Окислительно-восстановительные потенциалы.

Окислительно-восстановительные реакции сопровождаются изменением заряда или степени окисления взаимодействующих в растворе ионов.

Работа гальванического элемента основана на протекании реакций окисления-восстановления.

Пример: медно-цинковый элемент

В гальваническом элементе реакция протекает на границе раздела фаз: электрода и раствора соответствующей соли металла.

Если вместо активных электродов использовать инертные, то можно определить относительную величину окислительно-восстановительного потенциала.

Абсолютную величину окислительно-восстановительного потенциала определить невозможно, поэтому его измеряют относительно стандартного, чаще всего водородного, нормальный потенциал которого принят равным 0 в реакции

.

Существуют таблицы нормативных окислительно-восстановительных потенциалов, которые определены при концентрации их солевых растворов с концентрацией 1 моль/л и при t=20⁰С.

Пользуясь нормальными окислительно-восстановительными потенциалами можно определить вещество в реакции будет окислителем или восстановителем, в каком направлении пойдет реакция, рассчитать окислительно-восстановительный потенциал данного процесса.

Пример:

Е₀=1,36 В – окислитель

Е₀=0,14 В

Е_h= 1,36 – 0,14 = 1,22 В

Е_h> 0 – самопроизвольное протекание реакции.

Зависимость величины окислительно-восстановительного потенциала от концентрации окисленной и восстановленной формы в растворе описывается формулой Нернста:

а – активность соединения в окисленной и восстановленной форме;

n – число электронов, отданных инертному электроду, при протекании окислительно-восстановительной реакции.

Для тех реакций, где одним из компонентов является вода или ионы Н⁺ окислительная способность зависит от рН

n = 2

Е₀ = 0 для водородного электрода

Обозначим - lg [H₂] = rH₂

lg [H₂] – отрицательный логарифм давления молекулярного водорода, тогда

Уравнение позволяет охарактеризовать окислительно-восстановительные свойства среды: чем меньше rH₂, тем легче идут процессы восстановления.

Нейтральным пунктом относительно окислительно-восстановительных условий для водных растворов принимается rH₂ = 28, при rH₂ > 28 – в водоеме окисление, при rH₂ < 28 – восстановление.

Е_h = f ([Н₂], [Н⁺]) – характеристика свободной энергии окислительно-восстановительной системы.

С помощью Е_h можно охарактеризовать окислительно-восстановительные условия системы только при рН = const.

rH₂ – зависит только от концентрации восстановителя, поэтому rH₂ полностью характеризует окислительно-восстановительные условия.