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+3О+). 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+ + 3SO42- = 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.