Den elektrokemiska spänningsserien är en skala som visar i vilken ordning metallerna kommer när det gäller oädla metaller och ädla metaller. Man kan kalla den en "oxidationsskala". Man kan med hjälp av den elektrokemiska spänningsserien bedöma vilken av två metaller i vatten (elektrolyt) och i kontakt med varandra som är benägen att oxidera (korrodera) i händelse av att en redoxreaktion inträffar.
Den första spänningskedjan publicerades av Alessandro Volta år 1794. En modernare version med fler metaller syns nedan.
Li,K,Ca,Na,Mg,Al,Zn,Cr,Fe,Ni,Sn,Pb...H...Cu,Hg,Ag,Pt,Au← oädlare metallerädlare metaller →
De metaller som är oädla bildar gärna joner. Oädla metaller oxideras det vill säga de kan korrodera medan de som är ädla ogärna bildar joner och behåller sitt metalliska tillstånd.
Vid övergång från metall till jon har många metaller nära nog en konstant potential inom ett mer eller mindre brett pH-område. För alkalimetaller sträcker sig området från det sura till långt in i det alkaliska (basiska) området. För många andra metaller är området snävare eftersom det på metallelektroden kan bildas oxider eller hydroxider redan i neutral eller måttlig sur lösning. Vidare kan det finnas ämnen i elektrolyten som komplexbinder metalljonen. Sådana ämnen är till exempel ammoniumjon eller cyanidjon. Båda fenomenen påverkar potentialen.
En elektrisk potential kan inte enkelt mätas ensamt. Den mäts i stället som en elektrisk spänning mot en referenselektrods potential. Vanligtvis raporteras potentialen mot en standard vätgaselektrod. Standard vätgaselektrod har per definition potentialen 0 (noll) för alla temperaturer.https://old.goldbook.iupac.org/html/S/S05917.html Men av praktiska skäl kan annan referenselektrod användas vars potential är känd.
En metalls plats i spänningsserien kan ges ett potentialvärde som hämtas från ett standardiserat skrivsätt. Det är dessa värden som presenteras i tabellen nedan. Skrivsättet återger inte alltid vad som kan uppnås praktiskt. Fördelen är att värdena kan användas i beräkningar för andra förhållanden. Ett exempel är om mettaljonkoncentrationen i det faktiska fallet är mycket lägre än i det standardiserat skrivsättet.
Väte står med i spänningsserien på grund av att väte ofta ingår i redoxreaktioner. Väte räknas även som seriens nollpunkt vid pH=0.
De oädla metallerna är till vänster om väte och de ädla till höger om väte. De ämnen som står på vänster sida av väte har större benägenhet att oxideras. Av dem har litium lägst jonisationspotential och oxideras lättast.
När någon av de ädlaste metallerna stoppas i vatten (egentligen i en elektrolyt) finns inga eller mycket få av ädelmetallernas joner i elektrolyten som kan driva en reaktion. Men elektrolyten kan innehålla ämnen som kan driva en konkurerande reaktion, till exempel löst syre. Ädelmetallelektroden fungerar i dessa fall som en indifferent elektrod. Tabellen nedan innehåller några exempel på sådana reaktioner.
Normalpotentialer För bedömning av ett ämnes placering i serien är normalpotentialen lika med standardpotentialen. Men det finns en ringa skillnad hur normalpotential och standardpotential definieras. Bland annat är vätgastrycket 1 atm för normalpotentialen men 1 bar för standardpotentialen. Den lilla tryckskillnaden motsvarar endast en potentialskillnad på 0,00017 volt.
Rubriken Ämne i tabellhuvudet betyder i några fall att även elektrolyten inkluderas. Rubriken Reaktion i tabellen är i samtliga fall en oxidation men som dubbelpilen visar avses även en reversibel reaktionen (reduktion).
Vätgaselektrodens potential är pH-beroende och sjunker med cirka 0,059 volt för varje pH-steg. Vid pH = 14 blir potentialen -0,828 volt. Ett liknande beroende visar potentialen för vatten/syre. Vid pH = 0 är dess potential 1,229 volt och vid pH = 14 blir den 0,4006 volt.
+ potential i förhållande till vätgas Ämne Reaktion Potential (V) Guld +1,50 Klorid (Klor) +1,3595 Vatten +1,229 Brom +1,0652 Kväveoxid +0,96 Silver +0,7991 Kvicksilver +0,793 Järn +0,77 Hägg, Gunnar (1963), Allmän och oorganisk kemi, Almqvist & Wiksells, sidan 400 Kapitel 16-c Jod +0,5355 Koppar +0,34 Vatten +0,401 Koppar +0,337 Svavelsyrlighet +0,17 Väte ±0,0 Bly -0,126 Tenn -0,136 Nickel -0,25 Kobolt -0,277 Kadmium -0,403 Järn -0,44 Krom -0,74 Zink -0,763 Väte (alkalisk lösning) -0,828 Mangan -1,18 Titan -1,63 Aluminium -1,66 Beryllium -1,85 Magnesium -2,37 Natrium -2,714 Kalcium -2,868 Barium -2,9 Cesium -2,923 Rubidium -2,925 Kalium -2,925 Litium -3,045 Tabelldata hämtat från
Tillämpningar
Den elektrokemiska spänningsserien är till exempel användbar vid bedömning av galvanisk korrosion.
Korrosion
Vid korrosionstester får man riktigare resultat om man gör testerna med en elektrlyt som motsvarar eller liknar det verkliga förhållandet till exempel med saltvatten som elektrolyt i stället för den teoretiska sura elektrolyten (pH=0). Som man kan se verkar det som om aluminium skulle agera som offeranod gentemot zink enligt tabellen ovan. Aluminium är en reaktiv metall som i luft mycket raskt bildar ett tunt lager av oxid. I havsvatten är pH väsentligt högre än i den teoretiska elektrolyten i tabellen ovan varför det även kan finnas hydroxider på aluminiumytan. Aluminiumet sägs vara passiverad. I praktiken fungerar zink som offeranod gentemot aluminium, vilket man kan se i salttabellen nedan.
+ I saltvatten 3 % NaCl Ämne Spänning V Platina +0,47 Titan +0,37 Silver +0,30 Koppar +0,04 Nickel -0,03 Bly -0,27 Järn -0,40 Aluminium -0,53 Zink -0,76 Källor
Kategori:Elektrokemi