Электрохимический ряд напряжений

Преобразование химической энергии в электрическую осуществляется в устройствах, называемых химическими источниками тока или гальваническими элементами.

Химический характер какого-либо металла в значительной степени обусловлен тем, насколько легко его атомы способны переходить в состояние положительных ионов.

Металлы, которые проявляют легкую способность окисляться, называют активными (Na, Al, Fe). Металлы, которые окисляются с большим трудом, называются малоактивными (Cu, Ag, Au). Если расположить металлы по уменьшению их способности к окислению (т.е. уменьшению тенденции их нейтральных атомов переходить в положительные ионы — катионы), то получится электрохимический ряд напряжений.

←Тенденция перехода в состояние катионов←

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Cr Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Ag Pt Au

Каждый металл вытесняет из раствора солей все другие металлы, стоящие правее его в электрохимическом ряду напряжений.

Пример. Кусочек цинка помещен в раствор сульфата меди. Написать окислительно-восстановительные процессы, протекающие в системе.

Решение. Активный металл — цинк переходит в раствор в виде ионов Zn²⁺, а малоактивный металл — медь, который в исходном растворе находится в форме ионов Cu²⁺, осаждается в свободном виде:

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu,

Zn⁰ + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu⁰.

Протекает окислительно-восстановительная реакция, в которой цинк окисляется:

Zn⁰ – 2 ē → Zn²⁺,

а катионы меди восстанавливаются:

Cu²⁺ + 2 ē → Cu⁰.

Подобные реакции всегда протекают, если более активный металл погружают в раствор соли менее активного металла, т.е. если более активный металл находится в форме простого вещества, а менее активный — в форме катионов. При этом первый металл окисляется, а второй восстанавливается.

Обобщая, сделаем вывод: атом металла будет восстановителем по отношению к катиону другого металла, который находится правее его в ряду напряжений; катион металла будет окислителем по отношению к атому другого металла, который находится левее его в ряду напряжений.

Подобные правила относятся и к водороду, так как и он, подобно металлам, может существовать в виде катионов H⁺. Все металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят левее водорода, вытесняют водород из разбавленных кислот, а находящиеся справа от водорода действуют на катионы водорода как восстановители.