Dalam sel elektrokimia (sel galvani), elektron yang tersisa setelah pembentukan ion dikeluarkan melalui kawat logam dan bergabung kembali dengan ion jenis lain. Artinya, muatan di sirkuit luar ditransfer oleh elektron, dan di dalam sel, melalui elektrolit di mana elektroda logam direndam, oleh ion. Ini menciptakan sirkuit listrik tertutup.

Beda potensial yang diukur dalam sel elektrokimia adalah Hai dijelaskan oleh perbedaan kemampuan masing-masing logam dalam menyumbangkan elektron. Setiap elektroda mempunyai potensinya masing-masing, setiap sistem elektroda-elektrolit adalah setengah sel, dan dua setengah sel membentuk sel elektrokimia. Potensial satu elektroda disebut potensial setengah sel, dan menentukan kemampuan elektroda untuk menyumbangkan elektron. Jelaslah bahwa potensi setiap setengah unsur tidak bergantung pada keberadaan setengah unsur lainnya dan potensinya. Potensi setengah sel ditentukan oleh konsentrasi ion dalam elektrolit dan suhu.

Hidrogen dipilih sebagai setengah unsur “nol”, yaitu. diyakini bahwa tidak ada usaha yang dilakukan ketika elektron ditambahkan atau dihilangkan untuk membentuk ion. Nilai potensial “nol” diperlukan untuk memahami kemampuan relatif masing-masing dari dua setengah sel dalam sel untuk memberi dan menerima elektron.

Potensi setengah sel yang diukur relatif terhadap elektroda hidrogen disebut skala hidrogen. Jika kecenderungan termodinamika untuk mendonorkan elektron pada salah satu separuh sel elektrokimia lebih tinggi dibandingkan separuh sel lainnya, maka potensial separuh sel pertama lebih tinggi daripada potensial separuh sel kedua. Di bawah pengaruh beda potensial, aliran elektron akan terjadi. Ketika dua logam digabungkan, perbedaan potensial yang timbul di antara keduanya dapat ditentukan dan arah aliran elektron.

Logam yang bersifat elektropositif mempunyai kemampuan lebih tinggi dalam menerima elektron, sehingga bersifat katodik atau mulia. Di sisi lain, ada logam elektronegatif yang mampu menyumbangkan elektron secara spontan. Logam-logam ini bersifat reaktif dan karenanya bersifat anodik:

- → 0 → +

Al Mn Zn Fe Sn Pb H 2 Cu Ag Au

Misalnya Cu lebih mudah melepaskan elektron Ag, tapi lebih buruk dari Fe . Dengan adanya elektroda tembaga, nonion perak akan mulai bergabung dengan elektron, menghasilkan pembentukan ion tembaga dan pengendapan logam perak:

2 Ag++ Cu → Cu 2+ + 2 Ag

Namun, tembaga yang sama kurang reaktif dibandingkan besi. Ketika besi logam bersentuhan dengan tembaga nonat, ia akan mengendap dan besi tersebut akan menjadi larutan:

Fe + Cu 2+ → Fe 2+ + Cu.

Kita dapat mengatakan bahwa tembaga adalah logam katoda dibandingkan besi dan logam anodik dibandingkan perak.

Potensial elektroda standar dianggap sebagai potensi setengah sel logam murni yang dianil penuh sebagai elektroda yang bersentuhan dengan ion pada 25 0 C. Dalam pengukuran ini, elektroda hidrogen bertindak sebagai elektroda referensi. Dalam kasus logam divalen, kita dapat menuliskan reaksi yang terjadi pada sel elektrokimia yang bersangkutan:

M+2H+→ M 2+ + H 2.

Jika kita menyusun logam dalam urutan potensial elektroda standarnya, kita memperoleh apa yang disebut rangkaian tegangan logam elektrokimia (Tabel 1).

Tabel 1. Rangkaian elektrokimia tegangan logam

	Kesetimbangan logam-ion (satuan aktivitas)	Potensial elektroda relatif terhadap elektroda hidrogen pada 25°C, V (potensial reduksi)
Bangsawan atau katoda	Au-Au 3+	1,498
	Pt-Pt 2+
	Pd-Pd 2+	0,987
	Ag-Ag+	0,799
	Hg-Hg 2+	0,788
	Cu-Cu 2+	0,337
	H 2 -H +
	Pb-Pb 2+	0,126
	Sn-Sn 2+	0,140
	Ni-Ni 2+	0,236
	Co-Co 2+	0,250
	CD-CD 2+	0,403
	Fe-Fe 2+	0,444
	Cr-Cr 2+	0,744
	Zn-Zn 2+	0,763
Aktif atau anoda	Al-Al 2+	1,662
	Mg-Mg2+	2,363
	Na-Na+	2,714
	KK+	2,925

Misalnya pada sel galvanik tembaga-seng, terjadi aliran elektron dari seng ke tembaga. Elektroda tembaga adalah kutub positif pada rangkaian ini, dan elektroda seng adalah kutub negatif. Seng yang lebih reaktif kehilangan elektron:

Zn → Zn 2+ + 2e - ; E °=+0,763 V.

Tembaga kurang reaktif dan menerima elektron dari seng:

Cu 2+ + 2e - → Cu; E°=+0,337V.

Tegangan pada kawat logam yang menghubungkan elektroda adalah:

0,763 V + 0,337 V = 1,1 V.

Tabel 2. Potensi stasioner beberapa logam dan paduan dalam air laut sehubungan dengan elektroda hidrogen normal (GOST 9.005-72).

Logam	Potensi stasioner, DI DALAM	Logam	Potensi stasioner, DI DALAM
Magnesium	1,45	Nikel (aktif berdiri bersama)	0,12
Paduan magnesium (6% A aku, 3 % Zn, 0,5 % M N)	1,20	Paduan tembaga LMtsZh-55 3-1	0,12
Seng	0,80	Kuningan (30 % Zn)	0,11
Paduan aluminium (10% M N)	0,74	Perunggu (5-10 % Al)	0,10
Paduan aluminium (10% Zn)	0,70	Kuningan merah (5-10 % Zn)	0,08
Paduan aluminium K48-1	0,660	Tembaga	0,08
Paduan aluminium B48-4	0,650	Cupronickel (30% Ni)	0,02
Paduan aluminium AMg5	0,550	Perunggu "Neva"	0,01
Paduan aluminium AMg61	0,540	Perunggu Br. AZHN 9-4-4	0,02
Aluminium	0,53	Baja tahan karat X13 (keadaan pasif)	0,03
Kadmium	0,52	Nikel (keadaan pasif)	0,05
Duralumin dan paduan aluminium AMg6	0,50	Baja tahan karat X17 (keadaan pasif)	0,10
Besi	0,50	Teknis Titan	0,10
Baja 45G17Yu3	0,47	Perak	0,12
Baja St4S	0,46	Baja tahan karat 1X14ND	0,12
Baja SHL4	0,45	Titanium iodida	0,15
Baja tipe AK dan baja karbon	0,40	Baja tahan karat Х18Н9 (keadaan pasif) dan ОХ17Н7У	0,17
Besi cor kelabu	0,36	Logam monel	0,17
Baja tahan karat X13 dan X17 (keadaan aktif)	0,32	Baja tahan karat Х18Н12М3 (keadaan pasif)	0,20
Besi cor nikel-tembaga (12-15% Tidak, 5-7% Si)	0,30	Baja tahan karat Х18Н10Т	0,25
Memimpin	0,30	Platinum	0,40
Timah	0,25

Catatan . Nilai numerik yang ditunjukkan dari potensial dan urutan logam dalam suatu rangkaian dapat bervariasi pada tingkat yang berbeda-beda tergantung pada kemurnian logam, komposisi air laut, derajat aerasi dan keadaan permukaan logam.

Jika dari seluruh rangkaian potensial elektroda standar kita hanya memilih proses elektroda yang sesuai dengan persamaan umum

kemudian kita mendapatkan serangkaian tekanan logam. Selain logam, rangkaian ini akan selalu menyertakan hidrogen, sehingga Anda dapat melihat logam mana yang mampu menggantikan hidrogen dari larutan asam dalam air.

Tabel 19. Rangkaian tegangan logam

Sejumlah tekanan untuk logam terpenting diberikan dalam tabel. 19. Posisi logam tertentu dalam deret tegangan mencirikan kemampuannya untuk mengalami interaksi redoks dalam larutan air pada kondisi standar. Ion logam merupakan zat pengoksidasi, dan logam dalam bentuk zat sederhana merupakan zat pereduksi. Selain itu, semakin jauh suatu logam terletak pada rangkaian tegangan, semakin kuat zat pengoksidasi dalam larutan berair adalah ion-ionnya, dan sebaliknya, semakin dekat logam tersebut ke awal rangkaian, semakin kuat sifat pereduksinya. zat - logam.

Potensi proses elektroda

di lingkungan netral sama dengan B (lihat halaman 273). Logam aktif pada awal rangkaian, yang memiliki potensi jauh lebih negatif daripada -0,41 V, menggantikan hidrogen dari air. Magnesium menggantikan hidrogen hanya dari air panas. Logam yang terletak di antara magnesium dan kadmium umumnya tidak menggantikan hidrogen dari air. Lapisan oksida terbentuk pada permukaan logam ini, yang memiliki efek perlindungan.

Logam yang terletak di antara magnesium dan hidrogen menggantikan hidrogen dari larutan asam. Pada saat yang sama, lapisan pelindung juga terbentuk pada permukaan beberapa logam, sehingga menghambat reaksi. Dengan demikian, lapisan oksida pada aluminium membuat logam ini stabil tidak hanya dalam air, tetapi juga dalam larutan asam tertentu. Timbal tidak larut dalam asam sulfat pada konsentrasi yang lebih rendah, karena garam yang terbentuk ketika timbal bereaksi dengan asam sulfat tidak larut dan membentuk lapisan pelindung pada permukaan logam. Fenomena penghambatan mendalam terhadap oksidasi logam karena adanya lapisan oksida atau garam pelindung pada permukaannya disebut kepasifan, dan keadaan logam dalam hal ini disebut keadaan pasif.

