S SO
4
2-
S
2-
Fe Fe
2+
Fe
3+
Mn Mn
2+
Mn
4+
Mn
7+
N N
3+
FeS
2
SO
4
2-
(utlenianie)
SO
4
2-
S
2-
(redukcja)
utlenianie redukcja
przyłączanie tlenu
oddanie tlenu
oddanie wodoru przyłączanie wodoru
oddanie elektronów przyłączanie elektronów
REDUKCJA
UTLENIANIE
-e
Fe
2+
Fe
3+
+e
-1 0 1
Wstęp do elektrochemii
Utlenianie (dezelektronacja)
proces polegający na utracie elektronów przez obojętne
atomy, cząsteczki lub jony, w którym następuje podwyższenie
stopnia utlenienia reduktora
Redukcja (elektronacja)
proces polegający na pobieraniu elektronów przez atomy lub
jony, w którym następuje obniżenie stopnia utlenienia
utleniacza
Utleniacz (dezelektronator)
substancja ulegająca redukcji, pobierającą elektrony od
substancji utlenionej i obniżającą swój stopień utlenienia
Reduktor (elektronator
)
substancja ulegającą utlenieniu, oddającą elektrony
substancji redukowanej i podwyższającą swój stopień
utlenienia
stopnie utlenienia
pierwiastka wchodzącego w skład określonego
związku
liczba dodatnich lub ujemnych ładunków
elementarnych, jakie zyskałby atom, gdyby wszystkie
wiązania w cząsteczce były jonowe
FeS, H
2
CO
3
, H
2
O
4. suma stopnia utleniania wszystkich atomów
wchodzących w skład cząsteczki obojętnej =
0
5. fluor we wszystkich swych połączeniach występuje
na
-1
stopniu utlenienia
6. wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenianie
równy
+1
, z wyjątkiem wodorków litowców i berylowców, gdzie
stopień utlenienia wynosi
–1
7. stopień utlenienia
litowców =
+1,
berylowców =
+2,
(metale przyjmują dodatnie stopnie
utlenienia)
1. stopień utlenienia pierwiastka w stanie wolnym =
0
2. stopień utlenienia pierwiastka w postaci jonu
prostego równa się jego elektrowartościowości
(wartościowości jonu)
3. suma stopnia utlenienia wszystkich atomów
wchodzących w skład jonu złożonego równa jest
ładunkowi jonu
8. tlen w połączeniach ma stopień utlenienia
–2
wyjątki: luorek tlenu OF
2
-
O
2+,
ponadtlenki np.
KO
2
–
O
-1/2
nadtlenki np. H
2
O
2
, Na
2
O
2
, BaO
2
-
O
-1
9. H
2
O
2
w reakcjach chemicznych:
utleniacz lub reduktor
do substancji ulegających
redukcji
czyli
utleniaczy
należą
1. pierwiastki najbardziej elektroujemne
(np. F
2
, Cl
2
, Br
2
, J
2
, O
2
)
2. jony metali na wyższym stopniu utlenienia, jony
metali szlachetnych i jon wodorowy
(np. Fe
3+
, Cu
2+
, Ag
+
, H
+
)
3. związki chemiczne, w których pewne pierwiastki
występują na najwyższych stopniach utlenienia
(np. KClO
4
)
KMnO
4
w zależności
od środowiska może
ulegać redukcji do
różnych stopni
utlenienia
zmiana zabarwienia
roztworu
do substancji ulegających
utlenieniu
, czyli
reduktorów
należą
1. pierwiastki najbardziej elektrododatnie
(np. Na, K, Mg, Ca, Al)
2. niemetale
(np. C, N, S, H)
3. jony metali i niemetali na niższym stopniu
utlenienia
(np. Fe
2+
, Sn
2+
, S
2-
)
4. związki chemiczne, które posiadają atomy
metali i niemetali na niższym stopniu
utlenienia
(np. SbCl
2
, FeCl
2
, CO, NaNO
2
, aldehydy)
5. jony ujemne fluorowców, dla których rosną
zdolności redukcyjne wraz ze wzrostem mas
atomowych
(np. Cl
-
, Br
-
, J
-
)
Fe + S = FeS
Fe
0
– 2e
Fe
+2
1
S
0
+ 2e
S
-2
1
2
10FeSO
4
+ 2KMnO
4
+ 8H
2
SO
4
=
= 5Fe
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+ 2MnSO
4
+8H
2
O
Fe
+2
– 1e
Fe
+3
5 10
Mn
+7
+ 5e
Mn
+2
1 2
5
reakcje utleniania i redukcji
(redox)
przemiana, w czasie której jedna substancja
ulega redukcji, a druga utlenianiu
CuO + H
2
Cu + H
2
O
reakcje dysproporcjonowania
ten sam atom
w jednej cząsteczce (jonie)
ulega
utlenieniu
, a w drugiej cząsteczce
(jonie) ulega
redukcji
Hg
2
Cl
2
HgCl
2
+ Hg
KClO
3
KClO
4
+ KCl
Cl
+5
– 2e
Cl
+7
3
Cl
+5
+6e
Cl
-1
1
6
4KClO
3
3KClO
4
+ KCl
Hg
+1
– 1e
Hg
+2
1
Hg
+1
+ 1e
Hg
0
1
1
ogniwo galwaniczne (elektryczne)
układ elektrod, z których każda
zanurzona jest w roztworze elektrolitu
i stanowi półogniwo
(-)ELEKTRODA 1 ELEKTROLIT 1ELEKTROLIT 2
ELEKTRODA 2(+)
(-) ZnZnSO
4 aq
CuSO
4 aq
Cu
(+)
ogniwo galwaniczne
M M
+n
+ ne
Zn – 2e = Zn
2+
Cu
2+
+ 2e = Cu
ogniwo Daniela
ogniwo Volty
(-) ZnH
2
SO
4 aq
Cu (+)
Alessandro Giuseppe
Antonio Anastasio
Volta (1745-1827)
siła elektromotoryczna ogniwa
SEM lub E
SEM
różnica potencjałów elektrody dodatniej (o
wyższej wartości potencjału E
MeI
) i ujemnej
(E
MeII
) dla ogniwa otwartego, czyli takiego, w
którym obwód elektryczny nie jest zamknięty, a
opór miedzy biegunami ogniwa jest
nieskończenie wielki
SEM = E
Me(I)
- E
Me(II)
= E
równania Nernsta
z
Me
Me
Me
a
nF
RT
E
E
ln
0
roztworów rozcieńczonych aktywność jest równa
stężeniu
a
Me
z
+
= C
Me
z+
Jaką wartość ma siła elektromotoryczna ogniwa Daniela
w przypadku gdy roztwory soli mają stężenie
c
Cu2+
= c
Zn2+
= 1mol/dm
3
E
ogn.
= E
Cu
- E
Zn
= E
o
Cu
+ 0,059/2lgc
Cu2+
- E
o
Zn
- 0,059/2lgc
Zn2+
E
ogn.
=
E
o
ogn.
= E
o
Cu
- E
o
Zn
= +0,34V - (-0,76V) = 1,10 V
E
o
Cu
= +0,34V
E
o
Zn
= -0,76V
elektroda wodorowa - elektroda
standardowa
z
Me
Me
Me
c
nF
RT
E
E
ln
0
E = E
Me(1)
- E
Me(2)
standardowa elektroda wodorowa
standardowa elektroda wodorowa składa się z
płytki platynowej pokrytej warstewką czerni
platynowej (absorbuje ona gazowy wodór)
opłukiwanej wodorem gazowym pod
ciśnieniem 1013 hPa
potencjał elektrody wodorowej przyjęto
umownie jako równy
zero
, w każdej
temperaturze
ponieważ potencjał
normalnej elektrody
wodorowej
równa się
0
to zmierzona wartość
SEM jest normalnym względnym
potencjałem
danej elektrody
Warunki standardowe
25
o
C 298K
1013hPa
1mol/dm
3
szereg napięciowy
metali
K Na Mg Al Zn Cr Cd Ni Fe H Bi As Cu
Hg Ag Pt Au
Półogni
wo
Reakcja elektrodowa
E
0
[V]
Li I Li
+
Li
+
+ e
-
=Li
-3,01
K I K
+
K
+
+ e
-
= K
-2,93
Ba l Ba
2+
Ba
2+
+ 2e
-
= Ba
-2,92
Ca l Ca
2+
Ca
2+
+ 2e
-
= Ca
-2,84
Na l Na
+
Na
+
+ e
-
= Na
-2,71
Al l Al
3+
Al
3+
+ 3e
-
= Al
-1,66
Mg l Mg
2+
Mg
2+
+ 2e
-
= Mg
-2,38
Zn l Zn
2+
Zn
2+
+ 2e
-
= Zn
-0,76
Sn l Sn
2+
Sn
2+
+ 2e
-
= Sn
-0,14
Fe l Fe
3+
Fe
3+
+ 3e
-
= Fe
-0,04
H
2
l H
+
2H
+
+ 2e
-
= H
2
0,00
Cu l Cu
2+
Cu
2+
+ 2e
-
= Cu
+0,34
Ag l Ag
+
Ag
+
+ e
-
= Ag
+0,80
wartości standardowych potencjałów metali
Document Outline