Најважније из лекције
Стандардни електродни потенцијал (\(E^0\)) је мера тежње супстанце ка оксидацији или редукцији при стандардним условима (\(1\text{ mol/dm}^3\), \(100\text{ kPa}\)).
Оксидациона/редукциона моћ:
• Већи \(E^0\) \(\rightarrow\) оксидовани облик се лакше редукује (нпр. \(\text{Cu}^{2+}\)).
• Мањи \(E^0\) \(\rightarrow\) редуковани облик се лакше оксидује (нпр. \(\text{Zn}\)).
Наелектрисање металне плочице у раствору соли:
• Метал са \(E^0 < 0\) (нпр. \(\text{Zn}\)): отпушта јоне у раствор \(\rightarrow\) плочица је негативна, раствор позитиван.
• Метал са \(E^0 > 0\) (нпр. \(\text{Cu}\)): јони прелазе на плочицу \(\rightarrow\) плочица је позитивна, раствор негативан.
Оксидациона/редукциона моћ:
• Већи \(E^0\) \(\rightarrow\) оксидовани облик се лакше редукује (нпр. \(\text{Cu}^{2+}\)).
• Мањи \(E^0\) \(\rightarrow\) редуковани облик се лакше оксидује (нпр. \(\text{Zn}\)).
Наелектрисање металне плочице у раствору соли:
• Метал са \(E^0 < 0\) (нпр. \(\text{Zn}\)): отпушта јоне у раствор \(\rightarrow\) плочица је негативна, раствор позитиван.
• Метал са \(E^0 > 0\) (нпр. \(\text{Cu}\)): јони прелазе на плочицу \(\rightarrow\) плочица је позитивна, раствор негативан.
\(E^0\)
\(\text{V}\) (волт)
Стандардни електродни потенцијал је физичка величина која служи за поређење лакоће којом се супстанце (метали и други редокс-парови) оксидују, односно редукују.
Вредности се мере при стандардним условима:
- Концентрација јона у раствору: \(c = 1 \text{ mol/dm}^3\)
- Парцијални притисак гасова: \(p = 100 \text{ kPa}\) (\(1 \text{ bar}\))
Полуреакције се према договору увек записују као процеси редукције:
\[ \text{Оксидовани облик} + n\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Редуковани облик} \]
Вредност стандардног електродног потенцијала указује на тежњу ка редукцији или оксидацији:
- Већа (позитивнија) вредност \(E^0\): оксидовани облик има већу тежњу да прими електроне (да се редукује) - јаче оксидационо средство.
- Мања (негативнија) вредност \(E^0\): редуковани облик има већу тежњу да отпусти електроне (да се оксидује) - јаче редукционо средство.
Стандардни електродни потенцијали за цинк, водоник и бакар:
\[ \text{Zn}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Zn}(\text{s}) \quad E^0(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76 \text{ V} \]
\[ 2\text{H}^{+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{H}_2(\text{g}) \quad E^0(2\text{H}^{+}/\text{H}_2) = 0{,}00 \text{ V} \]
\[ \text{Cu}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Cu}(\text{s}) \quad E^0(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34 \text{ V} \]
- Јон \(\text{Cu}^{2+}\) има највећу вредност \(E^0\), па има највећу тежњу да се редукује у односу на \(\text{H}^+\) и \(\text{Zn}^{2+}\).
- Атом \(\text{Zn}\) има најнегативнији потенцијал, па има највећу тежњу да се оксидује у односу на \(\text{H}_2\) и \(\text{Cu}\).
Када се метална плочица урони у водени раствор своје соли, на граници фаза успоставља се динамичка равнотежа између преласка јона метала у раствор и њиховог таложења назад на плочицу.
| Тип метала | Негативан \(E^0\) (нпр. цинк, \(\text{Zn}\)) | Позитиван \(E^0\) (нпр. бакар, \(\text{Cu}\)) |
|---|---|---|
| Процес на површини | Атоми лако отпуштају електроне и прелазе у раствор: \(\text{Zn}(\text{s}) \rightleftharpoons \text{Zn}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^-\) |
Јони из раствора лакше примају електроне и таложе се: \(\text{Cu}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Cu}(\text{s})\) |
| Наелектрисање плочице | Негативно (задржава електроне) | Позитивно (губи електроне) |
| Наелектрисање раствора | Позитивније у односу на плочицу | Негативније у односу на плочицу |
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Дата су два редокс-пара са вредностима стандардног електродног потенцијала:
\(E^0(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V}\) и \(E^0(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\text{ V}\).
Који од оксидованих облика (\(\text{Ag}^+\) или \(\text{Fe}^{2+}\)) има већу тежњу да се редукује?
\(E^0(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V}\) и \(E^0(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\text{ V}\).
Који од оксидованих облика (\(\text{Ag}^+\) или \(\text{Fe}^{2+}\)) има већу тежњу да се редукује?
Оксидовани облик редокс-пара са већим (позитивнијим) стандардним електродним потенцијалом има већу тежњу ка редукцији.
Пошто је \(+0{,}80\text{ V} > -0{,}44\text{ V}\), \(\text{Ag}^+\) има већу тежњу да се редукује од \(\text{Fe}^{2+}\).
Пошто је \(+0{,}80\text{ V} > -0{,}44\text{ V}\), \(\text{Ag}^+\) има већу тежњу да се редукује од \(\text{Fe}^{2+}\).
Задатак 2 (средњи): На основу података:
\(E^0(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\text{ V}\)
\(E^0(2\text{H}^+/\text{H}_2) = 0{,}00\text{ V}\)
\(E^0(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\text{ V}\)
Која од наведених супстанци (\(\text{Zn}\), \(\text{H}_2\) или \(\text{Cu}\)) је најјаче редукционо средство (најлакше се оксидује)?
\(E^0(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\text{ V}\)
\(E^0(2\text{H}^+/\text{H}_2) = 0{,}00\text{ V}\)
\(E^0(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\text{ V}\)
Која од наведених супстанци (\(\text{Zn}\), \(\text{H}_2\) или \(\text{Cu}\)) је најјаче редукционо средство (најлакше се оксидује)?
Најјаче редукционо средство је редуковани облик оног редокс-пара који има најнижи (најнегативнији) стандардни електродни потенцијал.
Пошто цинк има најнижи потенцијал (\(E^0 = -0{,}76\text{ V}\)), атом цинка (\(\text{Zn}\)) се најлакше оксидује и представља најјаче редукционо средство међу понуђенима.
Пошто цинк има најнижи потенцијал (\(E^0 = -0{,}76\text{ V}\)), атом цинка (\(\text{Zn}\)) се најлакше оксидује и представља најјаче редукционо средство међу понуђенима.
Задатак 3 (тежак): Шта се дешава на површини оловне плочице уроњене у раствор олово(II)-нитрата ако је \(E^0(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13\text{ V}\)? Како ће бити наелектрисана плочица у односу на раствор?
Пошто је стандардни електродни потенцијал олова негативан (\(E^0 < 0\)), атоми олова са плочице лакше отпуштају електроне и прелазе у раствор као јони \(\text{Pb}^{2+}\):
\[ \text{Pb}(\text{s}) \rightleftharpoons \text{Pb}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \]
Остатак електрона на металу чини да плочица буде негативно наелектрисана, док је раствор позитивнији у односу на њу.