Logam mampu saling menggantikan dari larutan garam. Arah reaksi ditentukan oleh posisi relatifnya dalam rangkaian tegangan. Ketika mempertimbangkan kasus-kasus spesifik dari reaksi tersebut, harus diingat bahwa logam aktif menggantikan hidrogen tidak hanya dari air, tetapi juga dari larutan berair apa pun. Oleh karena itu, perpindahan timbal balik logam dari larutan garamnya secara praktis hanya terjadi dalam kasus logam yang terletak di deret setelah magnesium.

Beketov adalah orang pertama yang mempelajari secara rinci perpindahan logam dari senyawanya oleh logam lain. Hasil karyanya, ia menyusun logam menurut aktivitas kimianya menjadi rangkaian perpindahan, yang merupakan prototipe rangkaian tekanan logam.

Sepintas, posisi relatif beberapa logam dalam deret tegangan dan dalam tabel periodik tidak berhubungan satu sama lain. Misalnya, menurut posisi dalam tabel periodik, aktivitas kimia kalium harus lebih besar dari natrium, dan natrium - lebih besar dari litium. Dalam rangkaian tegangan, litium adalah yang paling aktif, dan kalium menempati posisi tengah antara litium dan natrium. Seng dan tembaga, menurut posisinya dalam tabel periodik, seharusnya memiliki aktivitas kimia yang kira-kira sama, tetapi dalam rangkaian tegangan, seng terletak jauh lebih awal daripada tembaga. Alasan ketidakkonsistenan semacam ini adalah sebagai berikut.

Saat membandingkan logam yang menempati posisi tertentu dalam tabel periodik, energi ionisasi atom bebas diambil sebagai ukuran aktivitas kimianya - kemampuan reduksi. Memang, ketika bergerak, misalnya, dari atas ke bawah sepanjang subkelompok utama golongan I sistem periodik, energi ionisasi atom berkurang, yang dikaitkan dengan peningkatan jari-jarinya (yaitu, dengan jarak elektron terluar yang lebih jauh. dari inti) dan dengan meningkatnya penyaringan muatan positif inti oleh lapisan elektronik perantara (lihat § 31). Oleh karena itu, atom kalium menunjukkan aktivitas kimia yang lebih besar - sifat pereduksinya lebih kuat - dibandingkan atom natrium, dan atom natrium menunjukkan aktivitas lebih besar daripada atom litium.

Saat membandingkan logam dalam serangkaian tegangan, usaha mengubah logam dalam keadaan padat menjadi ion terhidrasi dalam larutan air diambil sebagai ukuran aktivitas kimia. Pekerjaan ini dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari tiga istilah: energi atomisasi - transformasi kristal logam menjadi atom terisolasi, energi ionisasi atom logam bebas dan energi hidrasi ion yang dihasilkan. Energi atomisasi mencirikan kekuatan kisi kristal suatu logam tertentu. Energi ionisasi atom - penghilangan elektron valensi dari atom - secara langsung ditentukan oleh posisi logam dalam tabel periodik. Energi yang dilepaskan selama hidrasi bergantung pada struktur elektronik ion, muatan dan jari-jarinya.

Ion litium dan kalium, yang mempunyai muatan sama tetapi jari-jarinya berbeda, akan menciptakan medan listrik yang tidak sama di sekelilingnya. Medan yang dihasilkan di dekat ion litium kecil akan lebih kuat dibandingkan medan di dekat ion kalium besar. Dari sini jelas bahwa ion litium akan terhidrasi dengan pelepasan energi yang lebih banyak dibandingkan ion kalium.

Jadi, selama transformasi yang dipertimbangkan, energi dikeluarkan untuk atomisasi dan ionisasi, dan energi dilepaskan selama hidrasi. Semakin rendah konsumsi energi total, semakin mudah seluruh proses dan semakin dekat ke awal deret tegangan logam tersebut akan ditempatkan. Namun dari tiga suku keseimbangan energi umum, hanya satu - energi ionisasi - yang secara langsung ditentukan oleh posisi logam dalam tabel periodik. Oleh karena itu, tidak ada alasan untuk mengharapkan bahwa posisi relatif logam tertentu dalam deret tegangan akan selalu sesuai dengan posisinya dalam tabel periodik. Jadi, untuk litium, total konsumsi energinya ternyata lebih kecil dibandingkan kalium, yang menurutnya litium berada sebelum kalium dalam rangkaian tegangan.

Untuk tembaga dan seng, pengeluaran energi untuk ionisasi atom bebas dan perolehan energi selama hidrasi ion hampir sama. Namun logam tembaga membentuk kisi kristal yang lebih kuat daripada seng, seperti terlihat dari perbandingan suhu leleh logam-logam ini: seng meleleh pada suhu , dan tembaga hanya pada suhu . Oleh karena itu, energi yang dikeluarkan untuk atomisasi logam-logam ini berbeda secara signifikan, akibatnya total biaya energi untuk seluruh proses dalam kasus tembaga jauh lebih besar daripada dalam kasus seng, yang menjelaskan posisi relatif dari logam-logam ini. logam dalam deret tegangan.

Ketika berpindah dari air ke pelarut tidak berair, posisi relatif logam dalam rangkaian tegangan dapat berubah. Alasannya adalah energi solvasi ion logam yang berbeda berubah secara berbeda ketika berpindah dari satu pelarut ke pelarut lainnya.

Khususnya, ion tembaga terlarut cukup kuat dalam beberapa pelarut organik; Hal ini mengarah pada fakta bahwa dalam pelarut tersebut tembaga berada pada rangkaian tegangan sebelum hidrogen dan menggantikannya dari larutan asam.

Jadi, berbeda dengan sistem periodik unsur, rangkaian tekanan logam bukanlah cerminan dari pola umum yang menjadi dasar untuk memberikan gambaran menyeluruh tentang sifat kimia logam. Serangkaian tegangan hanya mencirikan kemampuan redoks sistem Elektrokimia "ion logam - logam" dalam kondisi yang ditentukan secara ketat: nilai yang diberikan di dalamnya mengacu pada larutan berair, suhu dan konsentrasi satuan (aktivitas) ion logam.

Dalam buku teks kimia, ketika menyajikan topik “Asam”, dalam satu atau lain bentuk, apa yang disebut deret perpindahan logam disebutkan, yang komposisinya sering dikaitkan dengan Beketov.

Misalnya, dalam buku teks kelas 8 yang pernah paling tersebar luas oleh G. E. Rudzitis dan F. G. Feldman (dari tahun 1989 hingga 1995 diterbitkan dengan total sirkulasi 8,3 juta eksemplar), berikut ini dikatakan. Dari pengalaman mudah untuk memverifikasi bahwa magnesium bereaksi cepat dengan asam (menggunakan asam klorida sebagai contoh), seng bereaksi lebih lambat, besi bahkan lebih lambat, dan tembaga tidak bereaksi dengan asam klorida. “Eksperimen serupa dilakukan oleh ilmuwan Rusia N.N. Beketov,” tulis penulis buku teks tersebut lebih lanjut. – Berdasarkan percobaannya, ia menyusun deret perpindahan logam: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Dalam rangkaian ini, semua logam sebelum hidrogen mampu menggantikannya dari asam.” Dilaporkan juga bahwa Beketov adalah “pendiri kimia fisik. Pada tahun 1863 ia menyusun rangkaian perpindahan logam, yang dinamai menurut nama ilmuwan tersebut.” Selanjutnya, siswa diberitahu bahwa dalam deret Beketov, logam di sebelah kiri menggantikan logam di sebelah kanan dari larutan garamnya. Pengecualiannya adalah logam paling aktif. Informasi serupa dapat ditemukan di buku teks dan manual sekolah lainnya, misalnya: “Ahli kimia Rusia N. N. Beketov mempelajari semua logam dan mengurutkannya menurut aktivitas kimianya dalam deret perpindahan (deret aktivitas),” dll.

Beberapa pertanyaan mungkin muncul di sini.

Pertanyaan pertama. Sebenarnya, sebelum eksperimen Beketov (yaitu sebelum tahun 1863), ahli kimia tidak mengetahui bahwa magnesium, seng, besi, dan sejumlah logam lain bereaksi dengan asam menghasilkan hidrogen, tetapi tembaga, merkuri, perak, platinum, dan emas tidak memiliki sifat ini. ?

Pertanyaan kedua. Bukankah ahli kimia sebelum Beketov memperhatikan bahwa beberapa logam dapat menggantikan logam lain dari larutan garamnya?

Pertanyaan ketiga. Dalam buku karya V. A. Volkov, E. V. Vonsky, G. I. Kuznetsov “Ahli Kimia Luar Biasa di Dunia. Buku referensi biografi" (M.: Higher School, 1991) dikatakan bahwa Nikolai Nikolaevich Beketov (1827–1911) adalah “seorang ahli kimia fisika Rusia, akademisi... salah satu pendiri kimia fisik... Dia mempelajari perilaku asam organik pada suhu tinggi. Disintesis (1852) benzureida dan asetureida. Dia mengemukakan (1865) sejumlah proposisi teoretis tentang ketergantungan arah reaksi pada keadaan reagen dan kondisi eksternal... Dia menentukan panas pembentukan oksida dan klorida logam alkali, dan untuk pertama kalinya (1870) memperoleh oksida anhidrat dari logam alkali. Dengan menggunakan kemampuan aluminium untuk mereduksi logam dari oksidanya, ia meletakkan dasar aluminotermi... Presiden Masyarakat Fisika dan Kimia Rusia...." Dan tidak sepatah kata pun tentang kompilasi seri perpindahannya, yang dimasukkan (tidak seperti, misalnya, ureida - turunan urea) dalam buku pelajaran sekolah yang diterbitkan dalam jutaan eksemplar!

Para penulis buku referensi biografi tidak boleh disalahkan karena melupakan penemuan penting ilmuwan Rusia: lagi pula, D.I. Mendeleev, yang tentunya tidak dapat dicela karena tidak patriotisme, dalam buku teks klasiknya “Fundamentals of Chemistry” juga tidak pernah menyebutkan seri represif Beketov , meski 15 kali mengacu pada berbagai karyanya. Untuk menjawab semua pertanyaan ini, kita harus melakukan perjalanan ke dalam sejarah kimia, mencari tahu siapa dan kapan mengusulkan rangkaian aktivitas logam, eksperimen apa yang dilakukan N.N. Beketov sendiri, dan apa rangkaian perpindahannya.

Dua pertanyaan pertama dapat dijawab dengan cara ini. Tentu saja, pelepasan hidrogen dari asam oleh logam dan berbagai contoh perpindahannya satu sama lain dari garam telah diketahui jauh sebelum kelahiran Beketov. Misalnya, dalam salah satu manual ahli kimia dan mineralogi Swedia Thornburn Olav Bergman, yang diterbitkan pada tahun 1783, direkomendasikan untuk menggantikan timbal dan perak dari larutan menggunakan pelat besi saat menganalisis bijih polimetalik. Saat menghitung kandungan besi dalam bijih, orang harus memperhitungkan bagiannya yang masuk ke dalam larutan dari pelat. Dalam manual yang sama, Bergman menulis: “Logam dapat digantikan dari larutan garamnya oleh logam lain, dengan konsistensi tertentu. Dalam seri seng, besi, timbal, timah, tembaga, perak dan merkuri, seng menggantikan besi, dll.” Dan, tentu saja, bukan Bergman yang pertama kali menemukan reaksi-reaksi ini: pengamatan seperti itu sudah ada sejak zaman alkimia. Contoh paling terkenal dari reaksi semacam itu digunakan pada Abad Pertengahan oleh para penipu yang secara terbuka mendemonstrasikan “transformasi” paku besi menjadi “emas” merah ketika paku tersebut dicelupkan ke dalam larutan tembaga sulfat. Sekarang reaksi ini ditunjukkan dalam pelajaran kimia di sekolah. Apa inti dari teori baru Beketov? Sebelum munculnya termodinamika kimia, ahli kimia menjelaskan terjadinya reaksi dalam satu arah atau lainnya dengan konsep afinitas suatu benda terhadap benda lainnya. Bergman yang sama, berdasarkan reaksi represi yang terkenal, pada tahun 1775 mengembangkan teori afinitas selektif. Menurut teori ini, afinitas kimia antara dua zat pada kondisi tertentu tetap konstan dan tidak bergantung pada massa relatif zat yang bereaksi. Artinya, jika benda A dan B bersentuhan dengan benda C, maka benda yang mempunyai afinitas lebih besar terhadapnya akan berkontak dengan C. Misalnya, besi memiliki afinitas yang lebih besar terhadap oksigen dibandingkan merkuri, sehingga akan teroksidasi terlebih dahulu olehnya. Diasumsikan bahwa arah reaksi ditentukan semata-mata oleh afinitas kimia dari benda-benda yang bereaksi, dan reaksi berlangsung hingga selesai. Bergman menyusun tabel afinitas kimia yang digunakan para ahli kimia hingga awal abad ke-19. Tabel-tabel ini khususnya mencakup berbagai asam dan basa.

Hampir bersamaan dengan Bergman, ahli kimia Perancis Claude Louis Berthollet mengembangkan teori lain. Afinitas kimia juga dikaitkan dengan ketertarikan benda satu sama lain, tetapi kesimpulan yang berbeda diambil. Dengan analogi hukum tarik-menarik universal, Berthollet percaya bahwa dalam kimia, tarik-menarik harus bergantung pada massa benda yang bereaksi. Oleh karena itu, jalannya reaksi dan hasilnya tidak hanya bergantung pada afinitas kimia reagen, tetapi juga pada kuantitasnya. Misalnya, jika benda A dan B dapat bereaksi dengan C, maka benda C akan terdistribusi antara A dan B sesuai dengan afinitas dan massanya dan tidak ada satu reaksi pun yang akan selesai, karena kesetimbangan akan terjadi ketika AC, BC dan A bebas dan B hidup berdampingan secara bersamaan. Sangat penting bahwa distribusi C antara A dan B dapat berubah tergantung pada kelebihan A atau B. Oleh karena itu, dengan kelebihan yang besar, benda dengan afinitas rendah hampir dapat “mengambil” benda C sepenuhnya dari "saingannya". Namun jika salah satu produk reaksi (AC atau BC) dihilangkan, maka reaksi akan berlangsung hingga selesai dan hanya produk yang keluar dari ruang lingkup aksi yang akan terbentuk.

Berthollet membuat kesimpulannya dengan mengamati proses pengendapan dari larutan. Kesimpulan ini terdengar sangat modern jika kita mempertimbangkan terminologi yang sudah ketinggalan zaman. Namun, teori Berthollet bersifat kualitatif; teori ini tidak memberikan cara untuk mengukur nilai afinitas.

Kemajuan lebih lanjut dari teori ini didasarkan pada penemuan di bidang kelistrikan. Fisikawan Italia Alessandro Volta pada akhir abad ke-18. menunjukkan bahwa ketika logam yang berbeda bersentuhan, timbul muatan listrik. Melakukan percobaan dengan berbagai pasangan logam dan menentukan tanda dan besarnya muatan beberapa logam terhadap logam lainnya, Volta menetapkan sejumlah tegangan: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. Dengan menggunakan pasangan logam yang berbeda, Volta membuat sel galvanik, yang kekuatannya semakin besar jika semakin jauh jarak anggota rangkaian ini satu sama lain. Alasannya tidak diketahui pada tahun-tahun itu. Benar, pada tahun 1797, ilmuwan Jerman Johann Wilhelm Ritter meramalkan bahwa rangkaian tegangan logam harus berada dalam urutan penurunan kemampuannya untuk berikatan dengan oksigen. Dalam kasus seng dan emas, kesimpulan ini tidak diragukan lagi; Sedangkan untuk logam lainnya, perlu diperhatikan bahwa kemurniannya tidak terlalu tinggi, sehingga seri Volta tidak selalu sesuai dengan seri modern.

Pandangan teoretis tentang sifat proses yang terjadi sangat kabur dan seringkali kontradiktif. Ahli kimia terkenal Swedia Jons Jacob Berzelius pada awal abad ke-19. menciptakan elektrokimia (atau dualistik, dari lat. dualis - teori senyawa kimia "ganda"). Menurut teori ini, diasumsikan bahwa setiap senyawa kimia terdiri dari dua bagian - bermuatan positif dan negatif. Pada tahun 1811, Berzelius, berdasarkan sifat kimia unsur-unsur yang diketahuinya, menyusunnya dalam suatu rangkaian sehingga setiap anggota di dalamnya bersifat elektronegatif terhadap anggota sebelumnya dan elektropositif terhadap anggota berikutnya. Dalam versi singkatnya, unsur-unsur berikut diklasifikasikan sebagai unsur elektronegatif (dalam urutan menurun):

O, S, N, Cl, Br, S, Se P, As, Cr, B, C, Sb, Te, Si.

Kemudian muncullah unsur transisi - hidrogen, dan setelahnya - unsur elektropositif (untuk meningkatkan sifat ini):

Au, Pt, Hg, Ag, Cu, Bi, Sn, Pb, Cd, Co, Ni, Fe, Zn, Mn, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K.

Deret ini, jika kita menulis ulang semua logam dalam urutan terbalik, sangat mirip dengan deret modern. Beberapa perbedaan urutan logam dalam deret ini mungkin dijelaskan oleh kurangnya pemurnian zat pada zaman Berzelius, serta oleh beberapa sifat logam lain yang menjadi pedoman Berzelius. Menurut Berzelius, semakin jauh jarak unsur-unsur dalam deret ini, semakin berlawanan muatan listriknya dan semakin kuat senyawa kimia yang terbentuk satu sama lain.

Teori dualisme Berzelius pada pertengahan abad ke-19. dominan. Ketidakkonsistenannya ditunjukkan oleh pendiri termokimia, ilmuwan Perancis Marcelin Berthelot dan peneliti Denmark Julius Thomsen. Mereka mengukur afinitas kimia berdasarkan kerja yang dapat dihasilkan oleh reaksi kimia. Dalam praktiknya, ini diukur dengan efek termal dari reaksi. Karya-karya ini mengarah pada penciptaan termodinamika kimia - ilmu yang memungkinkan, khususnya, menghitung posisi kesetimbangan dalam sistem bereaksi, termasuk kesetimbangan dalam proses elektrokimia. Dasar teoritis untuk rangkaian aktivitas (dan rangkaian tegangan) dalam solusi diletakkan pada akhir abad ke-19. Ahli kimia fisik Jerman Walter Nernst. Alih-alih karakteristik kualitatif - afinitas atau kemampuan logam dan ionnya untuk reaksi tertentu - muncul nilai kuantitatif yang tepat, yang mencirikan kemampuan setiap logam untuk masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion, serta direduksi dari ion. ke logam pada elektroda. Nilai ini adalah potensial elektroda standar logam, dan rangkaian yang sesuai, disusun menurut urutan perubahan potensial, disebut rangkaian potensial elektroda standar. (Keadaan standar mengasumsikan bahwa konsentrasi ion dalam larutan adalah 1 mol/L dan tekanan gas adalah 1 atm; keadaan standar paling sering dihitung untuk suhu 25 °C.)

