1.2.2. Направление самопроизвольного протекания окислительно-восстановительных реакций

Направление самопроизвольного протекания окислительно-восстановительных реакций осуществляется всегда в сторону превращения сильного окислителя в слабый сопряженный восстановитель или сильного восстановителя в слабый сопряженный окислитель. Любую полуреакцию окисления и восстановления можно записать в стандартном виде: , где Ox- окисленная форма, R - восстановленная форма.

Каждая такая полуреакция характеризуется окислительно-востанновительным потенциалом E⁰ (размерость – вольт, В). Чем больше E⁰, тем сильнее Ох как окислитель, и тем слабее R как восстановитель, и наоборот. За точку отчета потенциалов принята полуреакция

, для которой φ⁰=0.

Для полуреакции:

φ⁰ называется стандартным электродным потенциалом. По величине этого потенциала металла принято располагать в ряд стандартных электродных потенциалов (ряд напряжений металлов):

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:

1. Чем левее расположен металл в ряду напряжений, тем сильнее его восстановительная способность и тем слабее окислительная способность его иона в растворе.

2. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений правее него.

3. Металлы, находящиеся в ряду напряжений левее водородов, способны вытеснять его из растворов кислот.

Величина электродного потенциала зависит от многих факторов. В специальных таблицах приведены значения стандартных электродных потенциалов (φ⁰), измеренных при стандартных условиях. (Т=298К, р=1,01310⁵Па, концентрация ионов моль/л).

Для реакций, протекающих в стандартных условиях, связь энергии Гиббса и φ° выражается формулой:

– ∆G⁰ = z·F·φ⁰.

Если условия отличаются от стандартных, то электродный потенциал (Е) электрода можно рассчитать по уравнению Нернста:

где φ⁰ - стандартный электродный потенциал,

Т – температура,

R- универсальная газовая постоянная

F - постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль)

z - количество электронов, принимающих участие в элементарном окислительно-восcтановительном акте на электроде.

Величина электродного потенциала определяет термодинамическую возможность и направление протекания ОВР на данном электроде в электрохимической системе.

Сопоставляя потенциалы сопряженных пар, участвующих в окислительно-восстановительной реакции, можно заранее определить направление, в котором будет самопроизвольно протекать та или иная реакция. Для определения направления окислительно-восстановительной реакции можно также пользоваться величиной ее ЭДС. ЭДС окислительно-восстановительной реакции в стандартных условиях (Е⁰) численно равна разности стандартных потенциалов сопряженных окислительно-восстановительных пар, участвующих в реакции: Е⁰ = φ⁰_окисл. - φ⁰_{восстан}. Условием самопроизвольного протекания окислительно-восстановительной реакции является положительное значение ее ЭДС.

На протекание окислительно-восстановительных реакций влияет химическая природа взаимодействующих веществ и условия проведения реакций:

а) концентрации реагента;

б) температура реакции;

в) наличие катализатора;

г) характер среды.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что считается окисленной и восстановленной формой вещества?

2. Назовите важнейшие окислители и восстановители.

3. Приведите примеры влияния условий на протекание ОВР: а) концентрации реагента; б) температура реакции; в) наличие катализатора; г) характер среды.

4. Значение степени окисления является критерием принадлежности вещества к окислителям или восстановителям?

5. Допустимо ли одновременное введение внутрь больному FeSO₄ и NaNO₂ учитывая, что среда в желудке кислая? φ⁰(Fe³⁺/Fe²⁺) = 0,77 В, φ⁰(NO₂^-/NO) = 0,99 В.