Оглавление:
Окислительно-восстановительные потенциалы
- Окислительно-восстановительный потенциал Разделение окислительно-восстановительных реакций на полуреакции является не только формальным методом, который облегчает интерпретацию процессов переноса электрона или выбора стехиометрических коэффициентов, но также имеет очень ясный физический смысл.
- Компоненты каждой полуреакции могут быть помещены в разные контейнеры и соединены солевым мостиком (полоска фильтровальной бумаги, увлажненная раствором KCI, или стеклянная трубка, заполненная раствором KCI). В настоящее время, если инертный электрод опускается в каждый сосуд (платиновый провод или пластину) и замыкается на гальванометр или подключается к потенциометру, устройство показывает наличие тока (рис. 6.1).
Во внешней цепи электроны от Fe2 * до Ce4 + проходят через платиновую проволоку, и начинается гальванометр и реакция (6.1). Людмила Фирмаль
Через некоторое время ионы Fe3 «1» могут быть обнаружены в результате реакции в сосуде, содержащем Fe2 + (6.1). Устройство 6.1, схематически показанное на чертеже, называется гальваническим элементом, а каждый контейнер, содержащий раствор и платиновую пластину, называется электродом или полуклеткой, но фактический «электрод» является платиновым или другим, функционирующим в качестве электронного проводника.
Часто называют тарелкой. При реакции в гальванических элементах химическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Электродвижущая сила гальванического элемента может быть измерена с помощью потенциометра. Он непосредственно характеризует способность данного восстановителя переходить к данному окислителю. ЭДС — это разность потенциалов между двумя электродами. ЭДС = £, — £ *, (6,7)
Где E \ — окислительный потенциал. £ 2-восстановитель. Каждый электрод или полуэлемент представляет собой систему определенных веществ, которые были окислены и восстановлены (окислительно-восстановительная система). Эта система также называется оксидом. s Рисунок 6.1. Схема гальванического элемента: / -платиновый электрод. 2-электролитический ключ;
3-потенциометр О ltel и o-, остальная часть s-pa a-r, которая не является существенной или редкой. Примерами таких окислительно-восстановительных пар являются Fe * ~ / Fe2 +, Ce4 + / Ce3 +. MnOch / Mn2 + и т. Д. Термин «окислительно-восстановительный» происходит от сочетания латинского reductio и oxydatio. Потенциал одной окислительно-восстановительной пары не может быть измерен.
Однако, если каждый электрод объединяется с тем же электродом, который условно выбран в качестве стандарта, относительные характеристики пары (потенциал электрода или потенциал электрода) могут быть легко получены. В качестве такого электрода выбран стандартный водородный электрод.
Это электрод из платины платины, который очищают газообразным водородом под давлением 1,013 * 105 Па (1 атм) и погружают в кислый раствор с активностью ионов водорода 1. Покрытая платиной платина поглощает газообразный водород, и электрод функционирует так, чтобы состоять из газообразного водорода, находящегося в равновесии с ионами H + в растворе. H> (r) = 2H ++ 2e ‘
Потенциал стандартного водородного электрода равен нулю при всех температурах. Поэтому используйте Åо = 0 в уравнении (6.7). Мы получаем ЭДС = £ | Вот так Потенциал этого электрода представляет собой ЭДС элемента, состоящего из указанных n стандартных водородных электродов. Зависимость окислительно-восстановительного потенциала E от концентрации и температуры передается по формуле Hep nst. £ = + (G.8) нф в | с Где £ ° — стандартный потенциал потенциала газа;
T — абсолютная температура, постоянная Фарадея, равная F-96,500 C. n — число электронов, вовлеченных в электродный процесс. Активные *. Все участники полуреакции находились в нормальном состоянии (активность равна 1), т.е. растаяли * Строго говоря. a, (C и aG1.a необходимо повысить до степени, равной стехиометрическому коэффициенту этих веществ в уравнении полуреакции. Однако в большинстве полуреакций химического анализа стехиометрический коэффициент равен 1, O2O7 ‘
Эти факторы отличаются от Unity, такие как / 2 Cgl +. Материал находится в виртуальном однополярном растворе, коэффициент которого активен и равен единице, а чистый материал находится в наиболее стабильном физическом состоянии при определенной температуре и нормальном атмосферном давлении. u Jb- = в J0 * 1 * ‘= в l = 0. (6.9) a ,, * Я Red J Yrrd Из соотношения (6.8) видно, что в этих условиях = = оо. Уравнение (6.8) учитывает взаимосвязь между активностью и концентрацией. а = усы, (6.10) Где у — фактор активности Вот так •
- Стандартный окислительно-восстановительный потенциал — это потенциал системы, в которой все участники полуреагента находятся в стандартном состоянии, а растворенное вещество — в стандартном растворе. Если ионы ОН или другие входят в уравнение полуреакции, его активность также должна быть включена в уравнение Нернста. Например, потенциал окислительно-восстановительной пары окислителя во время реакции (6.4) равен g i RT | МпО «) [IT Clever, -Un- * miaag / mp «- +» 5G1n-f ^ TTj-m ^ -r, — <6 11> Здесь также используется соотношение (6.10).
