом.

Происхождение и физический смысл

Ряд основан на измерении стандартных электродных потенциалов (E°), определяемых относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят за ноль. Металлы с отрицательным потенциалом расположены левее водорода, с положительным — правее. Чем меньше (отрицательнее) потенциал, тем выше восстановительная способность металла и тем активнее он вступает в химические реакции.

Впервые систематизированный ряд напряжений был предложен в XIX веке в связи с развитием электрохимии и работой гальванических элементов. Теоретическое обоснование дала теория электролитической диссоциации и уравнение Нернста, связывающее потенциал с концентрацией ионов.

Стандартный ряд (основные элементы)

Ниже приведены металлы в порядке убывания активности (слева — самые активные):

МеталлСтандартный потенциал, В
Li−3,05
K−2,93
Ca−2,87
Na−2,71
Mg−2,36
Al−1,66
Zn−0,76
Fe−0,44
Ni−0,25
Sn−0,14
Pb−0,13
H0,00
Cu+0,34
Ag+0,80
Au+1,50

Водород занимает промежуточное положение и служит границей между активными и малоактивными металлами.

Закономерности ряда

Из положения металла в ряду вытекают практические правила:

  • Металлы, стоящие левее водорода, вытесняют его из разбавленных кислот (кроме азотной кислоты, реагирующей иначе).
  • Металлы правее водорода с разбавленными кислотами не взаимодействуют.
  • Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые расположены правее него.
  • Чем левее металл, тем энергичнее он реагирует с водой и кислородом.

Применение

Ряд активности широко используется в химии и металлургии:

  • Прогнозирование реакций замещения и вытеснения в растворах.
  • Металлургия — выбор восстановителя при получении металлов из оксидов (алюминотермия, магнийтермия).
  • Коррозияопределение того, какой металл в паре будет разрушаться первым; на этом основана протекторная защита.
  • Гальванические элементы и аккумуляторы — расчёт ЭДС по разности потенциалов.
  • Электролиз — очерёдность разряда ионов на катоде.

Ограничения

Ряд напряжений отражает поведение металлов в стандартных условиях (концентрация 1 моль/л, температура 25 °C). В реальных условиях потенциалы смещаются, а на реакцию влияют:

  • образование нерастворимых или малодиссоциирующих соединений (например, пассивация алюминия, железа, хрома плёнкой оксида);
  • концентрация и температура растворов;
  • наличие примесей и комплексообразование.

Поэтому ряд служит ориентиром, но не абсолютным правилом: например, свинец, стоящий левее водорода, с разбавленными кислотами практически не реагирует из-за образования защитной плёнки.

Значение

Ряд активности металлов — один из базовых инструментов неорганической и физической химии, позволяющий предсказывать направление окислительно-восстановительных процессов и обосновывать технологические решения в металлургии, электрохимии и защите металлов от коррозии.

Источники: учебники неорганической химии, справочники по электрохимии, таблицы стандартных электродных потенциалов.

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru