Взаимодействие металлов с водой

В воде окислителем является ион водорода (H⁺), который образуется при диссоциации:

H₂O <=> H⁺ + OH^-.

Так как вода, как слабый электролит, диссоциирует по равновесному процессу, то восстановление окислителя идет по уравнению

2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^-.

Электродный потенциал процесса восстановления ионов водорода из воды (где [H⁺] = 10^-7 мол/л) по уравнению Нернста будет равен (−0,41В).

eH₂O/H₂ = 0 + 0,059 · lg 10^-7 = –0,41В.

По способности взаимодействовать с водой металлы можно разделить на три группы.

1.Металлы, для которых электродный потенциал окисления больше –0,41В. Такие металлы термодинамически не взаимодействуют c водой, так как Э.Д.С. реакции – отрицательная величина.

2.Металлы, для которых электродный потенциал окисления в интервале от –0,41В до –2,36В (магний при комнатной температуре). Такие металлы термодинамически взаимодействуют с водой, так как Э.Д.С. реакции – положительная величина.

Однако образующийся в результате реакции гидроксид металла нерастворим в воде и защитная пленка прекращает реакцию. Происходит пассивация металла.

Пример 1. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия алюминия с водой.

Решение.

2 Al – 3e =Al ³⁺ e ⁰ = –1.67В,

3 2H₂0 + 2e = H₂ + 2OH^- e⁰ = – 0,41В.

2Al + 6H₂O = 2Al³⁺ + 6OH^- + 3H₂

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Э.Д.С. реакции = (–0,41) – (–1,67) = +1,26В. Происходит взаимодействие металла алюминия с водой, однако образующийся в результате реакции гидроксид алюминия нерастворим в воде. Реакция останавливается.

3.Металлы, для которых электродный потенциал окисления от –2,36В (магний при температуре кипения воды) и ниже. Такие металлы взаимодействуют с водой.

Пример 2. Составить уравнение реакции в случае возможности взаимодействия натрия с водой.

Решение.

2 Na – e = Na⁺ e ⁰ = –2,71В

1 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^- e⁰ = –0,41В.

2Na + 2H₂O = 2Na⁺ + 2OH^- + H₂

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Э.Д.С. = (–0,41В) – (–2,71В) = +2,30В. Реакция протекает с образованием гидроксида натрия и водорода.

Таким образом, по взаимодействию с водой металлы можно классифицировать: инертные, пассивирующиеся и активные.