background image

1

Wpływ środowiska na reakcje redoks –

wpływ pH na przebieg reakcji redoks  

]

[

]

][

[

log

5

059

,

0

2

8

4

Mn

H

MnO

E

E

o

Wpływ stężenia jonów wodorowych na wartość 

potencjału redoks uwidacznia się, gdy w reakcji biorą 

udział jony H

+

lub OH

-

np.

O

H

Mn

e

H

MnO

2

2

4

4

5

8

O

H

Cr

e

H

O

Cr

2

3

2

7

2

7

2

6

14

2

3

14

2

7

2

]

[

]

][

[

log

6

059

,

0

Cr

H

O

Cr

E

E

o

W reakcjach tych 

jony H

+

wiążą 

atomy tlenu 

i wzrost ich stężenia 

bardzo zwiększa 

potencjał redoks 

układu

]

[

]

][

[

log

5

059

,

0

2

8

4

0

Mn

H

MnO

E

E

O

H

Mn

e

H

MnO

2

2

4

4

5

8

]

[

]

[

log

012

,

0

094

,

0

52

,

1

52

,

1

]

[

]

[

log

5

059

,

0

5

8

059

,

0

]

log[

]

[

]

[

log

5

059

,

0

]

log[

5

8

059

,

0

]

[

]

[

log

5

059

,

0

]

log[

5

059

,

0

2

4

2

4

2

4

2

4

8

2

4

Mn

MnO

pH

E

V

E

Mn

MnO

pH

E

E

H

pH

Mn

MnO

H

E

E

Mn

MnO

H

E

E

Mn

MnO

o

o

o

o

V

E

V

E

Mn

MnO

Mn

MnO

pH

E

95

,

0

0

57

,

0

52

,

1

1

log

012

,

0

6

094

,

0

52

,

1

24

,

1

0

28

,

0

52

,

1

1

log

012

,

0

3

094

,

0

52

,

1

]

[

]

[

]

[

]

[

log

012

,

0

094

,

0

52

,

1

2

4

2

4

pH = 3 →
pH = 6 →

Jak wynika z przedstawionych 

obliczeń, gdy reakcja redoks 

przebiega z udziałem jonów 

wodorowych, zmniejszenie pH, czyli 

zwiększenie kwasowości środowiska, 

zwiększa potencjał utleniający układu

background image

2

Wpływ pH na przebieg reakcji redoks  

W przypadku układów redoks, których potencjał zależy 

od stężenia w roztworze jonów H

3

O

(jon hydroniowy), 

można wpływać na kierunek przebiegu reakcji poprzez 

zmianę pH roztworu.

H

I

AsO

O

H

I

AsO

O

H

I

AsO

O

H

I

AsO

2

2

lub

2

2

3

3

4

2

2

3

3

3

3

4

2

2

3

3

Typowym przykładem jest reakcja arsenianu(III) z jodem:

Wpływ pH na przebieg reakcji redoks  

Potencjały normalne układów biorących udział w tej 

reakcji są bardzo zbliżone  i wynoszą 

V

E

V

E

o

I

I

o

AsO

AsO

53

,

0

58

,

0

2

2

3

3

3
4

Gdy potencjały  normalne 

dwóch układów są zbliżone, to reakcje 

redoks są odwracalne

O

H

AsO

e

H

AsO

2

3

3

3

4

2

2

]

[

]

][

[

log

2

059

,

0

58

,

0

3

3

2

3

4

3

3

3
4

AsO

H

AsO

E

AsO

AsO

I

e

I

2

2

2

Równania połówkowe układów redoks mają postać 

2

2

2

]

[

]

[

log

2

059

,

0

53

,

0

2

I

I

E

I

I

Wpływ pH na przebieg reakcji redoks  

H

I

AsO

O

H

I

AsO

2

2

3

4

2

2

3

3

V

E

V

E

o

I

I

o

AsO

AsO

53

,

0

58

,

0

2

2

3

3

3
4

Aby zachodziła reakcja utleniania arsenianu(III)  jodem 
(z lewej strony na prawą) należy zmniejszyć potencjał 
układu                   przez zwiększenie pH do 7, wówczas 
potencjał układu  przy założeniu upraszczający    
wynosi 0,17V.

