background image

 

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

.

background image

 

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+3FeO3Fe+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) 

background image

 

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. 

background image

 

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. 

background image

 

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

 MnO

4

-

 + 8H

+

 + 5e

-

2.  W  roztworze  kwasu  znajduje  się 

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

H

2

  2H

+

 + 2e

-

 

background image

 

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

).

background image

 

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). 

background image

 

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

background image

 

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 

background image

 

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).

background image

 

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: 


Document Outline