Уравнение ^ mnog / mn ^ ™ £ mnog / mnp реализуется, когда (MnOi 1 = fMn2 ^] = 1 и (H4] = 1 карта / л, а все частицы имеют коэффициент активности 1. ода W9. , 6, 2) n ags * n (redj или оду оду оду n | red J ^ n * Yn.i (6.13) можно переписать следующим образом: E = 0 £ 59 | г | о) [Красный] ‘Где £ «» — £ 0 + JL! 5! L IgJk-. (6.14) P Y «r.i Значение £ 011) называется формальным потенциалом.
Подставляя постоянное значение уравнения (6.8) и переходя к логарифму десятичного числа и температуре 25 ° С, получаем следующее. Людмила Фирмаль
Как видите, £ = £ ° (,) если [oX | = 1.0 и (красный) = 1.0. f Формальный потенциал — это концентрация всех участников (а не действий)! Охарактеризовать систему, равную 0 моль / л. Уравнение (6.14) показывает, что формальный потенциал зависит от коэффициента активности, т.е. ионной силы раствора годовых. Если влияние ионной силы игнорируется, £ ° ‘= £ °, то есть формальный потенциал соответствует стандартному потенциалу.
Эта приблизительная точность достаточна для многих расчетов химического анализа. Стандартный потенциал окислительно-восстановительной системы является объективным свойством «прочности» конкретного окислителя или восстановителя. Чем выше значение положительного потенциала, тем сильнее окислитель.
Например, стандартный потенциал окислительно-восстановительной пары, образованной системой галоген / галогенид (Xg / 2X), падает с 2,87 В для F2 / 2F до 1,36 В для C12 / 2C1; Br2 / 2Vg 1,07 В и 12 / Это 0,54 В на 21 дюйм. Как известно, наиболее сильными окислителями в этой серии являются фтор и 2/2f. = 2,87 В является объективной характеристикой этой мощности.
Стандартный потенциал йода £ ® / 2 = 0,54 В указывает на то, что он является самым слабым окислителем галогенов. Восстановленные сильные окислители имеют очень слабые восстанавливающие свойства, например, фторид-ион F практически не имеет окислительных свойств. ** / ai = -1,70 В; £? n’vzn = -0,76 В), однако ни ионы A13 +, ни ионы Zn2 ^ не обладают восстановительными свойствами в растворе.
Может окислять сильный восстановитель, в зависимости от партнера реакции окислительных или восстановительных свойств, например, b может окислять сильный восстановитель Однако G легко окисляется до b. 21 ~ + 2Fe3 + = 2Fe2 — f U Пары с высоким стандартным потенциалом могут окислять системы с низкими стандартными потенциалами. Эта зависимость может быть использована для прогнозирования направления реакции.
Однако это правило оценки не всегда реализуется на практике, поскольку стандартный потенциал характеризует направление реакции системы, в которой активность каждого участника составляет 1 моль / л. Направление реакции может измениться из-за изменения концентрации реагента, рН раствора и других факторов. Образование координационного соединения и осаждение также оказывают существенное влияние на окислительно-восстановительный потенциал системы.
Смотрите также:
Решение задач по аналитической химии
