Activitatea formelor oxidate și reduse ale sistemului redox ar trebui să fie aceeași, în timp ce activitatea altor particule care participă la reacția (H +, OH-) este de 1 mol / dm3.
Valorile E0 pentru electrozi redox sunt determinate experimental în raport cu un electrod standard de hidrogen sau cu un alt electrod de referință (clorură de argint sau calomel).
Dacă în timpul tranziției formei oxidate la cea redusă, în afară de electroni, participă alte particule, activitățile lor de echilibru sau concentrațiile ar trebui să fie, de asemenea, sub semnul logaritmului în ecuația Peters. Singura excepție este molecula H2O, în soluții diluate se poate presupune că concentrația lor în timpul reacțiilor chimice variază foarte puțin.
Sistemul constă dintr-o placă de metal inert, coborâtă într-o soluție care conține reduse și oxidate forme ale aceluiași element, denumit electrod redox (electrozi redox) și potențialul care apare pe ea - oxido-reducere potențială sau redox potențiale.
Moleculele sau ionii prezenți în soluție, conținând în compoziția lor atomii elementului cu o valoare mai mare a gradului de oxidare, se numesc forma oxidată și acele particule care conțin atomii elementului cu o stare de oxidare inferioară - forma redusă.
Sistemele Redox sunt adesea scrise sub formă de fracții, iar forma oxidată este plasată în numărător, iar forma restabilită este plasată în numitor. Cele mai comune sisteme redox sunt soluțiile a două săruri în care atomii din același metal au grade diferite de oxidare, de exemplu:
1) o soluție de FeCl2 și FeCl3 (Fe3 + / Fe2 +)
Într-o soluție apoasă, ambele forme se pot transforma în mod reversibil unul în altul prin stabilirea unui echilibru dinamic între ele. Procesele care apar în acest proces sunt de două feluri.
1. Trecerea formei oxidate la cea redusă și viceversa constă doar în schimbul între ele de către electroni:
Fe 3+ + # 275; "Fe 2+
Sn 4+ + 2 # 275; "Sn 2+
2. Trecerea formei oxidate la cea redusă, în plus față de schimbul de electroni, este însoțită de participarea altor particule în acest proces, cel mai adesea de ioni de H + și de molecule de H2O:
Br + O - + H20 + 2 # 275; "Br - + 2OH -
Dacă într-o soluție apoasă care conține un sistem redox, placă inferioară inertă față componentele sale de material conductor electric: un metal nobil (Au, Pt) sau grafit - se va observa formarea unei sarcini electrice, datorită schimbului de electroni:
În acest caz, această placă (de exemplu platina) acționează ca intermediar în schimbul de electroni între formele oxidate și cele reduse. Desigur, este posibil să se facă schimb de electroni direct între ioni, dar este nevoie de mult mai multă energie pentru a se executa decât atunci când electronii trec de la forma redusă la metalul inert și apoi de la suprafața metalică până la forma oxidată.
În cazul conținutului în exces în soluția formei reduse (donorul de electroni), unii dintre electronii transferați pe placă rămân nesupravegheați și rămân pe el, dând plăcii electrice negative negativă în raport cu soluția.
Cu un exces de formă oxidată (acceptor de electroni), în timpul stabilirii stării de echilibru, o parte din electronii proprii ai platinei se va transfera la particulele sale. Ca rezultat, pe placă se formează o încărcătură electrică, care este pozitivă față de soluție.
O caracteristică caracteristică a unui astfel de electrod este aceea că placa metalică nu este supusă proceselor care produc schimbări chimice și acționează doar ca un emițător de electroni. Ionii sau atomii de metal ai plăcii nu intră într-o interacțiune chimică cu componentele soluției. Trecerea lor spontană de la suprafața plăcii la soluție datorită acțiunii moleculelor de solvent este atât de mică încât poate fi neglijată.
Astfel, valoarea potențialului redox va depinde de natura particulelor ce formează sistemul redox (adică cât de ușor forma redusă doneaza electronii și acești electroni cum deține ferm forma oxidată) și concentrațiile acestora în soluție.
Se calculează amplitudinea potențialului redox poate fi prin ecuația Nernst, Peters sau pur și simplu ecuația Peters (după chimist fizic german R. Peters, a demonstrat aplicabilitatea ecuației Nernst, nu numai electrozii metalici, dar, de asemenea, la sistemul redox):
unde E este potențialul redox, B; E 0 este potențialul redox normal sau normal care apare într-un sistem cu aceeași activitate (sau concentrație pentru soluții diluate) de forme oxidate (Ox) și reduse (roșu); n este numărul de electroni pe care o moleculă sau un ion de formă oxidat are, transformându-se într-o formă reconstituită.
