Окислительно-восстановительные реакции (ОВР), их классификация. Важнейшие окислители и восстановители. Составление уравнений ОВР по методу полуреакций. Влияние среды на протекание ОВР

2. Концентрации или парциальные давления окисленной и восстановленной форм.

Качественно ясно по принципу Ле Шателье: чем выше концентрация окисленной формы и чем ниже концентрация восстановленной, тем сильнее эта система притягивает электроны, т.е. тем выше j. Количественную зависимость дает уравнение В. Нернста (без вывода):

j = j0 + (RT/nF) ln([Ox]/[Red]), где

R и T - газовая постоянная и абс. температура, n - число электронов, передаваемых в электродной реакции, [Ox] - концентрация (точнее, активность) или давление окисленной формы в степени, соответствующей коэффициенту в уравнении, причем здесь учитывается не только сам окислитель, но вообще все реагенты, стоящие в одной стороне уравнения с окислителем, а [Red] - то же для восстановленной формы, j0 - стандартный электродный потенциал. Как всегда, если вещество составляет отдельную твердую или жидкую фазу, его активность по определению равна единице и не пишется; если вещество растворено, то подставляется его молярная концентрация, а стандартным состоянием является 1 М раствор; если вещество плохорастворимое, то стандартное состояние - его насыщенный раствор, то есть опять-таки равновесие с отдельной фазой растворяемого вещества, а если вещество в газовой фазе, то ставится его парциальное давление в атмосферах, а стандартное состояние - 1 атм. Если все реагенты и продукты - в стандартных состояниях, то под логарифмом 1, второе слагаемое =0, и j = j0. Если подставить коэффициент перехода от натуральных к десятичным логарифмам, числовые значения R и F и принять Т = 298 К, то

j = j0 + (0,0591В/n)lg([Ox]/[Red]).

Примеры.

j(Zn2+/Zn) = j0 + (0,0591B/2)lg[Zn2+] - без знаменателя; j(H+/H2) = j0 + (0,0591B/2)lg[H+]2/p(H2).

Для реакции MnO4- +8H+ +5e = Mn2+ + 4H2O j = j0 + (0,0591B/5)lg([MnO4-][H+]8/[Mn2+]). Заметьте, что число электронов здесь подсчитано по закону сохранения заряда (без них суммарный заряд ионов слева +7, справа +2) и не требует представления о том, что в перманганате степень окисления марганца 7. Степень окисления - условное понятие, а 5е в этой реакции определяются объективно.

3. Температура. В уравнении Нернста она влияет в двух местах: ведь и стандартный потенциал сам может зависеть от температуры, поэтому однозначно предсказать вид зависимости сложно, но она, безусловно, есть. В справочниках чаще всего приводят стандартные потенциалы при 298 К.

4. Зависит ли j от способа записи уравнения электродной реакции? Мы знаем, что, если умножить левую и правую части химического уравнения на один и тот же коэффициент b, то соответствующие DН, DS, DG увеличиваются в b раз, а К равновесия возводится в степень b. В уравнении Нернста при этом выражение под логарифмом будет возведено в степень b, а число электронов тоже возрастет в b раз. Если вынести показатель из-под знака логарифма, он сократится - и потенциал останется тем же.

Докажем то же иначе. Убыль энергии Гиббса -DG - это работа химической реакции: -DG = А = nFe. Мы увеличиваем DG и n в одинаковое число раз, e не меняется.Если поменять местами левую и правую части уравнения, то DН, DS, DG меняют знак, а К равновесия превращается в обратную величину. С потенциалом же ничего не происходит. Он характеризует не прямую и не обратную реакцию, а состояние их равновесия. Показания вольтметра не изменятся, если переписать уравнение наоборот. Плюс останется плюсом. Поэтому менять знак потенциала (как в учебнике Я.А. Угая) - это грубая ошибка.

Электродные потенциалы не зависят от формы записи уравнения. Но стандартные электродные потенциалы могут зависеть от формы записи, так как там могут подразумеваться разные стандартные состояния. Если в уравнении стоит Cl2(р-р), значит стандартным состоянием является 1 М раствор, а если Cl2 - то парциальное давление хлора 1 атм. Это разные состояния - разные f. Одно и то же окислительно-восстановительное уравнение можно записать для разных сред, например: