Oxidációs - redukciós (elektród) potenciális - studopediya
Annak a mértéke, az oxidációs - redukciós képességét az elektróda anyagokat használnak, vagy az oxidációs - redukciós potenciál JOX / Red (redox potenciál) .1 oxidációs - redukciós potenciál jellemzi az oxidációs - redukciós rendszer, amely az oxidált forma az anyag (Ox), a redukált forma (piros) és az elektronok . Általában írt redox rendszerek formájában reverzibilis redukciós reakciók:
A mechanizmus a előfordulása az elektród potenciál. Mechanizmusa előfordulása az elektróda vagy a redox potenciál a fém megmagyarázni példát oldatába merítjük tartalmazó annak ionokat. Minden fém kristályszerkezete. fém kristályrács áll pozitív töltésű ionok Me n + és a szabad vegyérték elektronok (elektron gáz). Hiányában vizes oldatát egy fém rács hozam fémkationok lehetetlen, mert Ez a folyamat igényel sok energiát. Amikor a fém merítjük tartalmazó vizes sóoldatot az összetételében fémkationok poláris, vízzel molekula, illetve megvezetve a fémfelület (elektród) kölcsönhatásba lépnek a felület a fém kationok (ábra. 9.1).
A reakciót fém oxidáció végbemegy és annak hidratált ionok oldatba megy, így a fém elektronokat:
Me (k) + m H2 Ookislenie Me n + * m H2 O (p) + vio-
Metal válik negatív töltésű, és a megoldás - pozitív. A pozitív töltésű ionok az oldatból vonzódnak a negatív töltésű felületén a fém (Me). A fém - oldatot elektromos kétrétegű (9.2 ábra). A potenciális különbség között felmerülő egy fém és egy megoldást nevezik elektród potenciál, vagy az oxidációt - redukciós potenciálja az elektróda # 966; Me n + / Me (# 966; Ox / Vörös az általános esetben). Fém elmerül a saját sós, egy elektród (10.1 fejezet). Jelölés fém elektród Me / Me n + tükröző tagjai elektród folyamat.
Mivel az átmenet ion az oldat növeli a negatív töltés a fémfelület és a pozitív töltésű megoldás, amely megakadályozza az oxidációt (ionizáció) fémből.
Ezzel párhuzamosan az oxidációs reakció folyamatát bevételek fordított - visszanyerése a fémionoknak a megoldás, hogy a atomok (fém lerakódás) elvesztése hidratációs héj a fém felületen:
Me n + * m H2 O (p) + vio- feloldás Me (k) + m H 2 O.
A növekedés a potenciális különbség az elektróda közötti, és az oldatot az előre reakciósebesség csökken, és a fordított reakció növekszik. Egy bizonyos érték elektródpotenciál oxidációs sebesség egyenlő lesz a helyreállítási folyamat sebességét, egyensúly alakul ki:
Általában a reakció egyenlet egyszerűsítése nem tartalmaznak hidratációs vizet, és meg van írva formájában
vagy általában bármely más redox rendszerek:
Lehetséges telepítve a egyensúlyi körülmények az elektród reakció az úgynevezett egyensúlyi potenciálja. A fenti esetben, a folyamat a ionizációs oldatban termodinamikailag lehetséges, és a fémfelület negatív töltésű. Egyes fémek (kevésbé aktív) termodinamikailag sokkal valószínűbb az a helyreállítási folyamat a hidratált ionok fém, míg annak a felülete pozitív töltésű, és egy elektrolit réteg szomszédos - negatív.
Készülék hidrogén elektród. Az abszolút értékek elektród potenciál nem mérhető, így a jellemzői az elektróda folyamatok azok relatív értékek. Ahhoz, hogy megtalálja ezt a különbséget a mért elektródpotenciál és a referencia elektród, amely a potenciális hagyományosan venni nulla. Mivel a referencia elektródot a gyakran használt standard hidrogén elektród tulajdonítható a gáz elektródok. Általában, a gáz elektródák állnak fémvezetőből érintkezik a gáz és egyidejűleg tartalmazó oldattal oxidált vagy redukált formáját az elem tartalmazott a gáz. A fémes vezető használják ellátására és eltávolítása elektronok, és ezenkívül egy katalizátor egy elektród reakció. A fémszálas nem küld saját ionok oldatban. Megfelelnek ezeknek a feltételeknek a platina és platina fémeket.
A pH-elektróda (ábra. 9.3) egy platina lemezt bevonunk egy vékony réteg laza, porózus lemez (számára, hogy bővítése az elektród felülete) és kénsav vizes oldatot csökkentette a tevékenység (koncentráció) H + ionok. egységét.
Keresztül a kénsav oldat vezetjük atmoszferikus nyomáson hidrogén. Platina (Pt) - inert fém, amely erősen reagál az oldószert tartalmazó oldatból (nem küldi az ionokra oldatban), de képes adszorbeálni a molekulák, atomok, ionok más anyagok. Való érintkezés hatására a platina hidrogén molekuláris hidrogén adszorpciója platina. Az adszorbeált hidrogén kölcsönhatásba lép a vízmolekulák oldatba ionok, kilépő elektronok platina. Ebben az esetben a platina negatív töltésű, és a megoldás - pozitív. Van egy potenciális különbség a platina és a megoldás. Együtt az átmenet az ionok az oldatban egy fordított folyamat - a helyreállítása H + ionokat a megoldást képeznek hidrogén molekulák. Egyensúly a hidrogén elektród lehet a következő egyenlet szemlélteti
Symbol hidrogén elektród H2. Pt # 9474; H +. Hidrogén elektródpotenciál standard körülmények között (T = 298 K, 101,3 kPa PH2 = [H +] = 1 mol / l, azaz pH = 0) hagyományosan elfogadott nullának: j 0 + 2H / H2 0 = V.
Standardpotenciál potentsialy.Elektrodnye viszonyítva mérjük standard hidrogén elektród standard körülmények között (T = 298 K; az oldott anyagok koncentrációját (aktivitás) a C. Red = Soh = 1 mol / l vagy fém CMe n + = 1 mol / l, és a gáznemű anyagok P = 101,3 kPa), az úgynevezett standardpotenciál és j függetlenül 0 Ox / Red. Ez a referencia értékeket.
Az oxidáló képessége a fenti vegyületek, a nagyobb algebrai értékét a standard elektród (redox) potenciált. Fordítva, az alacsonyabb a standard elektród potenciálját a reaktáns, annál kifejezettebb a redukáló tulajdonságai. Például, az összehasonlítás szabvány potenciálok rendszerek
F2 (g) + 2e - D 2F (. P) J 0 = 2,87 A
H2 (R.) + 2e - D 2H (. P) J 0 = -2,25 A
Ez azt mutatja, hogy a F2-molekulák erősen expresszálódik oxidációs hajlamát, és a H - ionokat redukáló.
Számos fém hangsúlyozza. A fémek a sorban, mint algebrai értékét növeli azok standardpotenciál állítjuk elő az úgynevezett „Számos standardpotenciál” vagy „feszültség szám” vagy „száma fém aktivitást.”
fém helyzet „Számos standardpotenciál” jellemzi rugalmasságának a fématomok, és az oxidatív tulajdonságait a fém ionok vizes oldatok standard körülmények között. Minél kisebb az érték a algebrai értékeinek standardpotenciál, magas redukáló tulajdonságokkal rendelkezik aktív fém, mint egy egyszerű anyag, és a gyengébb mutatnak oxidáló tulajdonságai annak ionok, és fordítva.
Például, lítium (Li), amelynek a legalacsonyabb standard potenciálja, az egyik legerősebb redukálószerek, és arany (Au), amelynek a legnagyobb érték a standard potenciál, nagyon gyenge redukáló szer és oxidáljuk reagáltatva egy nagyon erős oxidáló szerekkel. Az adatok "Row feszültségek" azt mutatja, hogy a lítium ionok (Li +), kálium (K +), a kalcium (Ca 2+), stb - oxidáló a leggyengébb és legerősebb oxidáló tartoznak a higany-ionok (Hg 2+), ezüst (Ag +), palládium (Pd 2+), platina (Pt 2+), arany (Au Au 3+ +.).
Nernst egyenlet. Elektródpotenciálok nem megváltoztathatatlan. Ezek függenek a koncentráció aránya (aktivitás) az oxidált és redukált formájának egy anyag hőmérséklet, a természetét az oldott anyag és az oldószer, pH, stb Ezt az összefüggést írja le a Nernst-egyenlet .:
ahol j 0 Ox / Red - a standardpotenciál a folyamatot; R - egyetemes gázállandó; T - abszolút hőmérséklet; n - az elektronok száma részt vevő elektróda folyamatban; AOX. és Vörös - aktivitás (koncentráció) az oxidált és redukált formája anyagok elektród reakció; x és y - sztöchiometrikus együtthatók egyenletben elektród reakció; F- Faraday állandó.
Olyan esetben, amikor a fém elektródák és hozza azokat egyensúlyt biztosít általános
Me n + + ne - D Me,
Nernst egyenlet egyszerűsíthető, figyelembe véve, hogy a szilárd tevékenység állandó és egyenlő egységét. A 298 K, helyettesítése után, AME = 1 mol / l, x = y = 1, és a konstans értékét R = 8314 J / K * mol; F = 96.485 C / mol, helyettesítésével n + AME aktivitást a moláris koncentrációja fémionok az n + CMe oldattal és bevezetése faktor 2,303 (shift decimális logaritmus), megkapjuk a Nernst-egyenlet, mint