Електрохімічні атракціони – «Неактивний» цинк

Цинк є активним металом. Негативний стандартний потенціал передбачає, що він бурхливо реагуватиме з кислотами, витісняючи їх водень. Крім того, як амфотерний метал він також реагує на підстави з утворенням відповідних комплексних солей. Проте чистий цинк дуже стійкий до дії кислот та лугів. Причина у великому перепотенціалі виділення водню на поверхні металу. Домішки цинку сприяють утворенню гальванічних мікроосередків і, отже, їх розчинення.

Для першого тесту вам знадобляться: соляна кислота HCl, цинкова пластина та мідний дріт (фото 1). Ставимо пластину в чашку Петрі, наповнену розведеною соляною кислотою (фото 2), і надягаємо на неї мідний дріт (фото 3), на яку HCl явно не діє. Через деякий час на поверхні міді інтенсивно виділяється водень (фото 4 і 5), а на цинку можна спостерігати лише кілька бульбашок газу. Причина у згаданому вище перенапрузі виділення водню на цинку значно більшому, ніж на міді. Об'єднані метали досягають однакового потенціалу до розчину кислоти, але водень легше відокремлюється на металі з меншим перенапругою – міді. У сформованому гальванічному елементі із закороченими електродами Zn Cu анодом є цинк:

(-) Вимоги: Zn⁰ → цинк²⁺ + 2e^-

а водень відновлюється на мідному катоді:

(+) Катода: 2H⁺ + 2e^- → Н₂­

склавши поруч обидва рівняння електродних процесів, отримаємо запис реакції розчинення цинку в кислоті:

Цинк + 2н⁺ → цинк²⁺ + H₂­

У наступному тесті ми використовуватимемо розчин гідроксиду натрію, цинкову пластину і сталевий цвях (фото 6). Як і в попередньому досвіді, цинкова пластинка міститься в розведений розчин NaOH в чашку Петрі і на неї кладеться цвях (залізо не є амфотерним металом і не реагує з лугами). Ефект експерименту аналогічний – на поверхні нігтя виділяється водень, а цинкова пластина покривається лише кількома бульбашками газу (фото 7 та 8). Причиною такої поведінки системи Zn-Fe є перенапруження виділення водню на цинку, набагато більше, ніж на залозі. Також у цьому експерименті анодом є цинк:

(-) Вимоги: Zn⁰ → цинк²⁺ + 2e^-

а на залізному катоді вода відновлюється:

(+) Катода: 2H₂Про + 2е^- → Н₂+ 2ON^-

Склавши обидва рівняння з боків та враховуючи лужне середовище реакції, отримаємо запис процесу розчинення цинку в принципі (утворюються аніони тетрагідроксиінциду):

Цинк + 2ОН^- + 2H₂Про → [Zn (ВІН)₄]^2- + H₂