O măsură a oxidării - capacitatea de reducere a materialelor de electrod sunt folosite sau oxidare - potențialele de reducere a jox / Red (potențiale redox) .1 oxidare - potențialul de reducere caracterizează oxidare - sistem de reducere, constituit din forma oxidată substanței (Ox), forma redusă (roșu) și electroni . Se obișnuiește înregistrarea sistemelor de reducere a oxidării sub formă de reacții de recuperare reversibile:
Mecanismul apariției potențialului electrodului. Mecanismul apariției unui electrod sau a potențialului de reducere a oxidării este explicat prin exemplul unui metal imersat într-o soluție care conține ionii săi. Toate metalele au o structură cristalină. Grinzile de cristal ale metalului constau din ioni Me n + încărcați pozitiv și electroni de valență liberă (gaz de electroni). În absența unei soluții apoase, randamentul cationilor metalici din rețeaua metalică este imposibil. acest proces necesită costuri mari de energie. Când metalul este cufundat într-o soluție de sare apoasă care conține în cationi metalici sale de compoziție molecula de apă polară, respectiv, ghidat la suprafața metalică (electrod) interacționează cu suprafața cationilor metalici (fig. 9.1).
Ca rezultat al interacțiunii, metalul se oxidează și ionii hidratați trec în soluție, lăsând electronii în metal:
Me (k) + m H 2 Oxidarea Me n + * m H2O (p) + n e-
Metalul devine încărcat negativ, iar soluția este pozitivă. Ionii încărcați pozitiv din soluție sunt atrași de suprafața metalică încărcată negativ (Me). La limita de soluție metalică apare un strat dublu electric (figura 9.2). Diferența potențială dintre metal și soluție se numește potențialul electrodului sau potențialul redox al electrodului Me n + / Me (# 966; Ox / Red în cazul general). Metalul scufundat într-o soluție de sare proprie este un electrod (secțiunea 10.1). Desemnarea unui electrod metalic Me / Me n + reflectă participanții la procesul de electrod.
Pe măsură ce ionii trec în soluție, o încărcare negativă a suprafeței metalice și o încărcare pozitivă a soluției cresc, ceea ce împiedică oxidarea (ionizarea) metalului.
În paralel cu procesul de oxidare, are loc o reacție inversă - reducerea ionilor metalici de la soluție la atomi (depunerea de metal), cu pierderea carcasei hidratului pe suprafața metalică:
Me n + * m H2O (p) + restabilirea Me (k) + m H2O.
Deoarece diferența de potențial dintre electrod și soluție crește, viteza reacției directe scade, iar reacția inversă crește. La o anumită valoare a potențialului de electrod, viteza procesului de oxidare va fi egală cu viteza procesului de reducere, se stabilește un echilibru:
Pentru simplitate, apa de hidratare nu este inclusă în ecuația de reacție și este scrisă ca
sau în formă generală pentru orice alte sisteme redox:
Potențialul, care este stabilit în condiții de echilibru ale reacției electrodului, se numește potențialul electrodului de echilibru. În cazul examinat, procesul de ionizare în soluție este posibil din punct de vedere termodinamic, iar suprafața metalică este încărcată negativ. Pentru unele metale (mai puțin active), procesul de reducere a ionilor hidratați la metal este mai probabil din punct de vedere termodinamic, apoi suprafața lor este încărcată pozitiv, iar stratul electrolitului adiacent este negativ.
Dispozitivul electrodului de hidrogen. Valorile absolute ale potențialului electrodului nu pot fi măsurate, prin urmare, pentru caracteristicile lor, se utilizează valorile lor relative. Pentru a face acest lucru, găsiți diferența de potențial dintre electrodul care urmează să fie măsurat și electrodul de referință, al cărui potențial este presupus în mod condiționat ca fiind zero. Ca electrod de referință, se utilizează adesea un electrod de hidrogen standard asociat cu electrozi de gaz. În general, electrozii de gaz constau dintr-un conductor metalic care se conectează simultan cu un gaz și o soluție care conține o formă oxidată sau redusă a unui element care face parte din gaz. Conductorul metalic servește pentru alimentarea și îndepărtarea electronilor și, în plus, este un catalizator pentru reacția electrodului. Conductorul de metal nu trebuie să-și trimit propriile ioni în soluție. Metalele platină și platină îndeplinesc aceste condiții.
Electrodul pH (Fig. 9.3) este o placă de platină acoperită cu un strat subțire de plăci poroase în vrac (pentru expansiunii suprafeței electrodului) și soluție apoasă de acid sulfuric a fost redus în activitatea (concentrația) de ioni H +. egal cu unitatea.