Potensi standar logam alkali paling aktif dihitung secara teoritis, karena tidak mungkin mengukurnya secara eksperimental dalam larutan air. Untuk menghitung potensi logam pada konsentrasi ion yang berbeda (yaitu, dalam keadaan non-standar), persamaan Nernst digunakan. Potensi elektroda telah ditentukan tidak hanya untuk logam, tetapi juga untuk banyak reaksi redoks yang melibatkan kation dan anion. Hal ini memungkinkan kita untuk secara teoritis memprediksi kemungkinan terjadinya berbagai reaksi redoks dalam kondisi berbeda. Perlu juga dicatat bahwa dalam larutan non-air, potensi logam akan berbeda, sehingga urutan logam dalam rangkaian dapat berubah secara nyata. Misalnya, dalam larutan air, potensial elektroda tembaga adalah positif (+0,24 V) dan tembaga terletak di sebelah kanan hidrogen. Dalam larutan asetonitril CH3CN, potensial tembaga bernilai negatif (–0,28 V), yaitu tembaga terletak di sebelah kiri hidrogen. Oleh karena itu, reaksi berikut terjadi pada pelarut ini: Cu + 2HCl = CuCl2 + H2.

Sekarang waktunya telah tiba untuk menjawab pertanyaan ketiga dan mencari tahu apa sebenarnya yang dipelajari Beketov dan kesimpulan apa yang didapatnya.

Salah satu ahli kimia Rusia paling terkemuka N. N. Beketov, setelah lulus (pada tahun 1848) dari Universitas Kazan, bekerja selama beberapa waktu di Akademi Medis-Bedah di laboratorium N. N. Vinin, kemudian di Universitas St. Petersburg, dan dari tahun 1855 hingga 1886 - di Universitas Kharkov. Segera setelah menerima jurusan kimia universitas pada tahun 1857, Beketov pergi ke luar negeri selama satu tahun "dengan tugas seribu rubel setahun di samping gaji yang diterima" - pada saat itu jumlahnya besar. Saat berada di Paris, ia menerbitkan (dalam bahasa Prancis) hasil penelitian sebelumnya di Rusia mengenai perpindahan logam tertentu dari larutan oleh hidrogen dan mengenai efek reduksi uap seng. Pada pertemuan Paris Chemical Society, Beketov melaporkan karyanya tentang reduksi SiCl4 dan BF3 dengan hidrogen. Ini adalah mata rantai pertama dalam rantai penelitian yang ditujukan untuk perpindahan beberapa elemen oleh elemen lainnya, yang dimulai Beketov pada tahun 1856 dan selesai pada tahun 1865.

Sudah di luar negeri, Beketov menarik perhatian. Cukup mengutip kata-kata D.I. Mendeleev, yang ditemui Beketov di Jerman: “Dari ahli kimia Rusia di luar negeri, saya mengenali Beketov... Savich, Sechenov. Mereka semua adalah… orang-orang yang membawa kehormatan bagi Rusia, orang-orang yang saya senang bisa bergaul dengan baik.”

Pada tahun 1865, disertasi Beketov “Studi tentang Fenomena Penggantian Beberapa Elemen oleh Elemen Lainnya” diterbitkan di Kharkov. Karya ini diterbitkan ulang di Kharkov pada tahun 1904 (dalam koleksi “Untuk mengenang 50 tahun kegiatan ilmiah N. N. Beketov”) dan pada tahun 1955 (dalam koleksi “N. N. Beketov. Karya-karya terpilih tentang kimia fisik”) .

Mari kita kenali karya Beketov ini lebih detail. Ini terdiri dari dua bagian. Bagian pertama (ada enam bagian) memaparkan hasil percobaan penulis dengan sangat detail. Tiga bagian pertama dikhususkan untuk pengaruh hidrogen pada larutan garam perak dan merkuri pada berbagai tekanan. Beketov berpendapat bahwa sangat penting untuk memperjelas tempat hidrogen dalam rangkaian logam, serta ketergantungan arah reaksi pada kondisi eksternal - tekanan, suhu, konsentrasi reagen. Dia melakukan eksperimen baik dalam larutan maupun dengan zat kering. Ahli kimia sangat menyadari bahwa hidrogen dengan mudah menggantikan beberapa logam dari oksidanya pada suhu tinggi, namun tidak aktif pada suhu rendah. Beketov menemukan bahwa aktivitas hidrogen meningkat seiring dengan peningkatan tekanan, yang ia kaitkan dengan “kepadatan yang lebih besar” dari reagen (sekarang mereka akan mengatakan dengan tekanan yang lebih tinggi, yaitu konsentrasi gas).

Saat mempelajari kemungkinan menggantikan logam dengan hidrogen dari larutan, Beketov melakukan sejumlah eksperimen yang agak berisiko. Untuk pertama kalinya dalam sejarah kimia, Beketov menggunakan tekanan melebihi 100 atm. Ia melakukan eksperimen dalam kegelapan, dalam tabung kaca tertutup dengan beberapa tikungan (siku). Dia menempatkan larutan garam di satu siku, asam di siku lainnya, dan logam seng di ujung tabung. Dengan memiringkan tabung, Beketov memaksa seng jatuh ke dalam asam, yang diambil secara berlebihan. Mengetahui massa seng terlarut dan volume tabung, tekanan hidrogen yang dicapai dapat diperkirakan. Dalam beberapa percobaan, Beketov menentukan tekanan berdasarkan derajat kompresi udara oleh cairan dalam kapiler tipis yang disolder ke tabung. Pembukaan tabung selalu disertai ledakan. Dalam salah satu percobaan, di mana tekanan mencapai 110 atm, ledakan ketika tabung dibuka (dilakukan dalam air di bawah silinder terbalik) menghancurkan silinder berdinding tebal, yang volumenya seribu kali lebih besar dari silinder. volume tabung berisi reagen.

Eksperimen telah menunjukkan bahwa pengaruh hidrogen tidak hanya bergantung pada tekanannya, tetapi juga pada “kekuatan larutan logam”, yaitu konsentrasinya. Reduksi perak dari larutan amonia AgCl dimulai bahkan sebelum seng larut sempurna pada tekanan sekitar 10 atm - larutan transparan berubah menjadi coklat (pertama di perbatasan dengan gas, kemudian di seluruh massa), dan setelah a beberapa hari bubuk perak abu-abu mengendap di dinding. Tidak ada reaksi yang diamati pada tekanan atmosfer. Perak juga tereduksi dari nitrat dan sulfat, dan hidrogen juga bekerja pada perak asetat pada tekanan atmosfer. Bola logam dilepaskan dari garam merkuri pada tekanan tinggi, namun tembaga dan timbal nitrat tidak dapat direduksi bahkan pada tekanan hidrogen tinggi. Reduksi tembaga hanya diamati dengan adanya perak dan platinum pada tekanan hingga 100 atm. Beketov menggunakan platina untuk mempercepat proses, yaitu sebagai katalis. Dia menulis bahwa platina lebih kondusif untuk menggantikan logam tertentu daripada tekanan, karena hidrogen pada permukaan platina “memiliki gaya tarik menarik yang lebih besar dan seharusnya memiliki kepadatan yang paling besar.” Kita sekarang mengetahui bahwa hidrogen yang teradsorpsi pada platina diaktifkan karena interaksi kimianya dengan atom logam.

Di bagian keempat dari bagian pertama, Beketov menjelaskan eksperimen dengan karbon dioksida. Ia mempelajari pengaruhnya terhadap larutan kalsium asetat pada tekanan berbeda; menemukan bahwa reaksi sebaliknya - pelarutan marmer dalam asam asetat pada tekanan gas tertentu berhenti bahkan dengan asam berlebih.

Pada bagian terakhir dari bagian percobaan, Beketov menjelaskan pengaruh uap seng pada suhu tinggi pada senyawa barium, silikon, dan aluminium (dia menyebut unsur terakhir tanah liat, seperti yang lazim pada tahun-tahun itu). Dengan mereduksi silikon tetraklorida dengan seng, Beketov memperoleh silikon kristal yang cukup murni untuk pertama kalinya. Ia juga menemukan bahwa magnesium mereduksi aluminium dari kriolit (natrium fluoroaluminat buatan sendiri) dan silikon dari dioksidanya. Eksperimen ini juga membuktikan kemampuan aluminium untuk mereduksi barium dari oksida dan kalium dari hidroksida. Jadi, setelah aluminium dikalsinasi dengan barium oksida anhidrat (dengan sedikit penambahan barium klorida untuk menurunkan titik leleh), terbentuk paduan yang menurut hasil analisis adalah 33,3% barium, sisanya adalah aluminium. Pada saat yang sama, mengkalsinasi aluminium selama berjam-jam dengan barium klorida yang digiling menjadi bubuk tidak menyebabkan perubahan apa pun.

Reaksi yang tidak biasa antara aluminium dengan KOH dilakukan dalam laras senapan melengkung, di ujung tertutupnya ditempatkan potongan KOH dan aluminium. Ketika ujung ini sangat panas, uap kalium muncul, yang mengembun di bagian laras yang dingin, “dari mana beberapa potong logam lunak yang terbakar dengan nyala api ungu diekstraksi.” Kemudian, rubidium dan cesium diisolasi dengan cara yang sama.

Bagian kedua dari karya Beketov dikhususkan untuk teori perpindahan beberapa elemen oleh elemen lainnya. Pada bagian ini, Beketov pertama kali menganalisis banyak data eksperimen - baik miliknya sendiri maupun yang dilakukan oleh peneliti lain, termasuk profesor Breslav Fischer, serta Davy, GayLussac, Berzelius, Wöhler. Yang perlu diperhatikan secara khusus adalah “beberapa fakta menarik tentang pengendapan basah logam” yang ditemukan oleh ahli kimia Inggris William Odling. Pada saat yang sama, Beketov mempertimbangkan kasus-kasus perpindahan beberapa unsur oleh unsur lain melalui “jalur basah”, yaitu dalam larutan, dan “jalur kering”, yaitu ketika reagen dikalsinasi. Hal ini logis, karena tidak mungkin melakukan reaksi secara eksperimental dalam larutan air yang melibatkan logam alkali dan alkali tanah, karena keduanya bereaksi aktif dengan air.

