Окислительно-восстановительные потенциалы и электроды

Раствор, содержащий одновременно окисленную и восстановленную формы вещества, называют окислительно-восстановительной системой (о/в) системой.

Инертный токопроводящий металл (например, платина или иридий), погруженный в окислительно-восстановительную систему, образует окислительно-восстановительный электрод.

Например: раствор, содержащий соль Cu²⁺ и соль Cu⁺ – является окислительно-восстановительной системой.

Cu²⁺ - окисленная форма;

Cu⁺ -восстановленная форма.

Электродная реакция

Cu²⁺+1e ↔ Cu⁺

Примером о/в электрода может служить платиновая пластинка, опущенная в о/в - систему, содержащую окисленную и восстановленную форму вещества.

Рt | Cu²⁺; Cu⁺

Стандартный электродный о/в потенциал Е⁰_Сu²⁺/_Cu⁺ = +0,153 В

Потенциал, возникающий на границе соприкосновения пластинки инертного металла с о/в - системой, называется о/в или red–ox -потенциалом.

На практике определение стандартных о/в потенциалов различных систем проводят по отношению к нормальному водородному электроду при t = 25 °С и рН=0. По этим потенциалам составляют электрохимический ряд активности,который позволяет судить о возможности и направлении о/в процессов.

Чем больше величина стандартного о/в потенциала, тем сильнее окислительные свойства системы.

Чем меньше величина Е⁰о/в, тем сильнее восстановительные и слабее окислительные свойства вещества.

Величину о/в потенциала рассчитывают по уравнению Нернста-Петерса

При Т = 298 К уравнение Нернста-Петерса имеет вид

Например, электродный о/в потенциал системы Cu²⁺+1e ↔ Cu⁺ по уравнению Нернста- Петерса при Т = 298 К равен:

 

Е (Сu²⁺/Cu) = Е⁰ (Сu²⁺/Cu) + lg

По величине стандартных о/в потенциалов можно определять направление самопроизвольного протекания реакций, а также вычислять ЭДС элементов построенных на основе этих реакций.

Чем выше значение стандартного электродного потенциала Е⁰, тем выше окислительная способность системы, т.е. на этом электроде будет протекать процесс восстановления. На электроде с более отрицательным значением Е⁰, где выше восстановительная способность системы, протекает процесс окисления.

Например, определим направление реакции:

2Fe³⁺ + 2I^– ↔ 2Fe²⁺ + I₂

Е⁰ (Fe³⁺/Fe²⁺) = 0,77 В – окислитель

Е⁰ (I₂/2I^–) = 0,54 В – восстановитель

Потенциал первой системы больше, т.е. способность притягивать электроны у Fe³⁺ выше, чем у I₂. Следовательно, реакция протекает в прямом направлении. Определим ЭДС элемента, построенного на основе этой реакции:

 

Pt│Fe³⁺; Fe²⁺║I^-; I₂│Pt

 

ЭДС = 0,77 – 0,54 = 0,23 В.

 

Электроны перемещаются от более активного о/в электрода ( менее положительного)к менее активному о/в электроду (более положительному). Окислительно-восстановительный процесс может протекать в нужном направлении при условии, что ЭДС будет положительна.

 

Контрольные вопросы

1. Окислительно – восстановительные системы, их классификация.

2. Окислительно-восстановительные электроды. Роль инертного металла в них. Применение в медицине.

3. Окислительно-восстановительные потенциалы.

4. Уравнение Нернста – Петерса для простых и сложных окислительно-восстановительных систем, его анализ.

5. Направление окислительно-восстановительных процессов.