Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Elektrochemia. REAKCJE REDOKS Reakcje, w których następuje przekazywanie elektronów pomiędzy reagentami nazywamy reakcjami redoks (red-ox) Reakcje spalania,

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Elektrochemia. REAKCJE REDOKS Reakcje, w których następuje przekazywanie elektronów pomiędzy reagentami nazywamy reakcjami redoks (red-ox) Reakcje spalania,"— Zapis prezentacji:

1 Elektrochemia

2 REAKCJE REDOKS Reakcje, w których następuje przekazywanie elektronów pomiędzy reagentami nazywamy reakcjami redoks (red-ox) Reakcje spalania, oddychania, fotosyntezy, korozji… Utlenianie (ox): Redukcja (red): A A + + e - B + e - B -

3 OGNIWO ELEKTROCHEMICZNE Urządzenie pozwalające badać reakcje chemiczne na drodze pomiarów wielkości elektrycznych jest ogniwo galwaniczne. Ogniwo składa się z dwóch przewodników elektryczności (elektrod) zanurzonych w elektrolicie. Elektroda wraz z otaczającym ją elektrolitem stanowi półogniwo. Oba półogniwa mogą mieć wspólny elektrolit lub mogą być zanurzone w różnych elektrolitach.

4 OGNIWO ELEKTROCHEMICZNE Elektrody Ogniwo elektrochemiczne lub elektrolizer, w którym obie elektrody są zanurzone w tym samym roztworze

5 Klucz elektrolityczny elektroda OGNIWO ELEKTROCHEMICZNE Ogniwo elektrochemiczne, w którym elektrody są zanurzone w różnych elektrolitach. Oba półogniwa połączone są kluczem elektrolitycznym.

6 Urządzenie zbudowane w taki sposób jak ogniwo, lecz w którym przebieg niesamorzutnej reakcji zostaje wymuszony przez przyłączenie elektrod do zewnętrznego źródła prądu stałego nazywamy elektrolizerem. Reakcje zachodzące pod wpływem przyłożonego prądu nazywamy elektrolizą. ELEKTROLIZER

7 OGNIWO vs. ELEKTROLIZER

8 REAKCJE CZĄSTKOWE Podobnie, jak przy reakcjach kwasowo-zasadowych, również w elektrochemii reakcję redoks możemy rozłożyć na dwie reakcje cząstkowe: utraty elektronu, przyłączenia elektronu. Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e - Utlenianie Zn Cu 2+ (aq ) + 2e - Cu (s) Redukcja Cu 2+ Cu 2+ + Zn (s) Cu (s) + Zn 2+ (aq)

9 Szereg napięciowy metali ElektrodaReakcja elektrodowaPotencjał standardowy (V) Li/Li + Li Li + + e- 3,05 K/K + K K + + e- 2,93 Ca/Ca 2+ Ca Ca e- 2,84 Na, Na + Na Na + + e- 2,71 Mg/Mg 2+ Mg Mg e- 2,37 Al/Al 3+ Al Al e- 1,66 Zn/Zn 2+ Zn Zn e- 0,76 Cr/Cr 3+ Cr Cr e- 0,71 Fe/Fe 2+ Fe Fe e- 0,44 Cd/Cd 2+ Cd Cd e- 0,43 Co/Co 2+ Co Co e- 0,25 Ni/Ni 2+ Ni Ni e- 0,24 Sn/Sn 2+ Sn Sn e- 0,14 Pb/Pb 2+ Pb Pb e- 0,13 H 2 /H + H 2 2H + + 2e 0,00 Cu/Cu 2+ Cu e Cu+ 0,345 Hg/Hg 2+ Hg e Hg+ 0,854 Ag/Ag + Ag + + e Ag+ 0,800 Au/Au + Au + + e Au+ 1,420

10 REAKCJE CZĄSTKOWE Przyjęto umowę, by wszystkie reakcje cząstkowe zapisywać jako reakcje redukcji. Reakcję utleniania cynku zapiszemy jako reakcję odwrotną cząstkową redukcji Zn 2+ : Pełna reakcja redoks jest różnicą dwóch cząstkowych reakcji redukcji. Zn 2+ (aq) + 2e - Zn (s)

11 REAKCJE CZĄSTKOWE MnO 4 - (aq) + 8H + (aq) + 5e - Mn 2+ (aq) + 4H 2 O (c) Cr 2 O 7 2- (aq) + 14H + (aq) + 6e - 2Cr 3+ (aq) + 7H 2 O (c) R-COOH (aq) + 2H + (aq) + 2e - R-CHO + H 2 O

12 PARA REDOKS Forma utleniona i zredukowana w reakcji cząstkowej tworzą parę redoks Ox/Red. Zn 2+ /Zn Cu 2+ /Cu MnO 4 -, H + /Mn 2+ Cr 2 O 7 2-, H + /Cr 3+ RCOOH, H + /RCHO RCHO, H + /RCH 2 OH

13 PÓŁOGNIWO GAZOWE Jest to rodzaj półogniwa, w którym gaz znajduje się w równowadze ze swoimi jonami w obecności biernego metalu spełniającego funkcje katalityczne. H+H+ H+H+ H+H+ Półogniwo wodorowe. Para redoks to H + /H 2 H + (aq) + e - ½ H 2(g)

14 PÓŁOGNIWO REDOKS Elektroda platynowa Fe 2+ Fe 3+ Półogniwo redoks składa się z roztworu pary redoks stanowiącego elektrolit oraz biernego metalu. Fe 3+ (aq) + e - Fe 2+ (aq)

15 PÓŁOGNIWO DRUGIEGO RODZAJU Składa się z metalu pokrytego warstwą nierozpuszczlnej soli tego metalu i zanurzonego w roztworze, który zawiera jony będące anionami reszty kwasowej nierozpuszczalnej soli. Powłoka AgCl na Ag Cl - Ogniwo chlorosrebrowe AgCl (s) + e - Ag (s) + Cl - (aq)

16 W termodynamicznym opisie układów, w których przebiega reakcja chemiczna i nie został osiągnięty stan równowagi chemicznej dogodnie jest używać ilorazu reakcji Q. Zn 2+ (aq) + 2e - Zn (s) H + (aq) + e - ½ H 2(g) MnO 4 - (aq) + 8H + (aq) + 5e - Mn 2+ (aq) + 4H 2 O (c) AgCl (s) + e - Ag (s) + Cl - (aq) Fe 3+ (aq) + e - Fe 2+ (aq)

17 W ogniwie galwanicznym uwalnianie elektrony w jednym półogniwie są zużywane w drugim półogniwie. Dopóki reakcja sumaryczna nie osiągnie stanu równowagi, dopóty cząstkowe reakcje pchają elektrony do obwodu. Jeżeli reakcja nie jest w stanie równowagi, to ogniwo może wykonywać pracę elektryczną. Praca ta zależy od różnicy potencjałów panującej między elektrodami. Różnicę tę nazywamy napięciem ogniwa (E). Napięcie ogniwa ~ siła elektromotoryczna ogniwa [V]

18 Maksymalna praca elektryczna, jaką może wykonać układ (ogniwo galwaniczne) określona jest wartością entalpii swobodnej ( G) przy stałej temperaturze oraz ciśnieniu. W = G G r = - n F E Pomiędzy siłą elektromotoryczną (E), a entalpią swobodną reakcji ogniwa ( G r ) zachodzi związek: F – stała Faradaya => C/mol [C × V = J]

19 Ujemny znak oznacza, że gdy siła elektromotoryczna jest dodatnia to entalpia swobodna jest ujemna, a to natomiast odpowiada samorzutnemu przebiegowi reakcji ogniwa. Równanie to oznacza, że jesteśmy w stanie policzyć wartość siły elektromotorycznej układu, gdy znamy wartość entalpii swobodnej reakcji ogniwa. G r = - n F E

20 RÓWNANIE NERNSTA G r = G r o + R T lnQ G r = -n F E E o – standardowa siła elektromotoryczna ogniwa n – ilość elektronów biorących udział w reakcji redoks W stanie równowagi chemicznej:

21 RÓWNANIE NERNSTA W temperaturze 25 o C RT/F = 0,0257 V = 25,7 mV Gdy w 25 o C n = 2 wówczas RT/(nF) = 0,0129 V = 12,9 mV

22 RÓWNANIE NERNSTA logarytm naturalny logarytm dziesiętny

23 RÓWNANIE NERNSTA O ile zmieni się potencjał redoks gdy temperatura wzrośnie o 10 o C ? O ile zmieni się potencjał redoks gdy stała równowagi reakcji redoks zwiększy się dziesięciokrotnie? Jaka jest wartość stałej równowagowej wiedząc, że potencjał redoks reakcji 2-elektronowej zwiększył się o 59,2 mV w wyniku zmniejszenia temperatury o 8 o C?

24 OGNIWA W STANIE RÓWNOWAGI Q = K Reakcja w stanie równowagi nie wykonuje pracy. W ogniwie, w którym panuje stan równowagi chemicznej Różnica potencjałów elektrod jest równa 0, (E = 0). Jeżeli E jest dodatnie, to K jest większe od 1 i w stanie równowagi reakcja ogniwa przesunięta jest w stronę produktów. Gdy E jest ujemne, K < 1 i w stanie równowagi przeważają substraty.

25 OGNIWA STĘŻENIOWE M + (aq, P) M + (aq, L) P L M+M+ M+M+ c P > c L Standardowa siła elektromotoryczna ogniwa stężeniowego jest równa zeru, gdyż oba półogniwa są identyczne.

26 WPŁYW pH NA POTENCJAŁ REDUKCJI PARY REDOKS PARY REDOKS W reakcjach cząstkowych bardzo wielu par redoks uczestniczą jony wodorowe. R-COOH (aq) + 2H + (aq) + 2e - R-CHO + H 2 O

27 WPŁYW pH NA POTENCJAŁ REDUKCJI PARY REDOKS PARY REDOKS Zależność potencjału redoks od pH roztworu pozwala na przeliczenie wartości potencjałów standardowych na wartości potencjałów w biologicznym stanie standardowym (E), tj. w pH = 7.

28 Zadanie: Oblicz potencjał pary redoks NAD + /NADH w biologicznym stanie standardowym w temperaturze 25 o C. E o = -0,11 V. NAD + (aq) + H + (aq) + 2e - NADH (aq)

29 POMIAR pH, ZASADA DZIAŁANIA pH-METRU pH-METRU

30

31 Zredukowana i utleniona forma ryboflawiny tworzą parę redoks, której E o = -0,21 V w roztworze o pH = 7. w tych samych warunkach para redoks kwas octowy/ aldehyd octowy wynosi E o = -0,60 V. Jaka jest wartość stałej równowagi reakcji redukcji ryboflawiny aldehydem octowym w roztworze wodnym o pH = 7? Zadanie:


Pobierz ppt "Elektrochemia. REAKCJE REDOKS Reakcje, w których następuje przekazywanie elektronów pomiędzy reagentami nazywamy reakcjami redoks (red-ox) Reakcje spalania,"

Podobne prezentacje


Reklamy Google