Имеется концентрационный элемент

(Pl) Х (тв) | Х^– (а₁ ) || Х^– (а₂ ) | Х (тв) (Pt),

где Х^– – отрицательныйион вещества Х, а а_i – его активность.

Какая из активностей (а₁ или а₂) больше по величине? Оценить ЭДС элемента, считая, что активности иона в электродах различаются в 10 раз.

Решение

а) Потенциалы электродов, зависящие от аииона, по аналогии с (15.10), определяются формулой вида

Ψ (Х / Х^–)_i = Ψ⁰ (Х / Х^– ) – 0,059· lg a_i(Х^–) . (III.30)

б) Тогда для ЭДС концентрационного элемента получаем:

ЭДС = Ψ₂ – Ψ₁ = – 0,059· lg a₂ (Х^–) / a₁ (Х^–) (III.31)

в) В любом гальваническом элементе ЭДС – положительная величина (это следует из того, что для самопроизвольной реакции ΔG⁰_рц < 0, а ЭДС – противоположна по знаку). Чтобы получить такой знак в формуле (III.31), индекс 1 надо приписать электроду с большей концентрацией (активностью) аниона:

a₁ > a₂ . (III.32)

Это соответствует и правилам записи гальванических элементов (пп. 14.7 и 15.1): индекс 1 присваивается тому элементу, который служит донором электронов. Здесь, очевидно, это электрод с большей концентрацией отрицательных ионов.

г) Если a₁ / a₂ = 10, то ЭДС = 0,059 В.

РАЗДЕЛ 4.

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ

РЕАКЦИЙ

Глава 16. ВВЕДЕНИЕ В ХИМИЧЕСКУЮ КИНЕТИКУ

Предмет кинетики

1. Новый раздел посвящен кинетике химических реакций. Кинетика — это
учение о скоростях различных процессов и механизме их протекания. Имеются
в виду те процессы, которые, в принципе, могли бы протекать по своим
термодинамическим характеристикам.

2. Почему важны кинетические характеристики реакций?

а) Начнём с того, что реакции, возможные термодинамически,

I. в одних случаях протекают очень энергично (пример — взрыв смеси O₂
и 2H₂, т.е. гремучего газа),

II. в других случаях имеют умеренную скорость,

III. в третьих — вообще в обычных условиях не проходят.

б) Вот два примера реакций последнего типа:

Обе реакции в обычных условиях фактически не протекают. Как известно, и сахароза, и глюкоза могут храниться весьма долго.

в) В подобных (да и в прочих) случаях часто встает вопрос: как стимулировать протекание реакций, как довести их скорость до необходимого уровня?

Способы решения проблемы могут быть различными. Например, в организме человека оба приведённые выше процесса идут с вполне достаточной скоростью – под действием специальных катализаторов белковой природы (ферментов).

г) Но в любом случае скорость реакции является её (реакции) важнейшей характеристикой.

3. По тому, скорость каких процессов изучается, различают:

а) физическую кинетику (здесь речь идет о физико-химических процессах — растворении, адсорбции и т.д.),

б) химическую кинетику (обычные химические реакции),

в) ферментативную кинетику (биохимические реакции, катализируемые ферментами),

г) фармакокинетику (процессы поступления в организм, превращения в организме и выведения из него лекарственных препаратов),

д) токсикокинетику (то же — в отношении токсических веществ).

4. С другой стороны, любая из этих областей кинетики включает две составные части:

а) формальную кинетику — дает математические зависимости скорости от концентраций, а также концентраций от времени, и

б) молекулярную кинетику — рассматривает механизмы реакций.

Эта и следующая глава будут посвящены формальной химической кинетике, причем, в отношении наиболее простых реакций.