Beketov kemudian menguraikan teorinya untuk menjelaskan berbagai aktivitas unsur. Setelah menyusun semua logam dalam suatu rangkaian menurut berat jenisnya (yaitu kepadatan), Beketov menemukan bahwa logam tersebut cukup sesuai dengan deret perpindahan yang terkenal. “Akibatnya,” Beketov menyimpulkan, “tempat logam... dalam rangkaian perpindahan dapat ditentukan dengan cukup akurat dan, bisa dikatakan, diprediksi terlebih dahulu berdasarkan berat jenisnya.” Beberapa ketidakpastian hanya diamati antara “logam-logam yang bertetangga dalam berat jenisnya.” Oleh karena itu, kalium biasanya merupakan unsur yang “lebih energik” dan, misalnya, menggantikan natrium dari NaCl pada saat kalsinasi, meskipun kalium lebih mudah menguap. Namun, proses sebaliknya juga diketahui: misalnya, natrium dapat menggantikan kalium dari hidroksida dan asetatnya. “Mengenai hubungan golongan basa pertama dengan golongan basa kedua dan hubungan logam golongan kedua satu sama lain, masih belum cukup dipelajari,” tulis Beketov.

Beketov juga menghadapi kesulitan yang lebih serius. Misalnya, ia berhasil mereduksi seng dengan aluminium dari larutan ZnCl2, namun gagal mereduksinya dari larutan ZnSO4. Selain itu, aluminium “sama sekali tidak mereduksi besi, nikel, kobalt, atau kadmium dari larutan”. Beketov menjelaskan hal ini dengan fakta bahwa aluminium “beraksi terutama pada air”, dan berasumsi bahwa reaksi ini akan terjadi tanpa adanya air, “dengan cara kering”. Memang, Beketov kemudian menemukan reaksi tersebut dan benar-benar menemukan aluminotermi.

Kesulitan lainnya adalah beberapa logam berada di luar aturan berat jenis. Jadi, tembaga (kepadatan 8,9) dalam rangkaian aktivitas terletak bukan sebelum, tetapi setelah timbal (kepadatan 11,4 - nilai kepadatan Beketov sedikit berbeda dari nilai kepadatan modern). “Anomali” ini memaksa Beketov mencoba mengganti timbal yang lebih aktif dengan tembaga yang kurang aktif. Dia menempatkan pelat tembaga dalam larutan timbal klorida jenuh panas - netral dan asam, dalam larutan amonia oksida timbal, dan memanaskan tembaga dengan timbal oksida kering dan klorida. Semua eksperimen tidak berhasil, dan Beketov terpaksa mengakui adanya “penyimpangan dari aturan umum”. "Anomali" lainnya berkaitan dengan perak (massa jenis 10,5) dan timbal, serta perak dan merkuri (massa jenis 13,5), karena timbal dan merkuri mereduksi perak yang "lebih ringan" dari larutan garamnya. Beketov menjelaskan anomali merkuri dengan fakta bahwa logam ini berbentuk cair dan oleh karena itu aktivitasnya lebih tinggi dari yang mengikuti aturan berat jenis.

Beketov memperluas kekuasaannya pada non-logam. Misalnya, dalam seri klorin (massa jenis klorin cair 1,33), brom (massa jenis 2,86), yodium (massa jenis 4,54) adalah unsur paling ringan sekaligus paling aktif (fluor diperoleh oleh Moissan hanya 20 tahun kemudian). Hal yang sama diamati pada deret O, S, Se, Te: oksigen adalah yang paling aktif dan dengan mudah menggantikan unsur-unsur lain dari senyawanya dengan hidrogen atau logam alkali.

Beketov menjelaskan aturannya dengan analogi mekanika: berat jenis berkaitan dengan massa partikel (yaitu atom) dan jarak antar partikel dalam zat sederhana. Dengan mengetahui massa jenis logam dan massa atom relatifnya, kita dapat menghitung jarak relatif antar atom. Semakin besar jarak antara keduanya, menurut Beketov, semakin mudah atom dipisahkan dalam proses kimia. Hal ini juga terkait dengan “afinitas” timbal balik berbagai unsur dan kemampuan untuk saling menggantikan dari senyawa. Setelah menghitung jarak relatif antar atom dalam logam yang berbeda dan menggunakan kalium sebagai standar, Beketov memperoleh nilai berikut: K – 100, Na – 80, Ca – 65, Mg – 53, Al – 43, dst. hingga platina.

Ringkasan lebih lanjut dari teori Beketov mengenai kekuatan relatif senyawa kimia (yaitu, kemampuan beberapa unsur untuk menggantikan unsur lain terkait dengan hal ini) dapat ditemukan dalam buku teks karya D. I. Mendeleev “Fundamentals of Chemistry” (dikutip dari edisi 1947 menggunakan terminologi modern): “...Profesor N.N. Beketov, dalam esainya “Research on the Phenomena of Repression” (Kharkov, 1865), mengajukan hipotesis khusus, yang akan kami sajikan hampir dalam kata-kata penulis.

Untuk aluminium, oksida Al2O3 lebih kuat dibandingkan AlCl3 dan AlI3 halida. Pada oksida perbandingannya adalah Al:O = 112:100, untuk Al klorida: Cl = 25:100, untuk Al iodida: I = 7:100. Untuk perak, oksida Ag2O (perbandingan 1350:100) kurang tahan lama dibandingkan klorida (Ag:Cl = = 100:33), dan iodida paling kuat (Ag:I = 85:100). Dari contoh-contoh ini dan contoh-contoh serupa jelaslah bahwa ikatan yang paling kuat adalah ikatan yang massa unsur-unsur penghubungnya menjadi hampir sama. Oleh karena itu, ada kecenderungan massa yang besar bergabung dengan massa yang besar, dan massa yang kecil dengan massa yang kecil, contoh: Ag2O + 2KI menghasilkan K2O + 2AgI. Untuk alasan yang sama, Ag2O, HgO, Au2O3 dan oksida serupa yang tersusun dari massa yang tidak sama terurai pada suhu tinggi, sedangkan oksida logam ringan, serta air, tidak mudah terurai. Oksida yang paling tahan panas - MgO, CaO, SiO2, Al2O3 - mendekati kondisi massa yang sama. Untuk alasan yang sama, HI lebih mudah terurai dibandingkan HCl. Klorin tidak berpengaruh pada MgO dan Al2O3, namun bekerja pada CaO, Ag2O, dan lain-lain.

Untuk memahami hubungan afinitas yang sebenarnya, Mendeleev menyimpulkan, penambahan teori mekanik fenomena kimia yang diberikan Beketov masih jauh dari cukup. Namun demikian, dalam caranya menjelaskan kekuatan relatif dari banyak sendi, kita dapat melihat rumusan pertanyaan yang sangat menarik dan sangat penting. Tanpa upaya seperti itu, mustahil untuk memahami objek-objek pengetahuan eksperimental yang kompleks.”

Jadi, tanpa mengurangi manfaat dari ahli kimia yang luar biasa, harus diakui bahwa, meskipun teori N.N. Beketov memainkan peran penting dalam pengembangan kimia teoretis, pembentukan aktivitas relatif logam dalam reaksi perpindahan hidrogen dari asam dan rangkaian aktivitas logam yang terkait tidak boleh dikaitkan dengannya: mekaniknya teori fenomena kimia tetap dalam sejarah kimia sebagai salah satu dari banyak tahapannya.

Mengapa dalam beberapa buku Beketov dikreditkan dengan sesuatu yang tidak dia temukan? Tradisi ini, seperti banyak tradisi lainnya, mungkin muncul pada akhir tahun 40an - awal tahun 50an. Abad ke-20, ketika kampanye melawan “sanjungan terhadap Barat” sedang berkecamuk di Uni Soviet, dan para penulis harus mengaitkan semua penemuan yang kurang lebih nyata dalam sains secara eksklusif dengan ilmuwan dalam negeri, dan bahkan mengutip penulis asing dianggap hasutan (ini terjadi di tahun-tahun ketika ada lelucon tentang bahwa “Rusia adalah tempat kelahiran gajah”). Misalnya, M.V. Lomonosov dikreditkan dengan penemuan hukum kekekalan energi, yang baru ditemukan pada pertengahan abad ke-19. Berikut adalah contoh spesifik penyajian sejarah ilmu pengetahuan pada masa itu. Dalam buku Vladimir Orlov “On a Courageous Thought” (Moscow: Young Guard, 1953), penemuan di bidang kelistrikan dijelaskan dengan kata-kata berikut: “Orang asing merusak tempat lahirnya lampu listrik... Sebuah penemuan Rusia yang luar biasa dicuri oleh Amerika... Edison di Amerika dengan rakus mulai menyempurnakan penemuan Rusia... Ilmuwan asing mereka memutilasi lampu listrik yang diciptakan oleh kejeniusan rakyat Rusia... Imperialis Amerika mempermalukan listrik... Mengikuti mereka, kaum fasis Yugoslavia mempermalukan lampu listrik..." - dll., dll. Gema individu dari masa-masa kenangan buruk itu, tampaknya, tetap ada di beberapa buku teks, dan harus disingkirkan. Seperti yang dikatakan salah satu sejarawan kimia, “Lomonosov cukup hebat untuk tidak menghubungkan penemuan orang lain dengan dia.”

“Lilinnya menyala…”

Fenomena yang diamati ketika lilin menyala sedemikian rupa sehingga tidak ada satu pun hukum alam yang tidak terpengaruh dengan satu atau lain cara.

Michael Faraday. Sejarah lilin

Cerita ini tentang "investigasi eksperimental". Hal utama dalam kimia adalah eksperimen. Di laboratorium di seluruh dunia, jutaan eksperimen berbeda telah dilakukan dan terus dilakukan, namun sangat jarang peneliti profesional melakukan seperti yang dilakukan beberapa ahli kimia muda: bagaimana jika sesuatu yang menarik ternyata? Seringkali, peneliti memiliki hipotesis yang dirumuskan dengan jelas, yang ingin dikonfirmasi atau disangkal secara eksperimental. Namun sekarang percobaannya sudah selesai, hasilnya sudah didapat. Jika tidak sesuai dengan hipotesis, maka salah (tentu saja jika percobaan dilakukan dengan benar dan diulang beberapa kali). Bagaimana jika setuju? Apakah ini berarti hipotesisnya benar dan sudah waktunya dipindahkan ke kategori teori? Seorang peneliti pemula kadang-kadang berpikir demikian, tetapi seorang peneliti yang berpengalaman tidak terburu-buru mengambil kesimpulan, tetapi pertama-tama berpikir keras apakah mungkin untuk menjelaskan hasil yang diperoleh dengan cara lain.

Sejarah kimia mengetahui ribuan contoh betapa bergunanya “pemikiran” tersebut. Tiga cerita berikutnya didedikasikan untuk betapa berbahayanya mempercayai bahwa eksperimen yang “sukses” membuktikan kebenaran hipotesis. Terkadang pengalaman seperti itu diperlihatkan dalam pelajaran. Sebuah lingkaran kayu atau busa kecil dibiarkan mengapung di sepiring air, di mana lilin yang menyala dipasang. Sebuah toples kaca terbalik diturunkan ke dalam lingkaran dengan lilin dan ditempatkan pada posisi ini di bagian bawah piring. Setelah beberapa waktu, lilin padam dan sebagian toples terisi air. Eksperimen ini seharusnya menunjukkan bahwa hanya seperlima udara (oksigen) yang mendukung pembakaran. Memang benar, pada pandangan pertama tampak bahwa air telah naik sekitar seperlimanya, meskipun pengukuran yang lebih tepat biasanya tidak dilakukan. Sekilas, eksperimen ini sederhana dan cukup meyakinkan: lagipula, oksigen di udara sebenarnya berjumlah 21% volume. Namun, dari sudut pandang kimia, tidak semuanya baik-baik saja. Memang lilin terbuat dari parafin, dan parafin terdiri dari hidrokarbon jenuh dengan komposisi C N H2 N+2 dengan 18–35 atom karbon. Persamaan reaksi pembakaran dapat dituliskan dalam bentuk umum sebagai berikut: C N H2 N +2 + (3 N+ 1)/2 O2 → N CO2 + ( N+ 1)H2O. Karena N besar, maka koefisien sebelum oksigen mendekati 1,5 N(Untuk N= 18 selisih antara (3 N+ +1)/2 dan 1,5 N akan kurang dari 2%, misalnya N= 30 akan lebih sedikit lagi). Jadi, untuk setiap 1,5 volume oksigen yang dikonsumsi, 1 volume CO2 dilepaskan. Oleh karena itu, meskipun semua oksigen dari kaleng (0,21 volume di sana) dikonsumsi, maka setelah pembakaran 0,21: 1,5 = 0,14 volume karbon dioksida harus dilepaskan. Ini berarti air tidak boleh memenuhi seperlima toples sama sekali!

Namun apakah alasan ini benar? Bagaimanapun, karbon dioksida, seperti diketahui, larut dengan baik dalam air. Mungkin dia akan “masuk ke dalam air”? Namun proses pelarutan gas ini sangat lambat. Eksperimen khusus menunjukkan hal ini: air bersih hampir tidak naik dalam toples terbalik berisi CO2 dalam satu jam. Percobaan dengan lilin berlangsung kurang dari satu menit, jadi meskipun oksigen dikonsumsi sepenuhnya, air yang masuk ke dalam toples hanya 0,21 - 0,1 = 0,07 volumenya (sekitar 7%).

Tapi bukan itu saja. Ternyata lilin “membakar” tidak seluruh oksigen yang ada di dalam toples, melainkan hanya sebagian kecil saja. Analisis terhadap udara saat lilin padam menunjukkan bahwa lilin tersebut masih mengandung 16% oksigen (menariknya, kandungan oksigen pada pernafasan normal manusia menurun hingga kira-kira pada tingkat yang sama). Artinya air praktis tidak boleh masuk ke dalam toples sama sekali! Namun pengalaman menunjukkan bahwa hal ini tidak terjadi. Bagaimana kami bisa menjelaskannya?

Asumsi paling sederhana: lilin yang menyala memanaskan udara, volumenya bertambah, dan sebagian udara keluar dari toples. Setelah udara di dalam toples mendingin (ini terjadi cukup cepat), tekanan di dalamnya berkurang, dan air masuk ke dalam toples di bawah pengaruh tekanan atmosfer eksternal. Sesuai dengan hukum gas ideal (dan udara, pada perkiraan pertama, dapat dianggap sebagai gas ideal), agar volume udara bertambah 1/5, suhunya (mutlak) juga harus meningkat 1/ 5, yaitu meningkat dari 293 K (20 °C) menjadi 1,2 293 = 352 K (sekitar 80 °C). Tidak terlalu banyak! Memanaskan udara dengan nyala lilin pada suhu 60° sangat mungkin dilakukan. Yang tersisa hanyalah memeriksa secara eksperimental apakah udara keluar dari toples selama percobaan.

Namun percobaan pertama tampaknya tidak mengkonfirmasi asumsi ini. Jadi, dalam serangkaian percobaan yang dilakukan dengan toples bermulut lebar dengan volume 0,45 liter, tidak ada tanda-tanda nyata adanya “gelembung” udara dari bawah tepi toples. Pengamatan tak terduga lainnya: hampir tidak ada air yang masuk ke dalam toples saat lilin menyala.

Dan baru setelah lilin padam, permukaan air di dalam toples terbalik dengan cepat naik. Bagaimana menjelaskan hal ini?

Dapat diasumsikan bahwa ketika lilin menyala, udara di dalam toples memanas, tetapi bukan volumenya yang bertambah, melainkan tekanan yang mencegah penyerapan air. Setelah pembakaran berhenti, udara di dalam toples menjadi dingin, tekanannya turun, dan air naik. Namun penjelasan ini kurang tepat. Pertama, air bukanlah merkuri yang berat, yang akan mencegah udara keluar dari toples dengan sedikit peningkatan tekanan. (Segel merkuri pernah digunakan oleh semua fisikawan dan kimiawan yang mempelajari gas.) Memang, air 13,6 kali lebih ringan dari merkuri, dan ketinggian segel air antara tepi toples dan ketinggian air di piring kecil. Oleh karena itu, peningkatan tekanan sedikit saja pasti akan menyebabkan udara “menggelembung” melalui katup.

Keberatan kedua bahkan lebih serius lagi. Sekalipun ketinggian air di dalam piring lebih tinggi dan air tidak mengeluarkan udara panas dari toples di bawah tekanan yang meningkat, maka setelah udara di dalam toples mendingin, suhu dan tekanannya akan kembali ke nilai semula. Jadi tidak ada alasan bagi udara untuk masuk ke dalam toples.

Misteri ini terpecahkan hanya dengan mengubah detail kecil selama percobaan. Biasanya toples tersebut “diletakkan” di atas lilin. Jadi, mungkinkah ini penyebab perilaku aneh udara di dalam toples? Lilin yang menyala menciptakan aliran udara panas ke atas, dan saat toples bergerak dari atas, udara panas tersebut menggantikan udara dingin dari toples sebelum tepi toples menyentuh air. Setelah itu suhu udara di dalam toples selama lilin menyala sedikit berubah, sehingga udara tidak keluar (dan juga tidak masuk ke dalam). Dan setelah pembakaran berhenti dan udara panas di dalam toples mendingin, tekanan di dalamnya menurun secara nyata, dan tekanan atmosfer eksternal memaksa sebagian air masuk ke dalam toples.

Untuk menguji asumsi tersebut, dalam beberapa percobaan toples “diletakkan” di atas lilin bukan dari atas, melainkan dari samping, hampir menyentuh api dengan tepi toples, setelah itu toples diletakkan di dasar piring dengan gerakan cepat ke bawah. Dan segera gelembung udara mulai keluar dari bawah tepi toples! Secara alami, setelah lilin berhenti menyala, air tersedot ke dalam - kira-kira pada tingkat yang sama seperti pada percobaan sebelumnya.

Jadi percobaan dengan lilin ini sama sekali tidak dapat menggambarkan komposisi udara. Namun ia sekali lagi menegaskan pernyataan bijak fisikawan besar yang termuat dalam prasasti tersebut.

Kita mendekati keseimbangan...

Mari kita perhatikan penjelasan lain yang salah tentang eksperimen tersebut, di mana gas juga dipanaskan. Penjelasan ini telah ditemukan dalam artikel-artikel populer tentang kimia dan bahkan dalam buku teks universitas. Oleh karena itu, sejumlah buku teks asing tentang kimia umum menggambarkan eksperimen yang indah, yang intinya akan kami ilustrasikan dengan kutipan dari buku teks “Chemical Kinetics” karya Noel Waite. “Metode relaksasi. Metode Eigen, yang penulisnya dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1967, disebut metode relaksasi. Suatu sistem yang bereaksi mencapai keadaan setimbang pada kondisi tertentu. Kondisi-kondisi ini (suhu, tekanan, medan listrik) kemudian dengan cepat terganggu – lebih cepat dari pergeseran kesetimbangan. Sistem kembali ke keseimbangan, tetapi sekarang dalam kondisi baru; ini disebut “bersantai ke posisi keseimbangan baru.” Saat relaksasi terjadi, mereka memantau perubahan pada beberapa properti sistem...

Eksperimen yang menunjukkan fenomena relaksasi.

Dalam beberapa kasus, keadaan keseimbangan terbentuk sangat lambat dalam kondisi baru sehingga perubahan konsentrasi dapat dipantau dengan menggunakan teknik laboratorium biasa dan dengan demikian fenomena relaksasi dapat diamati. Sebagai contoh, perhatikan transisi nitrogen dioksida (gas coklat tua) menjadi dimer (gas tidak berwarna):

Isi spuit gas kaca dengan kira-kira 80 cm3 gas. Tekan cepat alat suntik dan tekan gas hingga 50–60 cm3. Periksa apakah warna gas telah berubah. Mula-mula akan terjadi penggelapan gas secara cepat, seiring dengan meningkatnya konsentrasi NO2, namun kemudian akan terjadi penggelapan secara perlahan, karena tekanan tinggi mendorong pembentukan N2O4, dan keseimbangan akan tercapai pada kondisi eksternal yang baru.”

Dalam sejumlah buku teks, penjelasan serupa diberikan untuk menggambarkan prinsip Le Chatelier: dengan meningkatnya tekanan gas, kesetimbangan bergeser ke arah penurunan jumlah molekul, dalam hal ini ke arah dimer N2O4 yang tidak berwarna. Teks tersebut disertai dengan tiga foto berwarna. Mereka menunjukkan bagaimana, segera setelah kompresi, campuran yang awalnya berwarna coklat kekuningan menjadi coklat tua, dan pada foto ketiga, yang diambil beberapa menit kemudian, campuran gas dalam semprit terlihat lebih cerah.

Kadang-kadang mereka menambahkan bahwa piston harus ditekan secepat mungkin agar keseimbangan tidak sempat bergerak selama ini.

Sekilas penjelasan ini terlihat sangat meyakinkan. Namun, pemeriksaan kuantitatif terhadap proses dalam jarum suntik sepenuhnya menyangkal semua kesimpulan. Faktanya adalah bahwa keseimbangan yang ditunjukkan antara nitrogen dioksida NO2 dan dimernya (nitrogen tetroksida) N2O4 terbentuk dengan sangat cepat: dalam sepersejuta detik! Oleh karena itu, tidak mungkin untuk mengompresi gas dalam semprit lebih cepat dari tercapainya kesetimbangan ini. Bahkan jika piston digerakkan dalam “jarum suntik” baja dengan bantuan ledakan, keseimbangan kemungkinan besar akan memiliki waktu untuk terbentuk saat piston bergerak karena inersianya. Bagaimana lagi kita dapat menjelaskan fenomena yang diamati dalam percobaan ini? Tentu saja, penurunan volume dan peningkatan konsentrasi gas menyebabkan peningkatan warna. Namun ini bukanlah alasan utamanya. Siapa pun yang pernah mengisi ban dalam sepeda dengan pompa tangan pasti tahu bahwa pompa (terutama pompa aluminium) menjadi sangat panas. Gesekan piston pada tabung pompa tidak ada hubungannya dengan hal ini - Anda dapat dengan mudah memverifikasi ini dengan melakukan beberapa ayunan idle ketika udara di dalam pompa tidak dikompresi. Pemanasan terjadi sebagai akibat dari apa yang disebut kompresi adiabatik - ketika panas tidak punya waktu untuk menghilang ke ruang sekitarnya. Artinya ketika campuran nitrogen oksida dikompresi, campuran tersebut akan memanas. Dan ketika dipanaskan, kesetimbangan dalam campuran ini bergeser kuat ke arah dioksida.

Seberapa panaskah campuran tersebut ketika dikompres? Dalam kasus kompresi udara di dalam pompa, pemanasan dapat dengan mudah dihitung menggunakan persamaan adiabatik untuk gas ideal: televisiγ–1 = konstanta, dimana T– suhu gas (dalam Kelvin), V– volumenya, γ = S hal / CV– perbandingan kapasitas panas suatu gas pada tekanan konstan dengan kapasitas panas pada volume konstan. Untuk gas monoatomik (mulia) γ = 1,66, untuk diatomik (termasuk udara) γ = 1,40, untuk triatomik (misalnya, untuk NO2) γ = 1,30, dst. Persamaan adiabatik untuk udara, dapat dikompresi dari volume 1 ke volume 2 dapat ditulis ulang menjadi T 2/ T 1 = (V 1/ V 2)γ–1. Jika piston didorong tajam ke tengah pompa, ketika volume udara di dalamnya menjadi setengahnya, maka untuk perbandingan suhu sebelum dan sesudah kompresi kita memperoleh persamaan T 2/ T 1 = = 20,4 = 1,31. Dan jika T 1 = 293 K (20 °C), maka T 2 = 294 K (111 °C)!

Tidak mungkin menerapkan persamaan gas ideal secara langsung untuk menghitung keadaan campuran nitrogen oksida segera setelah kompresi, karena dalam proses ini tidak hanya perubahan volume, tekanan dan suhu, tetapi juga jumlah mol (rasio NO2 N2O4) selama reaksi kimianya. Masalahnya hanya dapat diselesaikan dengan integrasi numerik dari persamaan diferensial, yang memperhitungkan bahwa usaha yang dilakukan pada setiap momen oleh piston yang bergerak dihabiskan, di satu sisi, untuk memanaskan campuran, di sisi lain, untuk disosiasi. dimernya. Diasumsikan bahwa energi disosiasi N2O4, kapasitas panas kedua gas, nilai keduanya, dan ketergantungan posisi kesetimbangan pada suhu diketahui (semua ini adalah data tabel). Perhitungan menunjukkan bahwa jika campuran awal gas pada tekanan atmosfer dan suhu kamar dengan cepat dikompresi hingga setengah volumenya, campuran tersebut hanya akan memanas sebesar 13 °C. Jika campuran dikompres hingga volumenya berkurang tiga, suhunya akan naik sebesar 21°C. Dan bahkan sedikit pemanasan pada campuran sangat menggeser posisi kesetimbangan menuju disosiasi N2O4.

Dan kemudian terjadi pendinginan perlahan pada campuran gas, yang menyebabkan pergeseran kesetimbangan yang sama ke arah N2O4 dan melemahnya warna, seperti yang diamati dalam percobaan. Laju pendinginan tergantung pada bahan dinding semprit, ketebalannya, dan kondisi pertukaran panas lainnya dengan udara sekitar, misalnya angin di dalam ruangan. Penting bahwa dengan pergeseran kesetimbangan secara bertahap ke kanan, menuju N2O4, terjadi dimerisasi molekul NO2 dengan pelepasan panas, yang mengurangi laju pendinginan campuran (seperti pembekuan air di reservoir besar di awal. musim dingin tidak memungkinkan suhu udara turun dengan cepat).

Mengapa tidak ada satupun peneliti yang merasakan panasnya jarum suntik ketika mereka mendorong piston ke dalam? Jawabannya sangat sederhana. Kapasitas panas campuran gas dan kaca (per satuan massa) tidak berbeda jauh. Namun massa piston kaca puluhan dan terkadang ratusan kali lebih besar daripada massa gas. Oleh karena itu, meskipun seluruh panas campuran gas pendingin dipindahkan ke dinding semprit, dinding ini hanya akan memanas sepersekian derajat.

Sistem yang dipertimbangkan dengan keseimbangan antara dua nitrogen oksida juga memiliki signifikansi praktis. Pada tekanan rendah, campuran NO2 dan N2O4 mudah mencair. Hal ini memungkinkannya untuk digunakan sebagai pendingin yang efektif, meskipun aktivitas kimianya tinggi dan efek korosif pada peralatan. Berbeda dengan air, yang ketika menerima energi panas, misalnya dari reaktor nuklir, menjadi sangat panas dan bahkan dapat menguap, perpindahan panas ke campuran nitrogen oksida terutama tidak menyebabkan pemanasannya, tetapi pada reaksi kimia - reaksi kimia. pemutusan ikatan N–N pada molekul N2O4. Memang benar, memutus ikatan N–N dalam satu mol suatu zat (92 g) tanpa pemanasan memerlukan energi 57,4 kJ. Jika energi tersebut ditransfer ke 92 g air pada suhu 20°C, maka 30,8 kJ akan digunakan untuk memanaskan air hingga mendidih, dan sisanya 26,6 kJ akan menyebabkan penguapan sekitar 11 g air! Dalam kasus nitrogen oksida, campuran tidak terlalu panas; di tempat yang lebih dingin di instalasi, campuran yang bersirkulasi sedikit mendingin, kesetimbangan bergeser ke arah N2O4, dan campuran kembali siap untuk menghilangkan panas.

Rangkaian aktivitas elektrokimia logam(rangkaian tegangan, rangkaian potensial elektroda standar) - urutan logam disusun menurut kenaikan potensial elektrokimia standarnya φ 0, sesuai dengan setengah reaksi reduksi kation logam Me n+: Me n+ + tidak → Saya

Penggunaan praktis dari rangkaian aktivitas logam

Sejumlah tegangan digunakan dalam praktik untuk penilaian komparatif aktivitas kimia logam dalam reaksi dengan larutan garam dan asam dalam air dan untuk penilaian proses katodik dan anodik selama elektrolisis:

• Logam di sebelah kiri hidrogen merupakan zat pereduksi yang lebih kuat daripada logam di sebelah kanan: logam ini menggantikan hidrogen dari larutan garam. Misalnya interaksi Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu hanya mungkin terjadi dalam arah maju.
• Logam di baris sebelah kiri hidrogen menggantikan hidrogen ketika berinteraksi dengan larutan asam non-pengoksidasi; logam paling aktif (hingga dan termasuk aluminium) - dan ketika berinteraksi dengan air.
• Logam dalam deret di sebelah kanan hidrogen tidak berinteraksi dengan larutan asam non-pengoksidasi dalam air dalam kondisi normal.
• Selama elektrolisis, logam di sebelah kanan hidrogen dilepaskan di katoda; reduksi logam yang cukup aktif disertai dengan pelepasan hidrogen; Logam paling aktif (hingga aluminium) tidak dapat diisolasi dari larutan garam berair dalam kondisi normal.

