Ηλεκτροχημική σειρά

Οι ηλεκτροχημικές σειρές, που συνήθως αναφέρονται και ως σειρές δραστηριότητας, είναι μια λίστα που εξηγεί τη διάταξη των συστατικών με τη σειρά των αυξανόμενων τιμών δυναμικού ηλεκτροδίου τους. Η σειρά έχει δημιουργηθεί συγκρίνοντας το δυναμικό πολλών ηλεκτροδίων έναντι τυπικών ηλεκτροδίων υδρογόνου (SHE).

Στις ηλεκτροχημικές σειρές, τα ηλεκτρόδια (μέταλλα και μη μέταλλα) που έρχονται σε επαφή με τα ιόντα τους οργανώνονται με βάση τις τιμές των τυπικών αναγωγικών ή οξειδωτικών δυναμικών τους. Το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου αποκτάται με τη μέτρηση της τάσης όταν το μισό στοιχείο συνδέεται με το τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου υπό τυπικές συνθήκες.

Ηλεκτροθετικά και Ηλεκτροαρνητικά Στοιχεία

Τα στοιχεία (εκτός του υδρογόνου) που παρουσιάζουν ισχυρότερη τάση να χάνουν ηλεκτρόνια στο διάλυμά τους ταξινομούνται συνήθως ως ηλεκτροθετικά. Ομοίως, στοιχεία που λαμβάνουν ηλεκτρόνια θεωρούνται ηλεκτραρνητικά. Είναι συχνά κάτω από το στοιχείο υδρογόνο στη σειρά. Σε κάθε περίπτωση, αν κοιτάξουμε την ηλεκτροχημική σειρά, μπορούμε να καταλάβουμε τη σειρά με την οποία τα μέταλλα θα αντικαταστήσουν το ένα το άλλο από τα άλατά τους. Έτσι, τα ηλεκτροθετικά μέταλλα συχνά αντικαθιστούν το υδρογόνο από τα οξέα.

Διάγραμμα ηλεκτροχημικών σειρών

Το γράφημα της ηλεκτροχημικής σειράς είναι ένας απλός τρόπος εμφάνισης συγκρίσιμων με ανόμοιων μετάλλων. Για τους κατασκευαστές στέγης, πρέπει να γνωρίζουμε ποιες δυσκολίες συμβατότητας υπάρχουν σε σχέση με το υλικό. Σε αυτό το διάγραμμα, εμφανίζονται κοινά μέταλλα στέγης (καθώς και σπάνια). Με τα περισσότερα βασικά λόγια, τα μέταλλα που βρίσκονται σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους σε αυτήν την κλίμακα θα αντιδράσουν με μεγαλύτερη τάση διάβρωσης από αυτά που βρίσκονται κοντά μεταξύ τους. (δηλαδή Ψευδάργυρος και Χαλκός =πολύ μακριά μεταξύ τους κλίμακα. Αυτό σημαίνει ότι δεν θα είχαμε ποτέ έναν χαλκοσωλήνα που αποστραγγίζει το νερό σε μια οροφή με επίστρωση ψευδαργύρου). 4

Αντίδραση	Τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου (E°) σε βολτ στους 25 °C
F2(g) + 2e– 2F–(aq)	+2,87
H2O{aq) + 2H+(aq) + 2e– 2H2O(1)	+ 1,77
Au+(aq) + e– Au(s)	+ 1,68
Cl2(g) + 2e– 2c1–(aq)	+ 1,36
O2(g) + 4H+(aq) + 4e– 2H2O(1)	+ 1,23
Bri{I) + 2e– 2Br–(aq)	+ 1,09
Ag+(aq) + e– Ag(s)	+0,80
Fe H(aq) + e– Fe2+(aq)	+0 .77
02(g) + 2H+(aq) + 2e– H202(aq)	+0,68
12(s) + 2e– 21–(aq)	+0 .54
O2(g) + 2H2O(1) + 4e– 4OH–(aq)	+0,40
Cu2+(aq) + 2e– Cu(s)	+0,34
Sn4+(aq) + 2e– Sn2+(aq)	+0,15
S(s) + 2H+(aq) + 2e– H2S(g)	+0,14
2H+(aq) + 2e– H2(g)	0,00
Pb2+(aq) + 2e– Pb(s)	-0. 13
Sn2+(aq) + 2e– Sn(s)	-0,14
Ni2+(aq) + 2e– Ni(s)	-0,23
Co2+(aq) + 2e– Co(s)	-0,28
Fe2+(aq) + 2e– Fe(s)	-0,44
Zn2+(aq) + 2e– Zn(s)	-0,76
2H2O(1) + 2e– H2(g) + 2OH–(aq)	-0,83
Mn2+(aq) + 2e– Mn(s)	–1,03
Al 3+(aq) + 3e– Al(s)	-1,67
Mg2+(aq) + 2e– Mg(s)	-2,34
Na+(aq) + e– Na(s)	-2,71
Ca2+(aq) + 2e– Ca(s)	–2,87
K+(aq) + e– K(s)	–2 ,93
Li+(aq) + e– Li(s)	-3.02

Εφαρμογή της Ηλεκτροχημικής σειράς

1. Οξειδωτικές και Μειωτικές Ισχυρότητες

Η ηλεκτροχημική σειρά μας δίνει τη δυνατότητα να βρούμε έναν κατάλληλο οξειδωτικό ή αναγωγικό παράγοντα. Όλα τα στοιχεία που εμφανίζονται στην κορυφή της ηλεκτροχημικής σειράς είναι ένα καλό οξειδωτικό μέσο, ​​δηλαδή έχουν θετική τιμή τυπικού δυναμικού μείωσης, ενώ αυτά που εμφανίζονται στο κάτω μέρος της ηλεκτροχημικής σειράς είναι ένας καλός αναγωγικός παράγοντας, δηλ. έχουν αρνητική τιμή τυπικού δυνατότητα μείωσης.

