Οι τυπικές δυνατότητες μείωσης γίνονται εύκολα

Τα τυπικά δυναμικά αναγωγής είναι πολύ χρήσιμα στη χημεία. Είναι επίσης γνωστά ως τυπικά δυναμικά κυψελών ή τυπικά δυναμικά ηλεκτροδίων. Μετριούνται σε βολτ και σας λένε πόσο πιθανό είναι να μειωθεί ένα στοιχείο ή ένα ιόν αποκτώντας ηλεκτρόνια. Εξηγούμε τις έννοιες με σαφήνεια και σας δίνουμε μια λίστα με τυπικές δυνατότητες μείωσης.

Για παράδειγμα, το φθόριο, στην κορυφή του πίνακα που φαίνεται στο κάτω μέρος αυτού του άρθρου, έχει εξαιρετικά υψηλή συγγένεια με τα ηλεκτρόνια και θα τα αφαιρέσει κυριολεκτικά σχεδόν οποιοδήποτε άλλο μόριο έρχεται σε επαφή. Το μόριο φθορίου θα αποκτήσει 2 ηλεκτρόνια, ένα για κάθε άτομο, με αποτέλεσμα δύο ιόντα φθορίου.

Αυτός ο πίνακας χρησιμοποιείται συχνά όταν προσπαθείτε να προσδιορίσετε έναν αρκετά ισχυρό αναγωγικό ή οξειδωτικό παράγοντα για μια αντίδραση οξειδοαναγωγής ή να καθορίσετε ποια μέταλλα θα αντικαταστήσουν άλλα. Αντιπροσωπεύουν επίσης την τάση μιας ηλεκτροχημικής ημιαντίδρασης.

Όλες οι αντιδράσεις που παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα είναι ημι-αντιδράσεις, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζονται μια άλλη μισή αντίδραση που μεταφέρει ηλεκτρόνια προς την αντίθετη κατεύθυνση, για να πραγματοποιηθεί μια πλήρης αντίδραση.

Τι είναι ένα τυπικό δυναμικό μείωσης;

Ας ορίσουμε τι είναι μια τυπική δυνατότητα μείωσης. Η αυθόρμητη οξειδοαναγωγή (αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής) μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ένα βολταϊκό (γαλβανικό) στοιχείο είναι ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο που μπορεί να συλλάβει αυτήν την ενέργεια, χρησιμοποιώντας δύο ημιστοιχεία, μια άνοδο, μια κάθοδο και μια γέφυρα αλατιού – παρόμοια με τη φωτογραφία στο επάνω μέρος αυτής της σελίδας.

Το SRP μετράται για ημιαντίδραση χρησιμοποιώντας ημικύτταρο υδρογόνου, γνωστό ως SHE (τυποποιημένο ηλεκτρόδιο υδρογόνου). Το μισό στοιχείο υδρογόνου είναι ένα αυθαίρετο ηλεκτρόδιο που χρησιμεύει ως αναφορά και το δυναμικό στοιχείου για το μισό στοιχείο υδρογόνου ορίζεται στο μηδέν.

Τι λένε οι τυπικές δυνατότητες και τι δεν σας λένε

Όταν υπολογίζετε το τυπικό δυναμικό για μια αντίδραση, ένα θετικό αποτέλεσμα σάς λέει ότι η αντίδραση πρέπει να είναι αυθόρμητη. Δεν σημαίνει ότι θα είναι, και δεν σας λέει πόσο γρήγορα θα συμβεί η αντίδραση.

Για παράδειγμα, με βάση τους υπολογισμούς, το αλουμίνιο θα πρέπει να εκτοπίσει το υδρογόνο από το νερό. Ωστόσο, υπό κανονικές συνθήκες, δεν οφείλεται σε μια παθητική μικροεπικάλυψη οξειδίου του αλουμινίου που σχηματίζεται. Αλλά όταν αναμιγνύετε αλουμίνιο με γάλλιο, αφήνετε το νερό να παρακάμψει την επίστρωση οξειδίου και μπορείτε να δείτε την αντίδραση να συμβαίνει.

Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το τυπικό δυναμικό μιας αντίδρασης, για να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας για την αντίδραση. Μπορείτε να υπολογίσετε την μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Gibbs της αντίδρασης. Και μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση Nernst για να υπολογίσετε το δυναμικό, την αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας και τη σταθερά ισορροπίας κάτω από μη τυπικές συνθήκες, όπως τα αντιδρώντα και τα προϊόντα να έχουν διαφορετική συγκέντρωση.

Συμβουλές για πιθανή μείωση

Ακολουθούν ορισμένες χρήσιμες συμβουλές κατά την ανάγνωση αυτού του πίνακα:

1. Όλα τα τυπικά δυναμικά μείωσης σχετίζονται με το υδρογόνο, στο οποίο αποδίδεται τιμή μηδέν. Τα δυναμικά για όλες τις άλλες αντιδράσεις μετρώνται χρησιμοποιώντας αυτό που είναι γνωστό ως τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου.
2. Όλες οι αντιδράσεις αναφέρονται ως αντιδράσεις αναγωγής, όπου ένα στοιχείο ή ιόν αποκτά ηλεκτρόνια και αποκτά πιο αρνητικό φορτίο.
3. Λάβετε υπόψη ότι το στοιχειακό φθόριο, στην κορυφή του πίνακα, είναι το πιο ισχυρό οξειδωτικό και ότι τίποτα στον πίνακα δεν μπορεί να οξειδώσει το φθόριο σε θετικό ιόν.
4. Λάβετε υπόψη ότι το στοιχειακό λίθιο, στο κάτω μέρος της λίστας με τα τυπικά δυναμικά μείωσης, είναι ο πιο ισχυρός μειωτής. Μπορείτε ακόμη να δείτε το λίθιο να μειώνει τα ιόντα καλίου σε μέταλλο καλίου. Όταν το λίθιο δρα ως αναγωγικός παράγοντας, αντιστρέφετε την εξίσωση και το φορτίο που αναφέρονται στον πίνακα, δίνοντας στην αντίδραση δυναμικό +3,05 βολτ.
5. Όσο πιο θετικό είναι το δυναμικό, τόσο πιο πιθανό είναι να συμβεί η μισή αντίδραση
6. Όλα αυτά τα δυναμικά μετρώνται σε τυπικές συνθήκες (25 Κελσίου, πίεση 1 atm, 1 διάλυμα μοριακής συγκέντρωσης).
7. Αντιδράσεις με ιόντα Η+ στην εξίσωση γίνονται σε όξινα διαλύματα. Οι αντιδράσεις με ιόντα ΟΗ- λαμβάνουν χώρα σε ένα βασικό διάλυμα.
8. Για να λάβετε το δυναμικό της αντίστροφης αντίδρασης, που είναι γνωστό ως "δυναμικό οξείδωσης", απλώς αντιστρέψτε το πρόσημο του δυναμικού. Για παράδειγμα, το τυπικό δυναμικό οξείδωσης για τη μισή αντίδραση ιόντων φθορίου προς στοιχειακό φθόριο έχει δυναμικό -2,87 βολτ (που σημαίνει ότι είναι πολύ δύσκολο να πραγματοποιηθεί αυτή η αντίδραση).
9. Αυτός ο πίνακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει εάν ένα μέταλλο θα αντικαταστήσει ένα άλλο μέταλλο σε διάλυμα. Για παράδειγμα, για να δείτε εάν το μέταλλο ψευδάργυρου θα αντικαταστήσει ιόντα χαλκού στο διάλυμα, παράγοντας στοιχειακό χαλκό, ελέγξτε εάν το δυναμικό Zn->Zn+2 (+0,76) που προστίθεται στο δυναμικό Cu+2->Cu (+0,34) είναι μεγαλύτερο από το μηδέν (είναι!)

Τυπικά δυναμικά μείωσης για κοινές ημι-αντιδράσεις

Κοινοί οξειδωτικοί και αναγωγικοί παράγοντες

Εάν σαρώσετε τη λίστα, θα παρατηρήσετε πολλούς κοινούς ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες στο εργαστήριο κοντά στην κορυφή της λίστας, όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το υπεροξυδιθειικό ιόν, το υπερμαγγανικό ιόν και το υποχλωριώδες ιόν. Όσο πιο ψηλά στη λίστα, τόσο πιο ισχυρό είναι ο οξειδωτικός παράγοντας το στοιχείο/ιόν στην αριστερή πλευρά της ημιαντίδρασης.

Θα δείτε επίσης το νιτρικό ιόν, ΟΧΙ₃ στη λίστα. Το νιτρικό ιόν είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας μέσης ισχύος, γι' αυτό το νιτρικό οξύ μπορεί να αντιδράσει με πολλά μέταλλα όπως ο χαλκός που δεν αντιδρούν με ένα μη οξειδωτικό οξύ όπως το υδροχλωρικό οξύ.