Pentru sistemele de oxidare-reducere Fe 3+ / Fe 2+. MnO4 - / Mn2 +. Cr2O7 2- / 2Cr3 +. BrO - / Br - n este, respectiv, 1, 5, 6 și 2.
Pentru sistemul de oxidare-reducere MnO4 - / Mn2 +. în care se efectuează următorul proces de electrod:
potențialul redox este calculat prin formula:
În consecință, pentru un sistem redox cu un proces de electrozi:
BrO - + H20 + 2 # 275; "Br - + 2OH -
Potențialul redox poate fi calculat prin formula:
Dacă măsurătorile potențialelor redox se efectuează la o temperatură de 298 K (25 о С), atunci pe trecerea de la logaritmul natural la zecimal și înlocuind valorile constantelor R și T, ecuația lui Peters ia forma:
Valorile E 0 obținute experimental de electrozi redox sunt plasate în cărți de referință speciale sub formă de tabele, în care se indică de obicei compoziția sistemului redox și reacția electrodului de desfășurare (Tabelul 22).
Tabelul 22. Potențialele redox standard ale unor sisteme redox
Soluție de electrozi de scurgere
Valorile lui E 0 pentru sistemele de reducere a oxidării pot fi folosite pentru a determina direcția reacțiilor de reducere a oxidării. ele caracterizează capacitatea relativă de oxidare a sistemului.
Un sistem al cărui potențial redox are o importanță mai mare acționează ca un oxidant față de un sistem al cărui potențial redox este mai puțin important.
Funcțiile de difuzie apar la interfața dintre două soluții. Și acestea pot fi atât soluții de substanțe diferite, cât și soluții ale aceleiași substanțe, numai în ultimul caz ele trebuie să fie diferite în mod necesar una de cealaltă în funcție de concentrația lor.
Atunci când două soluții vin în contact, particulele (ionii) solutului se interpătrund ca rezultat al procesului de difuzie.
Motivul pentru apariția potențialului de difuzie în acest caz este mobilitatea inegală a ionilor solutului. Dacă ionii de electroliți au rate de difuzie diferite, atunci ionii mai rapidi sunt treptat înaintea ionilor mai puțin mobili. Deci, se formează două valuri de particule încărcate.
Dacă soluțiile mixte din același material, dar cu concentrații diferite, mai Diluați soluția capătă o încărcătură de același semn de încărcare a mai multor ioni mobili, și mai puțin diluat - taxa de același semn de încărcare ioni mai puțin mobile (Figura 90.).
Fig. 90. Apariția unui potențial de difuzie datorat vitezelor diferite de ioni: I - nones "rapid", încărcate negativ; II - ionii "încetini" încărcați pozitiv
Așa-numitul potențial de difuzare apare la interfața soluțiilor. Ea medie de viteza de ioni (încetinește "rapid" și accelerează cele "mai lent").
Treptat, odată cu finalizarea procesului de difuzie, acest potențial este redus la zero (de obicei în 1-2 ore).
Capacitățile de difuzie pot apărea, de asemenea, în obiecte biologice în cazul deteriorării membranelor celulare. Aceasta le perpetuează permeabilitatea, iar electroliții pot difuza din celulă în fluidul tisular sau invers, în funcție de diferența de concentrație de pe ambele părți ale membranei.
Ca urmare a difuziei electrolitului, apare un potențial de distrugere, care poate atinge valori de ordinul a 30-40 mV. Și țesutul deteriorat este adesea încărcat negativ cu privire la intact.
Potențialul de difuzie apare în celulele galvanice pe interfața dintre două soluții. Prin urmare, pentru calcule exacte ale emf. circuitele galvanice trebuie să introducă neapărat o corecție pentru amploarea sa. Pentru a elimina influența potențialului de difuzie, electrozii din celulele galvanice sunt adesea conectați unul la celălalt printr-o "punte de sare", care este o soluție saturată de KCI.
Ioni de potasiu și clor au aproape aceeași mobilitate, astfel încât utilizarea lor face posibilă reducerea semnificativă a influenței potențialului de difuzie asupra valorii emf.
Potențialul de difuzie poate crește foarte mult dacă soluțiile de electroliți de compoziție diferită sau concentrații diferite sunt separate de o membrană care este permeabilă numai la ionii unui anumit semn de încărcare sau specie. Aceste potențiale vor fi mult mai stabile și pot persista mai mult timp - se numesc potențiale de membrană. Potențialul membranei apare atunci când ionii sunt distribuiți neuniform pe fiecare parte a membranei, în funcție de permeabilitatea sa selectivă sau ca urmare a schimbului de ioni între membrana în sine și soluție.
Apariția potențialului membranei se bazează pe principiul așa-numitului electrod ion selectiv sau membranar.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: