Как определить потенциал

Обратимся к формуле Нернста. С ее помощью можно оценить этот потенциал, если иметь в виду, что концентрация ионов водорода в чистой воде составляет 10 моль/л. Следует сравнивать не стандартные, а действительные (реальные) электродные потенциалы при этих условиях. Практически же водород сместился влево в ряду относительной активности элементов и занимает место перед цинком и железом, но все еще после щелочных и щелочноземельных металлов, поэтому они взаимодействуют с водой, выделяя при этом водород.

Да, удивительные возможности таит в себе ряд относительной активности, хотя он составлен только для электродов из металла.

– Если бы можно было написать такой ряд для всех окислительно-восстановительных пар! Тогда мы могли бы предсказывать направление и таких окислительно-восстановительных процессов, в которых металлы или ионы металлов вообще не участвуют.

– И это возможно. Такой ряд можно записать. Надо только расширить представления об электродных потенциалах.

Электродом мы назвали любой металл, погруженный в раствор, содержащий его ионы. Это по сути дела окислительно-восстановительная пара. У вас есть возражения? Боитесь, трудно будет сделать такой электрод. А помните, как мы сделали водородный электрод? Погрузили платину в раствор, содержащий ионы водорода, и пропустили ток. Так же будем конструировать и другие – из хлора, кислорода, фтора... (их называют газовыми электродами). Достаточно просто догрузить инертный металл в раствор, содержащий ионы железа. И у него свой стандартный электродный потенциал.

Вы заметили, что в последней главе мы выпустили прилагательное «электродный»? В нем нет надобности. Не будем обращать внимание на металл, погруженный в раствор, будем говорить о восстановительно-окислительном потенциале, хотя, если потребуется, мы можем сконструировать и соответствующий электрод. Как видите, восстановленные и окисленные формы иногда содержат не только свободные элементы и ноны, но также и воду или ее ионы. Присутствием воды пренебрегать нельзя. Она не только среда, но и активный участник протекающих в ней окислительно-восстановительных процессов. Из данных легко понять, что сульфит-ионы сравнительно сильные восстановители и проявляют себя в щелочной среде, перманганат-ион этот общепризнанный окислитель, может существовать в нескольких окисленных формах, которые определяются числом принятых от молекулы окислителя электронов, а оно в свою очередь определяется кислотностью среды. В сильнокислой среде он принимает 5 электронов и восстанавливается до двухвалентного марганца, а в нейтральной или слабокислой среде – до четырехвалентного.

Надеюсь, у вас уже нет сомнений, в каком направлении будет протекать окислительно-восстановительный процесс?

Значения восстановительно-окислительных потенциалов показывают, что ионы Сu+ являются более сильным восстановителем, чем йод. Это означает, что йод растворится в растворах одновалентной меди, т. е. реально будет происходить только второй процесс. Многие из таких задач (а они имеют большое практическое значение) еще предстоит решить.

Не следует, однако, забывать, что приведены стандартные восстановительно-окислительные потенциалы, которые соответствуют случаю, когда элемент находится в растворе с концентрацией ионов этого элемента 1 моль/л или когда его окисленная и восстановленная формы имеют одинаковую концентрацию.

Теперь вы видите, в какой степени электродный потенциал, а значит, и окислительные свойства иона перманганата зависят от кислотности среды. Мы должны пользоваться таблицей восстановительно-окислительных потенциалов, но никогда не следует забывать и уравнение Нернста.

– Может быть, уже пора подвести итоги?

– Давайте, хотя мы еще и не закончили. Полезно оглянуться назад и подытожить, что мы узнали и чему научились.

Мы установили, что электрон – основная частица в мире атомов и молекул, что он находится в постоянном движении и принимает участие во многих физических и химических процессах. Мы научились определять меру легкости, с которой элементы или их ионы отдают или принимают электроны или переходят из одного валентного состояния в другое. Мы узнали, что такое энергия ионизации, энергия отрыва электрона, электродные потенциалы (восстановительно-окислительные потенциалы). Эти характеристики необходимы, чтобы прогнозировать направление протекания окислительно-восстановительных реакций. Мы рассмотрим их не просто как химические реакции, а как энергетические процессы. Можно ли в результате химических процессов получить энергию? Получить не в буквальном смысле слова, потому что энергию не получают – она существует и переходит из одного состояния в другое, превращается из одного вида в другой. Таким образом, наш вопрос может быть сформулирован следующим образом:


Полезное чтиво:
Как энергия выделяемая при химических реакциях, может превратиться в электрическую!
Опыты с растворами
Условия окисления углерода
Способ концентрации ионов
Сухой гальванический элемент
Аккумуляторы