Logam alkali dianggap yang paling aktif:

• litium;
• sodium;
• kalium;
• rubidium;
• sesium;
• Perancis

Rangkaian aktivitas elektrokimia logam (rentang tegangan, rentang potensial elektroda standar) - urutan logam disusun menurut kenaikan potensial elektrokimia standarnya φ 0, sesuai dengan setengah reaksi reduksi kation logam Me n+: Me n+ + nē → Me

Sejumlah tegangan mencirikan aktivitas komparatif logam dalam reaksi redoks dalam larutan air.

Cerita

Urutan susunan logam menurut urutan perubahan aktivitas kimianya telah diketahui secara umum oleh para alkemis. Proses perpindahan timbal balik logam dari larutan dan pengendapan permukaannya (misalnya, perpindahan perak dan tembaga dari larutan garamnya oleh besi) dianggap sebagai manifestasi transmutasi unsur.

Para alkemis kemudian hampir memahami sisi kimia dari pengendapan logam dari larutannya. Dengan demikian, Angelus Sala dalam karyanya “Anatomia Vitrioli” (1613) sampai pada kesimpulan bahwa produk reaksi kimia terdiri dari “komponen” yang sama dengan yang terkandung dalam zat aslinya. Selanjutnya, Robert Boyle mengajukan hipotesis tentang alasan mengapa satu logam menggantikan logam lain dari larutan berdasarkan konsep sel.

Di era munculnya kimia klasik, kemampuan unsur-unsur untuk saling menggantikan dari senyawa menjadi aspek penting dalam memahami reaktivitas. J. Berzelius, berdasarkan teori afinitas elektrokimia, menyusun klasifikasi unsur, membaginya menjadi “metaloid” (istilah “non-logam” sekarang digunakan) dan “logam” dan menempatkan hidrogen di antara unsur-unsur tersebut.

Urutan logam menurut kemampuannya untuk saling menggantikan, yang telah lama diketahui oleh para ahli kimia, dipelajari dan ditambah secara menyeluruh dan komprehensif oleh N. N. Beketov pada tahun 1860-an dan tahun-tahun berikutnya. Sudah pada tahun 1859, ia membuat laporan di Paris dengan topik “Investigasi fenomena perpindahan beberapa elemen oleh elemen lainnya.” Dalam karyanya ini, Beketov memasukkan sejumlah generalisasi tentang hubungan antara perpindahan timbal balik unsur-unsur dan berat atomnya, menghubungkan proses-proses ini dengan “ sifat kimia asli unsur - yang disebut afinitas kimia". Penemuan Beketov tentang perpindahan logam dari larutan garamnya oleh hidrogen di bawah tekanan dan studi tentang aktivitas reduksi aluminium, magnesium, dan seng pada suhu tinggi (metallotermi) memungkinkan dia untuk mengajukan hipotesis tentang hubungan antara kemampuan beberapa unsur untuk menggantikan unsur lain dari senyawa yang mempunyai massa jenisnya: zat sederhana yang lebih ringan mampu menggantikan unsur yang lebih berat (oleh karena itu deret ini sering juga disebut Deret perpindahan Beketov, atau sederhananya Seri Beketov).

Tanpa menyangkal manfaat signifikan Beketov dalam pengembangan gagasan modern tentang rangkaian aktivitas logam, gagasan tentang dia sebagai satu-satunya pencipta rangkaian ini, yang ada dalam literatur populer dan pendidikan dalam negeri, harus dianggap keliru. Banyak data eksperimen yang diperoleh pada akhir abad ke-19 membantah hipotesis Beketov. Oleh karena itu, William Odling menggambarkan banyak kasus “pembalikan aktivitas”. Misalnya, tembaga menggantikan timah dari larutan asam pekat SnCl 2 dan timbal dari larutan asam PbCl 2 ; ia juga mampu larut dalam asam klorida pekat dengan pelepasan hidrogen. Tembaga, timah, dan timbal berada dalam rangkaian di sebelah kanan kadmium, tetapi dapat menggantikannya dari larutan CdCl 2 yang mendidih dan sedikit diasamkan.

Pesatnya perkembangan kimia fisika teoretis dan eksperimental menunjukkan alasan lain atas perbedaan aktivitas kimia logam. Dengan berkembangnya konsep elektrokimia modern (terutama dalam karya Walter Nernst), menjadi jelas bahwa urutan ini sesuai dengan "rangkaian tegangan" - susunan logam sesuai dengan nilai potensial elektroda standar. Jadi, alih-alih karakteristik kualitatif - "kecenderungan" logam dan ionnya terhadap reaksi tertentu - Nerst memperkenalkan nilai kuantitatif yang tepat yang mencirikan kemampuan setiap logam untuk masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion, serta untuk direduksi. dari ion ke logam pada elektroda, dan rangkaian yang sesuai diberi nama rentang potensial elektroda standar.

Landasan teori

Nilai potensial elektrokimia merupakan fungsi dari banyak variabel dan oleh karena itu menunjukkan ketergantungan yang kompleks pada posisi logam dalam tabel periodik. Dengan demikian, potensi oksidasi kation meningkat seiring dengan peningkatan energi atomisasi logam, dengan peningkatan potensi ionisasi total atom-atomnya, dan dengan penurunan energi hidrasi kationnya.

Dalam bentuk yang paling umum, jelas bahwa logam yang terletak pada awal periode dicirikan oleh nilai potensial elektrokimia yang rendah dan menempati tempat di sisi kiri rangkaian tegangan. Dalam hal ini, pergantian logam alkali dan alkali tanah mencerminkan fenomena kemiripan diagonal. Logam yang terletak lebih dekat ke pertengahan periode dicirikan oleh nilai potensial yang besar dan menempati tempat di paruh kanan baris. Peningkatan potensial elektrokimia yang konsisten (dari −3,395 V untuk Eu 2+ /Eu [ ] hingga +1,691 V untuk pasangan Au + /Au) mencerminkan penurunan aktivitas reduksi logam (kemampuan mendonorkan elektron) dan peningkatan kemampuan oksidasi kationnya (kemampuan memperoleh elektron). Jadi, zat pereduksi terkuat adalah logam europium, dan zat pengoksidasi terkuat adalah kation emas Au+.

Hidrogen secara tradisional termasuk dalam rangkaian tegangan, karena pengukuran praktis potensi elektrokimia logam dilakukan dengan menggunakan elektroda hidrogen standar.

Penggunaan praktis dari berbagai voltase

Sejumlah voltase digunakan dalam praktik untuk penilaian komparatif [relatif] aktivitas kimia logam dalam reaksi dengan larutan garam dan asam dalam air dan untuk penilaian proses katodik dan anodik selama elektrolisis:

• Logam di sebelah kiri hidrogen merupakan zat pereduksi yang lebih kuat daripada logam di sebelah kanan: logam ini menggantikan hidrogen dari larutan garam. Misalnya interaksi Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu hanya mungkin terjadi dalam arah maju.
• Logam di baris sebelah kiri hidrogen menggantikan hidrogen ketika berinteraksi dengan larutan asam non-pengoksidasi; logam paling aktif (hingga dan termasuk aluminium) - dan ketika berinteraksi dengan air.
• Logam dalam deret di sebelah kanan hidrogen tidak berinteraksi dengan larutan asam non-pengoksidasi dalam air dalam kondisi normal.
• Selama elektrolisis, logam di sebelah kanan hidrogen dilepaskan di katoda; reduksi logam yang cukup aktif disertai dengan pelepasan hidrogen; Logam paling aktif (hingga aluminium) tidak dapat diisolasi dari larutan garam berair dalam kondisi normal.

Tabel potensi elektrokimia logam

Logam	Kation	φ 0, V	Reaktivitas	Elektrolisis (di katoda):
	Li+	-3,0401	bereaksi dengan air	hidrogen dilepaskan
	Cs+	-3,026
	Rb+	-2,98
	K+	-2,931
	Fr+	-2,92
	Ra 2+	-2,912
	Ba 2+	-2,905
	Pak 2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	Uni Eropa 2+	-2,812
	Tidak+	-2,71
	Sm 2+	-2,68
	MD 2+	-2,40	bereaksi dengan larutan asam dalam air
	La 3+	-2,379
	kamu 3+	-2,372
	mg 2+	-2,372
	Ini 3+	-2,336
	PR 3+	-2,353
	Dan 3+	-2,323
	Eh 3+	-2,331
	Ho 3+	-2,33
	Saya 3+	-2,319
	Sm 3+	-2,304
	PM 3+	-2,30
	FM 2+	-2,30
	Hari 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	Tb 3+	-2,28
	Tuhan 3+	-2,279
	Itu 2+	-2,23
	Ac 3+	-2,20
	Hari 2+	-2,2
	PM 2+	-2,2
	Bandingkan 2+	-2,12
	Adegan 3+	-2,077
	Saya 3+	-2,048
	Cm 3+	-2,04
	Pu 3+	-2,031
	Eh 2+	-2,0
	PR 2+	-2,0
	Uni Eropa 3+	-1,991
	Tuan 3+	-1,96
	Bandingkan 3+	-1,94
	Itu 3+	-1,91
	tanggal 4+	-1,899
	FM 3+	-1,89
	Tidak 3+	-1,856
	Jadilah 2+	-1,847
	kamu 3+	-1,798
	Al 3+	-1,700
	MD 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		reaksi yang bersaing: pelepasan hidrogen dan pelepasan logam murni
	Hf 4+	-1,55
	Zr 4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Ya 3+	-1,205
	Tidak ada 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn 2+	-1,185
	dalam 2+	-1,175
	Catatan 3+	-1,1
	Catatan 5+	-0,96
	dalam 3+	-0,87
	Kr 2+	-0,852
	Zn 2+	-0,763
	Kr 3+	-0,74
	Tidak 3+	-0,560