Направление окислительно-восстановительных реакций

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 9Следующая ⇒

НАПРАВЛЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

    Направление самопроизвольного протекания ОВР определяется так же, как и у всех других реакций – по знаку изменения свободной энергии Гиббса (ΔG⁰_х.р). Если в результате реакции свободная энергия системы убывает, то такая реакция термодинамически разрешена (ΔG⁰_х.р<0).

    Для окислительно-восстановительных реакций существует взаимосвязь между изменением свободной энергии и электродвижущей силой (ЭДС):

                                         ΔG⁰_х.р = -nFΔЕ                                                (1)

В этом уравнении n-число электронов, участвующих в ОВР, F 96500Кл/моль = 26,8 А∙час/моль – число Фарадея (эту величину часто называют одним фарадеем),   ΔЕ – ЭДС окислительно-восстановительной системы.

Для стандартных условий: ΔG⁰_х.р = -nFΔЕ⁰.

Условие самопроизвольности реакции ΔG⁰_х.р <0. В ур. (1)  n и F -константы, следовательно, окислительно-восстановительная реакция термодинамически  разрешена, если ΔЕ>0.

В свою очередь,  ЭДС рассчитывается как разность потенциала окислителя (Е_ок) и восстановителя (E_восс):    ΔЕ= Е_ок – E_восс > 0. Из этого соотношения следует, что ОВР будет протекать самопроизвольно в прямом направлении, если Е_ок > E_восс.

Реальные ОВР начинают протекать самопроизвольно с заметной скоростью, если ЭДС системы превышает 0,4 В.

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА

Величина окислительно-восстановительного потенциала (ОВ-потенциала) зависит от химической природы материала электрода, температуры, концентрации и природы потенциалопределяющих частиц в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

                                                                                     (2)

В этом уравнении Е – электродный потенциал (В); Е⁰- стандартный электродный потенциал (В); R = 8,31  универсальная газовая постоянная; Т-температура (К); n – число моль электронов в полуреакции; F–число Фарадея; a_окисл-активность окисленной формы потенциалопределяющих частиц (моль/л); a_восст – активность восстановленной формы потенциалопределяющих частиц (моль/л).

Введем несколько упрощений:

1) при стандартной температуре 298К и переходе к десятичным логарифмам, получим  В;

2)  для разбавленных растворов активности с достаточным приближением могут быть заменены концентрациями (a_окисл=[окисл], a_восст =[восст]). В результате для стандартной температуры уравнение принимает следующий вид:

                                                                           (3)

где «х» и «y» коэффициенты перед окисленной и восстановленной формой потенциалопределяющих частиц в ОВ-полуреакции.

Например, для полуреакции окисления ионов Mn²⁺

Mn²⁺+4H₂O - 5  = MnO₄^- + 8H⁺,

в  которой   слева – восстановленная форма потенциалопределяющих частиц, а справа – окисленная форма, уравнение Нернста для стандартной температуры будет иметь следующий вид:

Подлогарифмическое выражение является константой равновесия  реакции:  

,  поэтому уравнение  (3)  может быть   представлено в

следующем виде:

                                       .                                          (4)

    Если электродная система состоит из металлического электрода, опущенного в раствор, содержащий одноименные ионы Me⁰ - n  = Me⁺ⁿ, то уравнение Нернста при стандартной температуре приобретает следующий вид:                                                         (5)

    Для окислительно-восстановительных реакций исходя из соотношения  ΔG⁰_х.р  = -nFΔЕ  иlnK =- ΔG⁰_х.р /RT  можно вычислить значения константы равновесия:

                                       lnК=                              (6)

Е_ок – потенциал окислителя, Е_восс- потенциал восстановителя.

Для стандартной температуры и десятичных логарифмов:

                                        lgК= .                                  (7)

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры