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 → çinko²⁺ + 2e^-

а водород восстанавливается на медном катоде:

(+) Katoda: 2 saat⁺ + 2e^- → H₂­

сложив рядом оба уравнения электродных процессов, получим запись реакции растворения цинка в кислоте:

Цинк + 2Н⁺ → çinko²⁺ + 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 → çinko²⁺ + 2e^-

а на железном катоде вода восстанавливается:

(+) Katoda: 2 saat₂O + 2e^- → H₂+ 2ON^-

Сложив оба уравнения по сторонам и учитывая щелочную среду реакции, получим запись процесса растворения цинка в принципе (образуются анионы тетрагидроксиинцида):

Цинк + 2ОН^- + 2H₂О → [Zn (ОН)₄]^2- + H₂