Электрохимические аттракционы – «Неактивный» цинк
Цинк считается активным металлом. Отрицательный стандартный потенциал предполагает, что он будет бурно реагировать с кислотами, вытесняя из них водород. Кроме того, как амфотерный металл он также реагирует с основаниями с образованием соответствующих комплексных солей. Однако чистый цинк очень устойчив к действию кислот и щелочей. Причина в большом перепотенциале выделения водорода на поверхности этого металла. Примеси цинка способствуют образованию гальванических микроячеек и, следовательно, их растворению.
Для первого теста вам понадобятся: соляная кислота HCl, цинковая пластина и медная проволока (фото 1). Ставим пластину в чашку Петри, наполненную разбавленной соляной кислотой (фото 2), и надеваем на нее медную проволоку (фото 3), на которую HCl явно не действует. Через некоторое время на поверхности меди интенсивно выделяется водород (фото 4 и 5), а на цинке можно наблюдать лишь несколько пузырьков газа. Причина в упомянутом выше перенапряжении выделения водорода на цинке, значительно большем, чем на меди. Объединенные металлы достигают одинакового потенциала по отношению к раствору кислоты, но водород легче отделяется на металле с меньшим перенапряжением – меди. В сформированном гальваническом элементе с закороченными электродами Zn Cu анодом является цинк:
(-) Требования: Zn0 → zenk2+ +2e-
а водород восстанавливается на медном катоде:
(+) Katoda: 2h+ +2e- → N2
сложив рядом оба уравнения электродных процессов, получим запись реакции растворения цинка в кислоте:
Цинк + 2Н+ → zenk2+ + H2
В следующем тесте мы будем использовать раствор гидроксида натрия, цинковую пластину и стальной гвоздь (фото 6). Как и в предыдущем опыте, цинковая пластинка помещается в разбавленный раствор NaOH в чашку Петри и на нее кладется гвоздь (железо не является амфотерным металлом и не реагирует со щелочами). Эффект эксперимента аналогичен – на поверхности ногтя выделяется водород, а цинковая пластина покрывается лишь несколькими пузырьками газа (фото 7 и 8). Причиной такого поведения системы Zn-Fe также является перенапряжение выделения водорода на цинке, гораздо большее, чем на железе. Также в этом эксперименте анодом является цинк:
(-) Требования: Zn0 → zenk2+ +2e-
а на железном катоде вода восстанавливается:
(+) Katoda: 2h2O + 2e- → N2+ 2ON-
Сложив оба уравнения по сторонам и учитывая щелочную среду реакции, получим запись процесса растворения цинка в принципе (образуются анионы тетрагидроксиинцида):
Цинк + 2ОН- + NAN2О → [Zn (ОН)4]2- + H2