2. Υπολογισμός του τυπικού emf (E0) του Ηλεκτροχημικού Κυττάρου

Το κανονικό emf του κυττάρου είναι το άθροισμα της συμβατικής αντίδρασης αναγωγής των δύο μισών κυψελών:μισό κύτταρο αναγωγής και μισό κύτταρο οξείδωσης

Eocell =Eored + Eooxi

Κατά σύμβαση, το τυπικό δυναμικό οξείδωσης αναπαρίσταται πάντα ως προς το δυναμικό αναγωγής.

Έτσι, τυπικό δυναμικό οξείδωσης (Eooxi) =– τυπικό δυναμικό μείωσης Eored

Επομένως, Eocell =( τυπικό δυναμικό μείωσης μισού κυττάρου μείωσης) – (τυπικό δυναμικό μείωσης μισού κυττάρου οξείδωσης) (τυπικό δυναμικό μείωσης μισού κυττάρου οξείδωσης)

Καθώς η οξείδωση λαμβάνει χώρα στην άνοδο και η αναγωγή στην κάθοδο. Ως εκ τούτου, Eocell =Eocathode – Eoanode

3. Πρόβλεψη της σκοπιμότητας της αντίδρασης οξειδοαναγωγής

Οποιαδήποτε αντίδραση οξειδοαναγωγής θα μπορούσε να συμβεί ξαφνικά εάν η αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας (ΔG) είναι αρνητική. Η ελεύθερη ενέργεια συνδέεται με το emf κυψέλης με τον ακόλουθο τρόπο:

ΔGo =nFEo

Όπου n είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εμπλέκονται, F είναι η σταθερά Faraday και Eo είναι το emf του κυττάρου.

• Το ΔGo μπορεί να είναι αρνητικό εάν το Eo είναι θετικό.
• Όταν το Eo είναι θετικό, η απόκριση του κυττάρου είναι αυθόρμητη και λειτουργεί ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.
• Εάν καταλήξει αρνητικό, τότε η αυθόρμητη αντίδραση δεν μπορεί να λάβει χώρα.
• Η προκύπτουσα τιμή του Eo για την αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό της σταθερότητας ενός διαλύματος μεταλλικού άλατος όταν φυλάσσεται σε άλλο μεταλλικό δοχείο.

4. Πρόβλεψη του προϊόντος της ηλεκτρόλυσης

Σε περίπτωση που υπάρχουν δύο ή ίσως περισσότεροι τύποι θετικών και αρνητικών ιόντων στο διάλυμα, κατά την ηλεκτρόλυση ορισμένα μεταλλικά ιόντα εκκενώνονται ή απελευθερώνονται στα ηλεκτρόδια κατά προτίμηση από άλλα. Γενικά, σε έναν τέτοιο ανταγωνισμό, το ιόν που είναι ισχυρότερος οξειδωτικός παράγοντας (υψηλή τιμή τυπικού δυναμικού αναγωγής) εκκενώνεται πρώτα στην κάθοδο.

Σημασία ηλεκτροχημικών σειρών

• Στην ηλεκτροχημική σειρά, το δυναμικό μείωσης ενός στοιχείου λαμβάνεται σε σχέση με την κλίμακα υδρογόνου όπου Eo =μηδέν. Σύμφωνα με τον ορισμό, το τυπικό δυναμικό μείωσης ενός στοιχείου δηλώνεται ως το μέτρο της τάσης ενός στοιχείου να υποστεί μείωση.
• Όσο μεγαλύτερο είναι το δυναμικό μείωσης ενός στοιχείου τόσο πιο εύκολα θα μειώνεται. Εν τω μεταξύ, στοιχεία που έχουν μικρή δυνατότητα μείωσης θα οξειδωθούν πολύ γρήγορα και εύκολα.
• Εναλλακτικά, τα στοιχεία που εγκαταλείπουν ηλεκτρόνια χωρίς καμία προσπάθεια έχουν αρνητικό ή χαμηλότερο δυναμικό μείωσης. Στοιχεία που δεν εγκαταλείπουν εύκολα ηλεκτρόνια, αλλά λαμβάνουν εύκολα ηλεκτρόνια, έχουν θετικό ή μεγαλύτερο δυναμικό μείωσης.
• Ισχυρότεροι αναγωγικοί παράγοντες που έχουν αρνητικό τυπικό δυναμικό αναγωγής βρίσκονται συχνά κάτω από το υδρογόνο στην ηλεκτροχημική σειρά. Από την άλλη πλευρά, ασθενέστεροι αναγωγικοί παράγοντες με θετικό τυπικό δυναμικό αναγωγής βρίσκονται πάνω από το υδρογόνο της σειράς.

Συμπέρασμα:

Η σειρά δραστηριότητας ή η ηλεκτροχημική σειρά είναι μια λίστα που αποτελείται από ομαδοποιήσεις συστατικών με όρους αυξανόμενων τιμών δυναμικού ηλεκτροδίου. Αναλύοντας και αξιολογώντας το Πρότυπο Ηλεκτρόδιο Υδρογόνου (SHE) σε σχέση με τα ηλεκτρόδια δυναμικού, δημιουργήθηκε η σειρά. Όλα τα ηλεκτρόδια (μέταλλα και μη μέταλλα) ανάλογα με την αλληλεπίδρασή τους με τα ιόντα τους ομαδοποιούνται στην ηλεκτροχημική σειρά με βάση τις διακριτές τους τιμές τυπικού δυναμικού οξείδωσης και αναγωγής.