]

[

]

[

3

3

3
4

 AsO

AsO

3

3

3

4

AsO

AsO

Reakcję utleniania prowadzi się po dodaniu NaHCO

3

który ulega w środowisku kwaśnym częściowemu 

rozkładowi. Otrzymuje się w ten sposób mieszaninę 

buforową zawierającą NaHCO

3

i CO

2

, której pH 

wynosi ok. 7.

background image

3

Wpływ pH na przebieg reakcji redoks  

H

I

AsO

O

H

I

AsO

2

2

3

4

2

2

3

3

V

E

V

E

o

I

I

o

AsO

AsO

53

,

0

58

,

0

2

2

3

3

3
4

Aby zachodziła reakcja redukcji arsenianu(V) jonami 
jodkowymi (z prawej strony na lewą) należy zwiększyć 
potencjał układu                   przez zmniejszenie  pH 
(zwiększenie stężenia jonów wodorowych)

3

3

3

4

AsO

AsO

Reakcja, w której jony jodkowe redukują arsenian(V) 

do arsenianu(III) wykorzystywana jest do 

jodometrycznego oznaczania arsenianów(V)

Wpływ reakcji kompleksowania i wytrącania 

osadów na potencjał redoks  

Przykładem wpływu reakcji wytrącania osadów na 

potencjał układu redoks może być jodometryczne 

oznaczanie Cu

2+

2

2

2

4

2

I

CuI

I

Cu

V

E

V

E

o

I

I

o

Cu

Cu

53

,

0

17

,

0

2

2

2

Należy przywidywać, że jony Cu

+

powinny być utleniane przez jod do 

Cu

2+

W rzeczywistości zachodzi reakcja w odwrotnym 

kierunku

Wpływ reakcji kompleksowania i wytrącania 

osadów na potencjał redoks  

Wytłumaczenie tego przebiegu reakcji jest następujące: 

potencjał redoks układu Cu

2+

/Cu

+

wynosi 

]

[

]

[

log

1

059

,

0

17

,

0

2

Cu

Cu

E

Wskutek wytrącania trudno rozpuszczalnego osadu CuI, w 

roztworze pozostaje bardzo małe stężenie jonów Cu

+

. Iloczyn 

rozpuszczalności CuI wynosi ok. 10

-12

, a więc stężenie jonów 

Cu

+

w roztworze 0,1 mol/L KI wyniesie

L

mol

I

Cu

/

10

10

10

]

[

10

]

[

11

1

12

12

background image

4

Wpływ reakcji kompleksowania i wytrącania 

osadów na potencjał redoks  

Wobec tak małego stężenia formy zredukowanej, potencjał 

układu ulegnie znacznemu zwiększeniu, osiągają dla 

roztworu soli miedzi(II) o stężeniu 0,1 mol/L wartość 

V

E

76

,

0

10

10

log

1

059

,

0

17

,

0

11

1

Dzięki tak dużemu wzrostowi potencjału (z 0,17 V do 

0,76 V) jony Cu

2+

utleniają jony I

-

i reakcja przebiega w 

kierunku tworzenia CuI i I

2

.

Krzywa miareczkowania redoks 

Rozpatrzymy przebieg miareczkowania jonów żelaza(II) 

jonami ceru(IV) w środowisku 1 mol/L kwasu 

solnego.  

Do obliczeń przyjęto potencjały formalne odpowiednich 

układów redoks: E

f

Fe(III)/Fe(II)

=0,67 V, E

f

Ce(IV)/Ce(III)

=1,28V

Reakcja utleniania Fe(II) za pomocą Ce(IV) przebiega 

zgodnie z równaniem:

Fe(II) + Ce(IV) → Fe(III) + Ce(III)

Krzywa miareczkowania redoks 

Przed punktem równoważnikowym miareczkowania
(przed osiągnięciem PR) potencjał redoks zależy od 
stosunku stężeń układu miareczkowanego, np. 
Fe(III)/Fe(II) w przypadku miareczkowania jonów 
Fe(II) jonami Ce(IV). 

]

[

]

[

log

059

,

0

1

1

1

1

1

1

red

utl

n

E

E

f

red

utl

]

[

]

[

log

1

059

,

0

2

3

1

2

3

Fe

Fe

E

E

f

Fe

Fe

background image

5

Krzywa miareczkowania redoks 

Po przekroczeniu PR potencjał roztworu zależy od 
układu titranta, np. Ce(IV)/Ce(III)

]

[

]

[

log

059

,

0

2

2

2

2

2

2

red

utl

n

E

E

f

red

utl

]

[

]

[

log

1

059

,

0

3

4

2

3

4

Ce

Ce

E

E

f

Ce

Ce

Krzywa miareczkowania redoks 

W punkcie równoważnikowym – potencjały redoks 
obu reagujących układów mają identyczne wartości:

E

1

= E

2

= E

PR

Ze wzoru dla pierwszego 

układu: 

PR

PR

f

PR

red

utl

n

E

E

]

[

]

[

log

059

,

0

1

1

1

1

059

,

0

)

(

]

[

]

[

log

1

1

1

1

n

E

E

red

utl

f

PR

PR

PR

Ze wzoru dla drugiego 

układu: 

