Elektrochemiczne atrakcje - "Nieaktywny" cynk

Cynk uważa się za metal aktywny. Ujemny potencjał standardowy sugeruje, że będzie energicznie reagował z kwasami, wypierając z nich wodór. Ponadto jako metal amfoteryczny reaguje także z zasadami, tworząc odpowiednie sole kompleksowe. Jednak czysty cynk bardzo opornie ulega działaniu kwasów i zasad. Powodem jest duży nadpotencjał wydzielania wodoru na powierzchni tego metalu. Zanieczyszczenia cynku umożliwiają tworzenie mikroogniw galwanicznych, a w konsekwencji jego roztwarzanie.

Do wykonania pierwszej próby potrzebne będą: kwas solny HCl, blaszka cynkowa oraz drucik miedziany (fotografia 1). Blaszkę wkładamy do szalki Petriego napełnionej rozcieńczonym kwasem solnym (fotografia 2) i kładziemy na nią drucik miedziany (fotografia 3), który oczywiście nie ulega działaniu HCl. Już po chwili na powierzchni miedzi energicznie wydziela się wodór (fotografie 4 i 5), lecz tylko niewiele pęcherzyków gazu daje się zaobserwować na cynku. Powodem jest wspomniany już nadpotencjał wydzielania wodoru na cynku, znacznie większy niż na miedzi. Połączone metale uzyskują ten sam potencjał względem roztworu kwasu, ale wodór łatwiej wydziela się na metalu o mniejszym nadpotencjale - miedzi. W utworzonym ogniwie galwanicznym ze zwartymi elektrodami Zn Cu, anodą jest cynk:

(-) Anoda: Zn⁰ → Zn²⁺ + 2e^–

a na miedzianej katodzie ulega redukcji wodór:

(+) Katoda: 2H⁺ + 2e^– → H₂

dodając stronami oba równania procesów elektrodowych otrzymujemy zapis reakcji roztwarzania cynku w kwasie:

Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂

W kolejnej próbie użyjemy roztworu wodorotlenku sodu, blaszki cynkowej oraz stalowego gwoździa (fotografia 6). Podobnie jak w poprzednim doświadczeniu, blaszkę cynkową umieszczamy w rozcieńczonym roztworze NaOH, znajdującym się w szalce Petriego i kładziemy na niego gwóźdź (żelazo nie jest metalem amfoterycznym i nie reaguje z zasadami). Efekt doświadczenia jest podobny - wodór wydziela się na powierzchni gwoździa, a blaszkę cynkową pokrywa tylko niewiele pęcherzyków gazu (fotografie 7 i 8). Powodem takiego zachowania układu Zn-Fe jest również nadpotencjał wydzielania wodoru na cynku, znacznie większy niż dla żelaza. Także w tym eksperymencie anodą jest cynk:

(-) Anoda: Zn⁰ → Zn²⁺ + 2e^-

a na żelaznej katodzie redukuje się woda:

(+) Katoda: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–

Po dodaniu stronami obu równań oraz uwzględnieniu zasadowego środowiska reakcji otrzymujemy zapis procesu roztwarzania cynku w zasadzie (tworzą się aniony tetrahydroksocynkanowe):

Zn + 2OH^– + 2H₂O → [Zn(OH)₄]²^– + H₂