Ηλεκτροχημικές βόλτες - "Ανενεργός" ψευδάργυρος

Ο ψευδάργυρος θεωρείται ενεργό μέταλλο. Το αρνητικό πρότυπο δυναμικό υποδηλώνει ότι θα αντιδράσει βίαια με τα οξέα, εκτοπίζοντας το υδρογόνο από αυτά. Επιπλέον, ως επαμφοτερίζον μέταλλο, αντιδρά και με βάσεις σχηματίζοντας τα αντίστοιχα σύμπλοκα άλατα. Ωστόσο, ο καθαρός ψευδάργυρος είναι πολύ ανθεκτικός στα οξέα και τα αλκάλια. Ο λόγος είναι το μεγάλο δυναμικό της εξέλιξης του υδρογόνου στην επιφάνεια αυτού του μετάλλου. Οι προσμίξεις ψευδαργύρου προάγουν το σχηματισμό γαλβανικών μικροκυττάρων και, κατά συνέπεια, τη διάλυσή τους.

Για την πρώτη δοκιμή θα χρειαστείτε: υδροχλωρικό οξύ HCl, πλάκα ψευδαργύρου και σύρμα χαλκού (φωτογραφία 1). Βάζουμε το πιάτο σε ένα τρυβλίο Petri γεμάτο με αραιό υδροχλωρικό οξύ (φωτογραφία 2), και βάζουμε σύρμα χαλκού (φωτογραφία 3), το οποίο προφανώς δεν επηρεάζει το HCl. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το υδρογόνο απελευθερώνεται έντονα στην επιφάνεια του χαλκού (φωτογραφίες 4 και 5) και μόνο μερικές φυσαλίδες αερίου μπορούν να παρατηρηθούν στον ψευδάργυρο. Ο λόγος είναι η προαναφερθείσα υπέρταση της έκλυσης υδρογόνου στον ψευδάργυρο, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στον χαλκό. Τα συνδυασμένα μέταλλα φτάνουν στο ίδιο δυναμικό ως προς το όξινο διάλυμα, αλλά το υδρογόνο διαχωρίζεται ευκολότερα στο μέταλλο με χαμηλότερη υπέρταση - χαλκό. Στο σχηματισμένο γαλβανικό στοιχείο με βραχυκυκλωμένα ηλεκτρόδια Zn Cu, ο ψευδάργυρος είναι η άνοδος:

(-) Απαιτήσεις: Zn⁰ → ψευδάργυρος²⁺ + 2e^-

και το υδρογόνο ανάγεται σε μια κάθοδο χαλκού:

(+) Katoda: 2h⁺ + 2e^- → Η₂

Προσθέτοντας μαζί και τις δύο εξισώσεις των διεργασιών ηλεκτροδίων, λαμβάνουμε ένα αρχείο της αντίδρασης της διάλυσης ψευδαργύρου σε οξύ:

Ψευδάργυρος + 2Η⁺ → ψευδάργυρος²⁺ + Η₂

Στην επόμενη δοκιμή, θα χρησιμοποιήσουμε ένα διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου, μια πλάκα ψευδαργύρου και ένα ατσάλινο καρφί (φωτογραφία 6). Όπως και στο προηγούμενο πείραμα, μια πλάκα ψευδαργύρου τοποθετείται σε ένα αραιό διάλυμα NaOH σε ένα τρυβλίο Petri και ένα καρφί τοποθετείται πάνω του (ο σίδηρος δεν είναι αμφοτερικό μέταλλο και δεν αντιδρά με αλκάλια). Το αποτέλεσμα του πειράματος είναι παρόμοιο - υδρογόνο απελευθερώνεται στην επιφάνεια του νυχιού και η πλάκα ψευδαργύρου καλύπτεται με λίγες μόνο φυσαλίδες αερίου (φωτογραφίες 7 και 8). Ο λόγος για αυτή τη συμπεριφορά του συστήματος Zn-Fe είναι επίσης η υπέρταση της έκλυσης υδρογόνου στον ψευδάργυρο, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι στον σίδηρο. Επίσης σε αυτό το πείραμα, ο ψευδάργυρος είναι η άνοδος:

(-) Απαιτήσεις: Zn⁰ → ψευδάργυρος²⁺ + 2e^-

και στην κάθοδο σιδήρου μειώνεται το νερό:

(+) Katoda: 2h₂O + 2e^- → Η₂+ 2 ΟΝ^-

Προσθέτοντας και τις δύο εξισώσεις στις πλευρές και λαμβάνοντας υπόψη το αλκαλικό μέσο αντίδρασης, λαμβάνουμε μια καταγραφή της διαδικασίας διάλυσης ψευδαργύρου κατ' αρχήν (σχηματίζονται ανιόντα τετραϋδροξυκτόνων):

Ψευδάργυρος + 2ΟΗ^- + 2Η₂O → [Zn (ON)₄]²^- + Η₂