PR

PR

f

PR

red

utl

n

E

E

]

[

]

[

log

059

,

0

2

2

2

2

059

,

0

)

(

]

[

]

[

log

2

2

2

2

n

E

E

red

utl

f

PR

PR

PR

Krzywa miareczkowania redoks 

W punkcie równoważnikowym stosunek stężeń postaci 
utlenionej  do zredukowanej reduktora musi być równy 
stosunkowi stężeń postaci zredukowanej do utlenionej 
utleniacza

PR

PR

PR

PR

utl

red

red

utl

]

[

]

[

]

[

]

[

2

2

1

1

czyli

PR

PR

PR

PR

red

utl

red

utl

]

[

]

[

log

]

[

]

[

log

2

2

1

1

2

2

1

1

)

(

)

(

n

E

E

n

E

E

f

PR

f

PR

i

Po przekształceniu równania 3 otrzymuje się wzór na 

potencjał redoks w punkcie równoważnikowym

2

1

2

2

1

1

n

n

n

E

n

E

E

f

f

PR

(3)

background image

6

Krzywa miareczkowania redoks 

Wzór na potencjał redoks w punkcie równoważnikowym

2

1

2

2

1

1

n

n

n

E

n

E

E

f

f

PR

W rozpatrywanym przypadku miareczkowania Fe(II) za 

pomocą Ce(IV) potencjał w PR miareczkowania wynosi:

V

n

n

E

E

E

f

III

Ce

IV

Ce

f

II

Fe

III

Fe

PR

98

,

0

2

28

,

1

67

,

0

2

1

)

(

/

)

(

)

(

/

)

(

Krzywa miareczkowania redoks 

Jeżeli reakcje połówkowe obu reagujących układów redoks 
są równoelektronowe (n

1

= n

2

), krzywa miareczkowania jest 

symetryczna względem PR (np. w przypadku układów 
Fe(III)/Fe(II) i Ce(IV)/Ce(III), gdzie n = 1), jeżeli natomiast 
n

1

nie równa się n

2

, krzywa miareczkowania jest 

niesymetryczna w stosunku do PR.  

Rozcieńczanie roztworu podczas miareczkowania ma tylko 
niewielki wpływ na wartość potencjału redoks, a więc i na 
kształt krzywej miareczkowania; może ono jedynie nieco 
zmieniać wartość potencjału formalnego (ze względu na 
zmiany mocy jonowej i stężenia kwasu), natomiast w 
drugim członie wzoru Nernsta występuje stosunek stężeń, a 
ten nie ulega zmianie przy rozcieńczaniu roztworu

Krzywe miareczkowania redoks 

Krzywe miareczkowania redoks: 1) 10 mL roztworu Fe(II) 

roztworem Ce(IV), 2) 10 mL roztworu As(III) roztworem 

Ce(IV), 3) 10 mL roztworu Fe(II) roztworem Cr

2

O

7

2-

środowisku 1 mol/L kwasu solnego.

background image

7

Niespecyficzne wskaźniki redoks

Reakcja „połówkowa” odpowiedzialna za zmianę barwy w 
typowych niespecyficznych wskaźnikach redoks może być 

zapisana:

In

ox

+ ne

-

↔ In

red

gdzie:  In

ox

– postać utleniona  wskaźnika

In

red

– postać zredukowana  wskaźnika

Układ redoks utworzony przez wskaźnik ma potencjał 

określany wzorem:

]

[

]

[

log

059

,

0

0

red

ox

In

In

In

n

E

E

gdzie:  E

0

In

– normalny  potencjał  redoks wskaźnika,  w którym    

[In

ox

]=[In

red

]

Niespecyficzne wskaźniki redoks

Barwa wskaźnika zależy od stosunku stężeń postaci 

utlenionej  i zredukowanej. Zakładając, że podobnie jak w 

przypadku wskaźników alkacymetrycznych obserwuje się 

zabarwienie tylko jednej postaci przy stosunkach stężeń 

10

1

]

[

]

[

red

ox

In

In

10

]

[

]

[

red

ox

In

In

otrzymuje się obszar zmiany barwy wskaźnika w granicach 
wartości potencjału redoks

n

E

E

In

059

,

0

0

lub

Niespecyficzne wskaźniki redoks

Zmiana potencjału wymagana do pełnej zmiany barwy 
wskaźnika

n

E

E

In

059

,

0

0

Z równania tego wynika, że typowy wskaźnik niespecyficzny 
redoks wykazuje zauważalną zmianę barwy wtedy, gdy titrant 
powoduję zmianę potencjału układu z E

0

In

+ 0,059/n do 

E

0

In

– 0,059/n, czyli o około 0,118/n V.