Химический характер любого металла в значительной степени обусловлен тем, насколько легко он окисляется, то есть насколько легко его атомы способны переходить в состояние положительных ионов. Металлы, которые проявляют способность к окислению довольно легко, называют неблагородные металлы. Металлы, которые поддаются окислению с трудом, называют благородные металлы.

Примеры.

Неблагородные металлы: натрий Na, алюминий Al, железо Fe.

Благородные металлы: медь Cu, серебро Ag, золото Аu.

Если расположить металлы по уменьшению их способности к окислению (т.е. по уменьшению тенденции их нейтральных атомов переходить в положительные ионы – катионы), то получается электрохимический ряд напряжений металлов:

(Неблагородные металлы) Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Cr Zn Fe | Cd Co Ni Sn Pb H | Cu Ag Pt Au (благородные металлы)

Каждый металл вытесняет из растворов солей все другие металлы, стоящие правее в электрохимическом ряду напряжений.

Пример.

На цинковой пластинке, погруженной в раствор  сульфата меди(II), оседает медь, а цинк переходит в раствор:

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu

Так, протекает окислительно-восстановительная реакция, в которой цинк окисляется, а катионы меди(II) восстанавливаются.

Zn – 2e^– = Zn²⁺

Cu²⁺ + 2e^– = Cu

Неблагородный металл – цинк переходит в раствор в виде ионов Zn²⁺, а благородный металл – медь, который в исходном растворе находился в форме ионов Сu²⁺, оседает как металл медь. Подобные реакции всегда протекают, если менее благородный металл погружают в раствор соли более благородного металла, то есть если менее благородный металл находится в форме простого вещества, а более благородный металл – в форме катионов. При этом первый металл окисляется, а второй – восстанавливается. В приведенном выше примере неблагородный металл – цинк является восстановителем, а ион благородного металла Сu²⁺ – окислителем. Будет ли конкретный металл (или соответственно его катион) восстановителем или окислителем зависит от положения в электрохимическом ряду напряжений его партнера по реакции.

Пример.

Медь по отношению к катиону серебра(I) является восстановителем

Cu + 2Ag⁺ = Cu²⁺ + 2Ag

а катионы меди(II) по отношению к железу – окислителями

Cu²⁺ + Fe = Cu + Fe²⁺

Обобщая, можно утверждать, что

• атом металла будет восстановителем по отношению к катиону другого металла, который находится правее его в электрохимическом ряду напряжений;

• катион металла будет окислителем по отношению к атому другого металла, который находится левее его в ряду напряжений.

Таким образом, для определенной пары металлов, нейтральные атомы металла которые стоят левее в электрохимическом ряду напряжений, стремятся перейти в состояние катионов, а катионы второго металла, который стоит правее в ряду напряжений, стремятся перейти в состояние нейтральных атомов. Если более благородный металл находится в состоянии нейтрального атома, а менее благородный металл – в состоянии катионов, то реакция не протекает (пластинка меди не реагирует с  сульфатом цинка(II) в водном растворе). В электрохимический ряд напряжений металлов добавлен водород, поскольку водород подобно металлам, может существовать в виде катионов Н⁺ (Н₃О⁺). Хотя водород считается неметаллом, все правила, описанные для металлов, применимы и по отношению к водороду:

Все металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят левее водорода, вытесняют водород из разбавленных кислот

Примеры:

Zn + 2H₃O⁺ = Zn²⁺  + H₂ + 2H₂O

2Cr + 6H₃O⁺ = 2Cr³⁺ + 3H₂ + 6H₂O

Cu + H₃O⁺ = (нет реакции)

Вышеприведенное правило определяет поведение металлов в окислительно-восстановительных реакциях:

Все металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят слева от водорода, действуют на катионы водорода (катионы оксония) как восстановители

На положении водорода в ряду напряжений основано практическое распределение кислотных реактивов на кислоты-неокислители и кислоты-окислители. Кислоты-неокислители в водном растворе вступают в реакцию только с неблагородными металлами и только за счет катионов водорода.

Примеры:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂

Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂

Fe + H₂SO₄ (разб.) = FeSO₄ + H₂

Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂

Кислоти-окислители  в водном растворе реагируют со всеми неблагородными металлы и некоторыми благородными металлами только за счет центрального атома кислотного остатка, водород при этом не выделяется.

2Al + 6H₂SO₄ (конц.) = Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

2Al + I₂ + 6H⁺ + 3SO₄^2- = 2Al³⁺ +3SO₂ + 6H₂O

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu²⁺ + 2NO₂ + 2H₂O

Cu + 4H⁺ + 2NO₃^– = Cu²⁺ + 2NO₂ + 2H₂O

3Ag + 4HNO₃ (разб.) = 3AgNO₃ + NO + 2H₂O

3Ag + 4H⁺ + NO₃^– = 3Ag⁺ + NO + 2H₂O

4Zn + 10HNO₃ (разб.) = 4Zn(NO₃)² + NH₄NO₃ + 3H₂O

4Zn + 10H⁺ + NO₃^– = 4Zn²⁺ + NH₄⁺ + 3H₂O

Из благородных металлов только платина Pt и золото Аu ни при каких условиях (концентрация, нагревание) не реагируют с кислотами-окислителями. Но эти металлы реагируют со смесью кислот, например царской водкой.

---