ΒΡΙΣΚΕΣΤΕ ΕΔΩ: ΑΡΧΗ > 1. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΛΥΤΙΚΗ ΤΑΣΗ > 1.4 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΛΥΤΙΚΗΣ ΤΑΣΗΣ

 Παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτροδιαλυτική τάση

Η ηλεκτροδιαλυτική τάση εξαρτάται από τους παρακάτω παράγοντες:

? Φύση του μετάλλου.

Όσο πιο μεγάλη είναι η ηλεκτροδιαλυτική τάση, τόσο πιο μεγάλη είναι η τάση του μετάλλου να δώσει κατιόντα, δηλαδή να οξειδωθεί. Αν κατατάξουμε τα διάφορα μέταλλα σε μία σειρά στην οποία προς τα δεξιά ελαττώνεται η ηλεκτροδιαλυτική τάση, προκύπτει μία ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων, η χρήση της οποίας θα εξηγηθεί σε παρακάτω κεφάλαιο.

K   Na   Ca   Mg   Al   Cr   Zn   Fe   Cd   Ni   Sn   Pb   H2  Cu  Ag  Hg  Au
 
Η ηλεκτροδιαλυτική τάση είναι τόσο μεγαλύτερη όσο πιο ηλεκτροθετικό είναι το μεταλλο, δηλαδή όσο πιο αριστερά βρίσκεται στην ηλεκτροχημική σειρά.

Σύμφωνα με την παραπάνω σειρά είναι προφανές ότι η ηλεκτροδιαλυτική τάση του Zn είναι μεγαλύτερη από αυτή του Cu.

? Συγκέντρωση των ιόντων του μετάλλου στο διάλυμα.

Όταν μελετήσαμε το φαινόμενο της ηλεκτροδιαλυτικής τάσης, είδαμε ότι τελικά αποκαθίσταται η
παρακάτω ισορροπία:

 
Επειδή πρόκειται για μια αμφίδρομη αντίδραση, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του Μn+ στο διάλυμα μέσα στο οποίο βρίσκεται εμβαπτισμένο το μεταλλικό έλασμα, η ισορροπία μετατοπίζεται αριστερά, με αποτέλεσμα να μειώνεται η ηλεκτροδιαλυτική τάση του μετάλλου και η ποσότητα της περίσσειας των ηλεκτρονίων στο μεταλλικό ηλεκτρόδιο (έλασμα ή ράβδο).

? Θερμοκρασία.

Η ηλεκτροδιαλυτική τάση είναι ενδόθερμο φαινόμενο, άρα η θερμοκρασία επηρεάζει τη θέση της ισορροπίας. Σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, αύξηση της θερμοκρασίας μετατοπίζει την ισορροπία προς τα δεξιά, δηλαδή προκαλεί αύξηση της ηλεκτροδιαλυτικής τάσης του μετάλλου.

ΒΡΙΣΚΕΣΤΕ ΕΔΩ: ΑΡΧΗ > 1. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΛΥΤΙΚΗ ΤΑΣΗ > 1.3 ΕΡΜΗΝΕΙΑ  ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΛΥΤΙΚΗΣ ΤΑΣΗΣ

 Ερμηνεία της ηλεκτροδιαλυτικής τάσης

Γενικά γνωρίζουμε ότι για να πραγματοποιηθεί οποιαδήποτε χημική αντίδραση, διασπώνται οι χημικοί δεσμοί στα αρχικά σώματα (αντιδρώντα) και δημιουργούνται νέοι χημικοί δεσμοί στα προϊόντα.

Τα ηλεκτρόνια σθένους των ατόμων, μορίων ή ιόντων που συμμετέχουν στη δημιουργία και τη μεταβολή ενός δεσμού αλλάζουν «δεσμική κατάσταση», με αποτέλεσμα να αλλάζουν οι ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις που δέχονται από τα άτομα και τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια.
Αποτέλεσμα αυτής της αλλαγής, είναι η μεταβολή της ενέργειάς τους.

Έτσι κάθε χημική αντίδραση πραγματοποιείται, διότι με την αναδιάταξη των ατόμων ελαττώνεται μέσω της μεταβολής της ενέργειας των ηλεκτρονίων η ελεύθερη ενέργεια Gibbs (G) του συστήματος.
Η ερμηνεία της ηλεκτροδιαλυτικής τάσης συνδέεται με τη διαφορά ενεργειών που υπάρχουν μεταξύ των δύο μελών της ημιαντίδρασης:
 
Στο αριστερό μέλος, έχουμε την ενέργεια του ατόμου μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα και στο δεξιό μέλος την ενέργεια των εγκαταλειπόμενων ηλεκτρονίων στο μεταλλικό πλέγμα αλλά και την ενέργεια των επιδιαλυτωμένων κατιόντων στο διάλυμα.

Λόγω της διαφοράς των ενεργειών (μείωση της ενέργειας στο δεξιό μέλος), η οποία είναι αποτέλεσμα των σύνθετων ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων, τα μέταλλα εμφανίζουν την ηλεκτροδιαλυτική τάση.

