Атомно-молекулярное учение

Пространственно эти процессы различаются. Тот участок, где происходит окисление, называют анодным участком, а где происходит восстановление – катодный участок. Вспоминая ОВР, , окислитель восстанавливается на катоде, восстановитель окисляется на аноде.

 

Электрохимические схемы

В электрохимических  системах обычно различают твердые  компоненты (катод и анод) и раствор, который называют электролитами. Их принято изображать:

Эти два раствора разделены и соединены электронным  ключом (электролитическим)

Для стандартных  условий, такой элемент может  иметь следующие характеристики:

(потенциал А должен быть меньше, чем потенциал К).

Zn будет анодом 

Cu будет катодом

Полученные  на аноде е по внешней цепи будут двигаться к катоду. Сила тока во внешней цепи будет зависеть от ЭДС:

Если в нашем случае принять общее сопротивление в цепи Ом, тогда

При этом в час  на аноде растворится  , а на катоде восстановится , где I – сила тока, t – время, q – электрохимический эквивалент:

, где F – 96500Кл или 26,8 Аr

Электролизеры

В электролизерах за счет пропускания тока протекают  окислительные и восстановительные  реакции. Например, в раствор  погрузили медный и платиновый электроды (медь подключили к положительному полюсу - анод, платина - катод).

Поэтому на катоде имеет возможность протекать:

                   

   

На отрицательно заряженном катоде будет протекать  процесс с наиболее положительным  потенциалом:

              

  

На положительно заряженном аноде будет протекать  процесс с наиболее отрицательным  потенциалом.

Но из-за близости потенциалов возможно некоторое выделение О₂.Количество растворенной меди можно будет рассчитать по закону Фарадея:

, где  - выход по току.

Если растворение  меди протекают с силой тока, равной 1А в течении двух часов,

; то

; тогда  или 85%.

 

Электролизеры

Это электрохимические  системы, которые за счет подводимого  тока сопровождают реакцию. На аноде  происходит окисление, на катоде –  восстановление. Возможно восстановление нескольких компонентов, то восстанавливается тот из них, потенциал которого положительнее, а на аноде окислителя – потенциал которого отрицательнее. Количество электрохимического преобразованного вещества можно рассчитать по закону Фарадея:

, где  число, участвующих электронов;

Дисперсные системы

    Качественная  характеристика дисперсных систем  их гетерогенность. Количественная  характеристика это дисперсность (раздробленность). Различают грубодисперсные системы (размер частиц от 1 до 10^-2 см.);микродисперсные системы (от 10^-2 до 10^-5); ультрамикродиспесрные системы (коллоиды от 10^-5 до 10^-7). Истинные растворы 10^-7 – 10^-8 (ионные или молекулярные частицы). В дисперсных системах различают дисперсную фазу  и дисперсионную среду. В качестве среды может выступать газ (если дисперсная среда жидкость – туман, если твердая – пыль, дым). Ультромикродисперсные системы в отличии от грубодисперсных в микроскоп не видны, однако оптическими методами их можно отличить  и от грубодисперсных систем, и от истинных растворов. Одно из свойств высокодисперсных систем является их способность двигаться в электростатическом поле, если двигается твердая фаза за счет поверхностного заряда, то это называется электрофорезом. Электрофаритические явления широко используются в промышленности.

Химия элементов

    Свойства s – элементов I группы, сюда относятся Na, K, Pb,Cs. Общим свойством этих элементов является то, что на внешней S обитали находиться  1 электрон, который сравнительно легко и тем легче, чем больше заряд ядра. Энергия, которую необходимо затратить для отрыва этого электрона называется энергией ионизации. Cs обладает наименьшей энергией ионизации и наибольшей активностью. В чистом виде все эти элементы  легкие, мягкие, блестящие на свете металлы. Они взаимодействуют с водородом образуя гидриды, а при взаимодействии с O₂ образуют оксиды

    3Na + 2О2 = Nа2О2 + NаО2.

    К2О2 + 2К = 2К2О. 

    2Li + 2Н2О  = 2LiOН + Н2↑.

    Образующиеся  гидроксиды являются сильными  электролитами (щелочи) и щелочные  металлы.

Свойства S элементов II группы

    Be, Mg, Ca, Ba электронные формулы этих элементов nS². Эти вещества являются металлами, обладают некоторой электронной проходимостью, взаимодействуя с водородом, образуют гидриды Mg₃N₂, а с азотом – нитриды. При пропускании горячего воздуха над разогретыми металлами образуются оксиды и нитриды MgO. Оксиды образуют на поверхности плотный защитный слой, предотвращая взаимодействие этих метало с водой. Оксиды и гидроксиды проявляют основные свойства, поэтому не взаимодействуют с щелочами, а взаимодействуют только с кислотами. Исключение гидроксид бериллия, который проявляет амфотерные свойства.

    BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O,

 

    Поскольку  гидроксиды этих металлов будут  малорастворимы, то их относят  к слабым электролитам, за исключением Ba(OH)₂ – электролит средних сил. Наличие в воде растворимых солей Ca и Mg сообщает им вредные свойства (жесткость). Если же в воде присутствует корбанатная или временная от нее избавляют кипячением. Большинство солей металлов II группы малорастворимы в воде.

Свойства элементов III группы

    У  р – элементов внешними являются  и s и р орбитали B, Al, Ga, In эти элементы металлы в хмических реакциях они отдают 2s и 1р электрон B проявляет степень окисления +3.  Оксид бария является ангидридом борной кислоты. Наиболее интересным элементов этой группы является Al, который обладает низкой плотностью, высокой t плавления 650^о, высокой коррозийной стойкостью в нейтральных средах. Поэтому он в виде сплавов с Mg, Zn широко применяется в качестве конструкционного материала. По химическим свойствам гидроксид алюминия  проявляет амфотерные свойства.

    а) 2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O

     Al2О3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O

    б) 2Al(OH)3 + Na2O = 2NaAlO2 + 3H2O (в расплаве)

     Al2О3 + 2NaOH(т) = 2NaAlO2 + H2O (в расплаве)

    Поэтому Al не устойчив в кислых и щелочных растворах. Все следующие р элементы Cu  и его аналоги проявляет неметаллические свойства или амфотерные свойства.

    Элементы, у которых на внешнем энергетическом  уровне находятся d электроны называются d – элементами. (N-1)d *nS². Они называются переходными элементами у них заполняется предвнешние d  орбитали, все они являются металлами, наибольшее интересен из них Cr  3d⁵*4S

    Хром получают из железохромной руды

    Cr2O3 + 2Al = 2Cr + 2Al2O3 и может быть восстановлена  алюмотермическими методами. Соединения, в которых  хром двухвалентен, обладают основными свойствами. Кислота и хроматы являются сильными окислителями, присоединяя 3 электрона.

    В  промышленности используют хрома,  как  легирующий компонент  для получения хромосодержащий  сплавов, обладающих высокой коррозийной  стойкостью в кислых и окисленных  средах  жаростойтойкостью  т.п. хром обладает высокой температурой плавления, такие сплавы широко применимы в химическом машиностроении. Металлы VII группы Mn как легирующий элемент сообщает сплавам высокую твердость износостойкость, марганцов. Сплавы исполнение для изготовления ударостойких, ударопрочных изделий, в частности трамвайных линий.  Кислоты так и их соли обладают высокими окислительными свойствами.

 

d – элементы VIII группы

    В VIII группе элементы расположены триадами. Наиболее интересные металлы 1 триады. Несмотря на невысокую распространенность в природе залежи его руд обычно сконцентрированы, что позволяет легко добывать FeO, Fe2O2,Fe3O4 в обычных рудах железо в форме окислов. Оксиды железа восстанавливают углем при высоких температурах (доменный процесс). Железо основной конструкционный материал, который употребляется в форме стали, который до 0,8% углерода или чугуна до 18% углерода. При легировании железа Ni, Сr, Ti. Получают ценные сплавы, из которых изготавливают машины и аппараты в хим. Отношении соединения железа, карбонит железа легко разлагаются на металл и газ FeO проявляя амфотерные свойства с очень слабовыраженными кислотными свойствами.

    Fe(OH)₃ + 3 NaOH = Na ₃ (Fe(OH)₆)

    Fe(OH)₃ + HCl = FeCl₃ + H₂O

    Fe(OH)₃ + Cl₂ +NaOH = Na₂FeO₄ +NaCl + H₂O

    Ферраты проявляют сильные окислительные свойства. Ni используют для легирования различных сплавов, для придания им высокой коррозийной стойкости.

d – элементы I группы

    Cu, Ag,Au все эти элементы металлы, имеющие весьма положительные электронные потенциалы, проявляют заметную термодинамическую устойчивость, не взаимодействует с водой, взаимодействует с кислородом, из-за устойчивости Ag и Au встречается в самопроизвольном состоянии. Особенностью этих металлов является высокая электропроводность.

    CuSO₄ +C₆H₁₂O₆ + NaOH = Cu₂O + Na₂SO +H₂O + CO₂

    Cu(OH)₂CO₃ соединение меди в форме гидрокса – карбоната меди в чистом виде малахит.