Πιο κάτω στη λίστα, θα δείτε κοινούς αναγωγικούς παράγοντες όπως το μεταλλικό ψευδάργυρο, το ιόν κασσίτερου (II) και τόσο το θειικό όσο και το θειοθειικό ιόν που έχουν παρόμοια αναγωγική ικανότητα. Όσο πιο κάτω βρίσκεται ο κατάλογος των τυπικών δυναμικών αναγωγής, τόσο πιο ισχυρός είναι ο αναγωγικός παράγοντας στη δεξιά πλευρά της ημιαντίδρασης.

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι μερικές από τις πιο συναρπαστικές αντιδράσεις στη χημεία. Ελπίζουμε να συμβουλεύεστε συχνά αυτόν τον πίνακα!

Ποιος είναι ο ισχυρότερος οξειδωτικός παράγοντας;

Το φθόριο, το όζον, το υπεροξείδιο του υδρογόνου και το υπερμαγγανικό ιόν θεωρούνται μερικοί από τους ισχυρότερους οξειδωτικούς παράγοντες. Τούτου λεχθέντος, το στοιχειακό φθόριο δεν χρησιμοποιείται σχεδόν ποτέ ως οξειδωτικός παράγοντας λόγω του πόσο επικίνδυνο είναι.

Λίστα τυπικών δυνατοτήτων μείωσης

Τυπικός πίνακας δυνατοτήτων μείωσης

F2(g) + 2e ———> 2F(aq)	+2,87
O3(g) + 2H(aq) + 2e ———> O2(g) + H2 O(l)	+2.08
S2 O8 (aq) + 2e ———> 2 SO4 (aq)	+2.05
Au(aq) + e ———> Au(s)	+1,8 3
Co(aq) + e ———> Co(aq)	+1,82
H2 O2(aq) + 2 H(aq) + 2e ———> 2 H2 O(l)	+1,77
MnO4 (aq) + 4 H(aq) + 3e ———> MnO2(s) + 2 H2 O(l)	+1.695
PbO2(ες) + SO4 (aq) + 4 H(aq) + 2e ———> PbSO4(s) + 2 H2 O(l)	+1,69
2 HOCl(aq) + 2 H(aq) + 2e ———> Cl2(g) + 2 H2 O(l)	+1,63
Mn(aq) + e ———> Mn(aq)	+1,51
MnO4 (aq) + 8 H(aq) + 5e ———> Mn(aq) + 4 H2 O(l)	+1,49
ClO3 (aq) + 12 H(aq) + 10e ———>Cl2(g) + 6 H2 O(l)	+1,49
PbO2(ες) + 4 H(aq) + 2e ———> Pb(aq) + 2 H2 O(l)	+1,46
BrO3 (aq) + 6 H(aq) + 6e ———> Br(aq) + 3 H2 O(l)	+1,44
Ce(aq) + e ———> Ce(aq)	+1,44
Au(aq) + 3e ———> Au(s)	+1,42
Cl2(g) + 2e ———> 2 Cl(aq)	+1,36
Cr2 O7 (aq) + 14 H(aq) + 6e ———> 2 Cr(aq) + 7 H2 O(l)	+1,33
O3(g) + H2 O(l) + 2e ———> O2(g) + 2 OH(aq)	+1,24
MnO2(s) + 4 H(aq) + 2e ———> Mn(aq) + 2 H2 O(l)	+1,23
O2(g) + 4 H(aq) + 4e ———> 2 H2 O(l)	+1,23
Pt(aq) + 2e ———> Pt(s)	+1,20
IO3 (aq) + 5H(aq) + 4e ———HIO(aq) + 2 H2 O(l)	+1. 13
Br2(aq) + 2e ———> 2 Br(aq)	+1.07
ΟΧΙ3 (aq) + 4 H(aq) + 3e ———> ΟΧΙ(g) + 2 H2 O(l)	+0,96
ΟΧΙ3 (aq) + 3 H(aq) + 2e ———> HNO2(g) + H2 O(l)	+0,94
2 Hg(aq) + 2e ———> Hg2 (aq)	+0,91
HO2 (aq) + H2 O(l) + 2e ———> 3 OH(aq)	+0,87
2 ΟΧΙ3 (aq) + 4 H(aq) + 2e ———> 2 ΟΧΙ2(g) + 2H2 O(l)	+0,80
Ag(aq) + e ———> Ag(s)	+0,80
Fe(aq) + e ———> Fe(aq)	+0,77
O2(g) + 2H(aq) + 2e ———> H2 O2(aq)	+0,69
I2(s) + 2e ———> 2 I(aq)	+0,54
NiO2(s) + 2 H2 O(l) + 2e ———> Ni(OH)2 + 2 OH(aq)	+0,49
SO2(aq) + 4 H(aq) + 4e ———> S(s) + 2 H2 O(l)	+0,45
O2(g) + 2 H2 O(l) + 4e ———> 4 OH(aq)	+0,401
Cu(aq) + 2e ———> Cu(s)	+0,34
Hg2 Cl2(s) + 2e ———> 2 Hg(l) + 2 Cl(aq)	+0,27
PbO2(ες) + H2 O(l) + 2e ———> PbO(s) + 2 OH(aq)	+0,25
AgCl(ες) + e ———> Ag(s) + Cl(aq)	+0,2223
SO4 (aq) + 4H(aq) + 2e ———> H2 SO3(aq) + H2 O(l)	+0,172
S4 O6 (aq) + 2e ———> 2 S2 O3 (aq)	+0,169
Cu(aq) + e ———> Cu(aq)	+0,16
Sn(aq) + 2e ———> Sn(aq)	+0,15
S(α) + 2H(aq) + 2e ———> H2 S(g)	+0,14
AgBr(ες) + e ———> Ag(s) + Br(aq)	+0,07
2 H(aq) + 2e ———> H2 (ζ)	0,00
Pb(aq) + 2e ———> Pb(s)	-0,13
Sn(aq) + 2e ———> Sn(s)	-0,14
AgI(ες) + e ———> Ag(s) + I(aq)	-0,15
Ni(aq) + 2e ———> Ni(s)	-0,25
Co(aq) +2e ———> Συν(ες)	-0,28
Σε(aq) + 3e ———> Σε(s)	-0,34
Tl(aq) + e ———> Tl(s)	-0,34
PbSO4(ες) + 2e ———> Pb(s) + SO4 (aq)	-0,36
Cd(aq) + 2e ———> Cd(s)	-0,40
Fe(aq) + 2e ———> Fe(s)	-0,44
Ga(aq) + 3e ———> Ga(s)	-0,56
PbO(ες) + H2 O(l) + 2e ———> Pb(s) + 2 OH(aq)	-0,58
Cr(aq) + 3e ———> Cr(s)	-0,74
Zn(aq) + 2e ———> Zn(s)	-0,76
2 H2 O(l) + 2e ———> H2(g) + 2 OH(aq)	-0,83
Fe(OH)2(s) + 2e ———> Fe(s) + 2 OH(aq)	-0,88
Cr(aq) + 2e ———> Cr(s)	-0,91
N2(g) + 4 H2 O(l) + 4e ———> N2 O4(aq) +4 OH(aq)	-1,16
V(aq) + 2e ———> V(s)	-1,18
ZnO2 (aq) + 2 H2 O(l) + 2e ———> Zn(s) + 4OH(aq)	-1.216
Ti(aq) + 2e ———> Ti(s)	-1,63
Al(aq) + 3e ———> Al(s)	-1,66
U(aq) + 3e ———> U(s)	-1,79
Sc(aq) + 3e ———> Sc(s)	-2.02
Er(aq) + 3e ———> Er(s)	– 2.33
Ce(aq) + 3e ———> Ce(s)	– 2.34
Pr(aq) + 3e ———> Pr(s)	-2. 35
La(aq) + 3e ———> La(s)	-2,36
Y(aq) + 3e ———> Y(s)	-2,37
Mg(aq) + 2e ———> Mg(s)	-2,37
Na(aq) + e ———> Na(s)	-2,71
Ca(aq) + 2e ———> Ca(s)	-2,76
Sr(aq) + 2e ———> Sr(s)	-2,89
Ba(aq) + 2e ———> Ba(s)	-2,90
Cs(aq) +e ———> Cs(s)	-2,92
K(aq) + e ———> K(s)	-2,92
Rb(aq) + e ———> Rb(s)	-2,93
Li(aq) + e ———> Li(s)	-3,05

Παρόμοιες αναγνώσεις

• Ηλεκτροχημικά κύτταρα
• Ισχυρά οξέα και βάσεις
• Εξίσωση Nernst