ΒΡΙΣΚΕΣΤΕ ΕΔΩ: ΑΡΧΗ > 1. ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΛΥΤΙΚΗ ΤΑΣΗ > 1.1  ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΛΥΤΙΚΗ ΤΑΣΗ

 Ηλεκτροδιαλυτική τάση των μετάλλων                            

{module [241]}

Βυθίζουμε μια ράβδο ψευδαργύρου (Zn) σε καθαρό νερό. Επειδή γνωρίζουμε ότι ο Zn απαντά στη φύση και με τη μορφή Zn²⁺, αυτό σημαίνει ότι άτομα Zn θα μεταφερθούν από τη ράβδο στο νερό, εγκαταλείποντας πάνω στη ράβδο τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής τους στιβάδας.

Για κάθε άτομο Zn που απομακρύνεται από τη ράβδο και περνά στην υδατική φάση με τη μορφή
Zn²⁺_(aq) , η ράβδος θα αποκτά περίσσεια 2 e-. Η διαδικασία αυτή της μεταφοράς Zn από τη ράβδο στην υδατική φάση, απεικονίζεται με την παρακάτω ημιαντίδραση:

Σχήμα 1.Οξείδωση του μετάλλου και επιδιαλύτωση των ιόντων

Το φαινόμενο αυτό, παρατηρείται γενικά σε κάθε μέταλλο Μ, όταν εμβαπτισθεί σε καθαρό νερό ή σε διάλυμα άλατός του κα αποδίδεται με την παρακάτω ημιαντίδραση:
 

Αν το μέταλλο Μ απαντά και σε μεγαλύτερη βαθμίδα οξείδωσης, τότε πραγματοποιείται και η οξείδωση των επιδιαλυτωμένων κατιόντων, σύμφωνα με την παρακάτω ημιαντίδραση:

Σχήμα 2. Οξείδωση των επιδιαλυτωμένων κατιόντων

Γενικά για κάθε μέταλλο που οξειδώνεται και αποκτά φορτίο Μⁿ⁺, το φαινόμενο της ηλεκτροδιάλυσης μπορεί να αποδοθεί με την ημιαντίδραση:
 

Η τάση αυτή που εμφανίζει κάθε μέταλλο Μ να δημιουργεί ιόντα όταν έρχεται σε επαφή με το νερό ή με διάλυμα άλατός του, ονομάζεται ηλεκτροδιαλυτική τάση.

1.2 Η αποκατάσταση της ισορροπίας της ημιαντίδρασης της ηλεκτροδιαλυτικής τάσης
Για να μεταφερθεί ένα άτομο μετάλλου M από τη ράβδο στο διάλυμα με τη μορφή του κατιόντος του (Μⁿ⁺), πρέπει να υπερνικήσει την έλξη των ηλεκτρονίων που βρίσκονται στη ράβδο καθώς και την άπωση που
αναπτύσσεται εξαιτίας των κατιόντων του διαλύματος.

Υπάρχουν δηλαδή δύο «κινητήριες» δυνάμεις στο φαινόμενο της ηλεκτροδιάλυσης:
? η «χημική» δύναμη που προκαλεί την ηλεκτροδιάλυση
? οι ηλεκτρικές δυνάμεις που αντιστέκονται στο διαχωρισμό των φορτίων
(αρνητικά-ηλεκτρόνια στο μέταλλο και θετικά-κατιόντα στο διάλυμα).

Καθώς εξελίσσεται το φαινόμενο της μεταφοράς των ατόμων του μετάλλου, η υδατική φάση φορτίζεται όλο και πιο πολύ θετικά. Έτσι βαθμιαία αρχίζει να παρεμποδίζεται η διαδικασία αυτή. Τελικά όταν η ποσότητα των κατιόντων στο διάλυμα (Μⁿ⁺) και των ηλεκτρονίων στο μέταλλο αποκτήσουν κάποια τιμή, οι κινητήριες δυνάμεις εξισορροπούνται και αποκαθίσταται ισορροπία, η οποία απεικονίζεται με την παρακάτω αμφίδρομη αντίδραση:
 

Όταν η συγκέντρωση των ιόντων Μn+ είναι μεγάλη (γιατί έχουμε διαλύσει εκ των προτέρων στο νερό ποσότητα άλατος που περιέχει Μn+) , πραγματοποιείται και η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή απόθεση των κατιόντων Μⁿ⁺ από την υδατική φάση στη ράβδο. Η αντίστροφη αυτή διαδικασία απεικονίζεται με την
παρακάτω ημιαντίδραση:
 

Ας μελετήσουμε το παράδειγμα του μετάλλου, το οποίο έχει βαθμίδες οξείδωσης +1,+2.

Αρχικά γίνεται η αναγωγή των κατιόντων Μ²⁺(aq) σε Μ¹⁺(aq) σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα:

Σχήμα 3 :Αναγωγή των επιδιαλυτωμένων κατιόντων Μ²⁺ (aq)

Τα κατιόντα Μ¹⁺(aq), προσλαμβάνουν από ένα e, και ανάγονται (επιμετάλλωση).

Σχήμα 4. Αναγωγή των επιδιαλυτωμένων κατιόντων Μ¹⁺(aq)