Hidrogenul este trecut prin soluția de acid sulfuric la presiune atmosferică. Platina (Pt) - din metal inert, care cu greu reacționează cu soluția de solvent (nu trimite ionii săi în soluție), dar este capabil să adsorbi moleculele, atomii, ionii de alte substanțe. Când platina vine în contact cu hidrogenul molecular, adsorbția pe hidrogen are loc pe platină. Hidrogenul adsorbit, care interacționează cu moleculele de apă, trece în soluție ca ioni, lăsând electronii în platină. În acest caz, platina este încărcată negativ, iar soluția este pozitivă. Există o diferență potențială între platină și soluție. Odată cu trecerea ionilor în soluție, există un proces invers - reducerea ionilor de H + de la soluție la formarea moleculelor de hidrogen. Echilibrul la electrodul hidrogen poate fi reprezentat de ecuație
Denumirea convențională a electrodului hidrogen H2. Pt # 9474; H +. potențial de electrod de hidrogen în condiții standard (T = 298 K, 101,3 kPa PH2 = [H +] = 1 mol / l, adică pH = 0) adoptat în mod convențional pentru a fi zero: j 0 + 2H / H2 0 = V.
Potențialele de electrod standard potentsialy.Elektrodnye măsurat în raport cu un electrod standard de hidrogen în condiții standard (T = 298K, pentru concentrația de solut (activitatea) C. Roșu = Soh = 1 mol / l sau CMe de metal n + = 1 mol / l, și pentru substanțe gazoase P = 101,3 kPa), se numesc potențiale de electrod standard și sunt notate cu j 0 Ox / Red. Acestea sunt valori de referință.
Capacitatea oxidativă a substanțelor este mai mare, cu atât este mai mare valoarea algebrică a potențialului lor de electrod standard (reducerea oxidării). Dimpotrivă, cu cât este mai mică valoarea potențialului electrod standard al substanței reactive, cu atât mai pronunțate sunt proprietățile sale de reducere. De exemplu, prin compararea potențialelor standard ale sistemului
F2 (g) + 2e - D2F (p.) J0 = 2,87 V
H2 (r) + 2e-D 2H (p.) J0 = -2,25 V
arată că tendința de oxidare este puternic pronunțată în moleculele F2, iar ionii H au o tendință de reducere.
Un număr de solicitări de metale. Cu metale într-un rând ca o valoare algebrică crescătoare potențialul lor de electrod standard sunt preparate așa-numitele „Un număr de potențiale de electrod standard de“ sau „număr de tensiune“ sau „numărul de activitate din metal.“
Situația din metal „Un număr de potențiale de electrod standard,“ caracterizează reziliența atomilor metalici și proprietățile oxidante ale ionilor metalici în soluții apoase în condiții standard. Mai mică valoarea valorilor algebrice ale potențialului de electrod standard proprietăți reducătoare ridicată a metalelor active ca substanță simplă, iar exponatul slabe proprietăți ale ionilor săi de oxidare și invers.
De exemplu, litiu (Li), având cel mai scăzut potențial standard este printre cei mai puternici agenți de reducere, și aur (Au), având cea mai mare valoare a potențialului standard este foarte slab agent reducător și este oxidat prin reacția cu un oxidanți foarte puternic. Din datele din seria "Stress" se poate observa că ionii de litiu (Li +), potasiul (K +), calciul (Ca 2+) etc. - oxidarea cele mai slabe și cele mai puternice oxidanti pentru ioni aparțin mercur (Hg 2+), argint (Ag +), paladiu (Pd 2+), platina (Pt 2+), aur (Au Au 3+ +.).
Ecuația Nernst. Potențele electrodului nu sunt constante. Ele depind de raportul de concentrare (activitate) a formelor oxidate și reduse ale unei substanțe cu temperatura, natura solut și solvent, pH, etc. Această relație este descrisă de ecuația Nernst .:
unde j 0 Ox / Red este potențialul electrodului standard al procesului; R este constanta gazului universal; T este temperatura absolută; n este numărul de electroni care participă la procesul de electrod; AOX. și Red - activitatea (concentrația) formei oxidate și reduse a substanței în reacția electrodului; x și y sunt coeficienții stoichiometrici în ecuația reacției electrodului; F este constanta lui Faraday.
În cazul în care electrozii sunt metalici și echilibrul stabilit pe ele sunt descriși în formă generală
Me n + + ne - D Me,
Ecuația Nernst poate fi simplificată luând în considerare faptul că pentru solide activitatea este constantă și egală cu unitatea. Pentru 298 K, după substituție aMe = 1 mol / l, x = y = 1 și valorile valorilor constante R = 8,314 J / K * mol; F = 96485 C / mol, înlocuind activitatea AME n + la concentrația molară a ionilor metalici în n + soluția CMe și introducerea unui factor 2303 (deplasare la logaritmii zecimali), obținem ecuația Nernst ca
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: