1

Procesy utlenienia-redukcji
(red-ox)

Reakcje red-ox są to takie reakcje, w
których

pomiędzy

związkami

reagującymi następuje przeniesienie
elektronów.
Związek,

który

traci

elektrony

utlenia się, jest

reduktorem

.

Związek, który zyskuje (pobiera)
elektrony

redukuje

się,

jest

utleniaczem

.

2

Przykłady:
1. Jony Na+ nie mogą być reduktorami, bo nie

można ich utlenić (sód jest tutaj na najwyższym
dostępnym mu stopniu utlenienia).

2. Reakcją red-ox jest np. spalanie węgla:

C+O

2

CO

2

Węgiel jest w tej reakcji reduktorem (oddaje 4

elektrony), zaś tlen jest utleniaczem.

3. Reakcją red-ox jest też reakcja wymiany:

2Al+3FeO3Fe+Al

2

O

3

zachodząca

podczas

tzw.

aluminotermii.

Reduktorem jest glin, utleniaczem zaś jest żelazo.
Tlen nie zmienia w tej reakcji stopnia utlenienia.

Procesy utlenienia-redukcji
(red-ox)

3

Półogniwo, reakcja
połówkowa red-ox

Umieśćmy metal w wodnym roztworze jego

soli, np. drut Cu w roztworze siarczanu
miedzi(II):
Na powierzchni metalu ustali się
natychmiast równowaga
Cu  Cu

+2

+ 2e

-

opisywana stałą równowagi
w postaci
K=[Cu

2+

]

bowiem równowaga ta nie może
zależeć od ilości metalu.

4

Półogniwo, reakcja
połówkowa red-ox

Ogólnie

półogniwem

nazywamy

układ, w którym istnieje równowaga
pomiędzy dwoma różnymi co do
stopnia utlenienia formami tej
samej substancji.

Reakcja opisująca tę równowagę jest

reakcją połówkową

red-ox.

5

Półogniwo, reakcja
połówkowa red-ox

Przykłady półogniw:
1. Roztwór zawiera obok siebie jony

H

+

, Mn

+2

i MnO

4

-

; elektrodą jest

drut Pt (platyna służy tu wyłącznie
jako nośnik elektronów).

Mn

+2

+ 4H

2

O  MnO

4

-

+ 8H

+

+ 5e

-

2. W roztworze kwasu znajduje się

drut Pt omywany gazowym wodorem
(elektroda gazowa - wodorowa).

H

2

 2H

+

+ 2e

-

6

Ogniwo, siła
elektromotoryczna

Dowolne dwa ogniwa połączone ze

sobą tak, aby obwód był zamknięty
(następował swobodny przepływ
elektronów) tworzy

ogniwo

. Będzie

ono wykazywało różnicę napięć
(

siłę elektromotoryczną

).

7

Standardowa elektroda
wodorowa (SEW)

Ponieważ nie można mierzyć potencjału, lecz tylko

różnicę potencjałów, wygodnie było przyjąć
arbitralnie

pewną

wartość

potencjału

dla

wybranego

półogniwa

(jako

elektrody

odniesienia). Zaproponowano więc, że elektroda
wodorowa, w której aktywność jonów H

+

jest

równa 1, zaś ciśnienie wodoru równe jest 1 atm
ma (w 25

o

C) potencjał równy 0. Jest to tzw.

standardowa elektroda wodorowa.

Uwaga: elektroda jest standardowa wtedy, gdy

aktywności wszystkich substancji biorących udział
w opisującej jej pracę reakcji red-ox są równe 1,
zaś warunki są standardowe (t=25

o

C, p=1 atm).

8

Równanie Nernsta

Potencjał półogniwa (mierzony względem SEW)

można obliczyć za pomocą równania Nernsta:

gdzie E

0

- potencjał standardowy (wielkość

charakterystyczna dla danego układu), R -
stała gazowa, T - temperatura w skałi
Kelvina, F - stała Faraday'a (96500 C), n -
liczba elektronów przenoszonych w reakcji
red-ox.

ox

0

K

ln

nF

RT

E

E





9

Po zamianie logarytmu naturalnego na

dziesiętny i uwzględnieniu stałych
równanie Nernsta przyjmuje postać:

Wielkość pod logarytmem (K

ox

) jest

formalną

stałą

równowagi

reakcji

zachodzącej w półogniwie, zapisanej w
kierunku utlenienia substancji.

ox

0

K

log

n

059

.

0

E

E





Równanie Nernsta

10

Pomiar potencjału półogniwa

Najprościej byłoby mierzyć potencjał

względem SEW, ale jej konstrukcja nie
jest prosta. Można jednak użyć innej
elektrody odniesienia (porównawczej),
której potencjał jest znany.

Najbardziej

znaną

elektrodą

odniesienia jest elektroda kalomelowa
EK (E=+0.245 V).

11

Pomiar potencjału półogniwa

Przykład:
Ile wynosi potencjał badanej elektrody,

jeśli zmierzony względem EK wynosi
-0.202 V ?

Potencjał jest dodatni i wynosi +0.245-

0.202=+0.043 V. Widać to najlepiej na
osi liczbowej: