Лекциялар 10,11 Тақырыбы: Тотығу – тотықсыздану жүйелеріндегі тепе-теңдіктер Жоспар
жүктеу/скачать 48,13 Kb.
|
1 2
- Бұл бет үшін навигация:
- Электродты потенциалдар. Тотығу – тотықсыздану реакциялардың бағыты 1.
|
Лекциялар 10,11 Тақырыбы:Тотығу – тотықсыздану жүйелеріндегі тепе-теңдіктер Жоспар Тотығу – тотықсыздану реакциялардың жалпы сипаттамасы Гальванический элемент. Электродты потенциалдар. Тотығу – тотықсыздану реакциялардың бағыты 1.Тотығу-тотықсыздану реакциялары химиялық анализдің негізгі әдістерінің бірі ретінде аналитикалық практикада кеңінен қолданылады. Тотығу-тотықсыздану, немесе редокс-процестерде, электрондар реакцияласатын бір заттан екіншісіне тасымалданады. Зат тотығу барысында электрондарды береді, нәтижесінде заттың тотығу дәрежесі жоғарлайды, ал тотықсыздануында-қабылдайды, заттың тотығу дәрежесі төмендейді. Электронды беретін зат тотықсыздандырғыш, ал қабылдайтын -тотықтырғыш деп аталады. Төменде мырыштың тотығуының және күмістің тотықсыздануының жартылай реакция мысалдары келтірілген: + Бір заттан екінші затқа берілген электрондар саны қабылданған электрондар санына тең болуы керек.Келтірілген мысалда металдық мырыш екі электрон беріп, тотығады. Бұл екі электрон басқа затпен (бұл мысалда күміспен) қабылдануы керек.Сондықтан жартылай реакцияның теңдеуін 2 көбейтіп, тотығу-тотықсыздану реакцияның толық теңдеуін алады: -------------------------------- + Жартылай реакциялар бір-біріне тәуелді бір мезгілде жүреді. Заттың тотыққан(тт) және тотықсызданған (тс)түрлері бір редокс жұп құрайды : тт1/тс1 және тт2/тс2, бұл жерде тт1 және тт2- элементтердің тотыққан түрі. Келтірілген реакцияда Zn2+/Zn және Ag+/Ag редокс жұптар.Тотығу-тотықсыздану реакциялары электрондардың донордан акцепторға тікелей тасымалдануы арқылы жүреді. Айталық, мырыш пластинкасын мыс (II) сульфатының ерітіндісіне салғанда мыс(II) иондары мырыш пластнкасының бетінде тотықсызданады: 2++ Тотығу-тотықсыздану реакциялардың жүру барысында электр тоғы пайда болады. Мыс және мырыш пластинкаларын өз сульфаттарының ерітінділері құйылған стақандарға салып , стакандардағы электролиттерді калий хлоридінің қаныққан ерітіндісімен толтырылған тұздыкөпірше депрон аталатын U-тәрізді болып келетін шыны түтікше арқылы байланыстырады. Бұл жағдайда мырыш атомынан екі электрон бөлініп, мырыш пластинкасында қалады да, мырыш ион күйінде ерітіндіге ауысады. Мырыш пластинкасы теріс, ал ерітінді мырыш иондары арқылы – оң зарядталады. Мыс сульфатының ерітіндсіндегі мыс иондары мырыш пластинкасынан электрондарды қабылдап бейтарапталады. Мыс пластинкасы оң, ал мыс сульфаты ерітіндісі – теріс зарядталады. Егер электродтарды сыммен жалғастырса, онда сым бойынша электрондар ағыны мырыштан мысқа қарай жылжиды. Гальванометрдің көмегімен электр тогының бар екендігін анықтауға болады. Процестің сызбанұсқасы: 242-42- Сульфат иондарының реакцияда қатыспайтындығын ескеріп, қарапайым түрде көрсетуге болада: 2+++ немесе тотығу- тотықсыздану реакцияның сызбынұсқасы: о++ 2. 1 суретте келтірілген құрылғы электрохимиялық ұяшық немесе гальваникалық элемент деп аталады. Ол сыртқы өткізгіштің көмегімен электрондардың бір электродтан екіншісіне өздігінен ауысуын қамтамасыз етеді, келтірілген мысалда мырыштан мысқа. Электролиттік ұяшықтың жұмыс істеуіне, керісінше, энергияның сыртқы көзі керек. Ерітінділерде электр тоғы оң және теріс зарядталған иондардың миграциясы есебінен тасымалданады. Сонымен, мырыш және тағы басқа оң зарядталған бөлшектер мырыш электродынан оның тотығуына қарай ығысып отырады; сол сияқты теріс зарядталған бөлшектер осы электродқа тартылады. Тұзды көпірше арқылы тоқ мыс электродының бағытында жылжитын калий иондарымен және мырыш электродының бағытында қозғалатын хлорид-иондарымен тасымалданады. Электродтарда және сыртқы өткізгіште электр тоғы мырыштан мысқа қарай бағытталатын электрондар есебінен пайда болады. Электр тізбегі аниондар тұзды көпірше арқылы мырыш ерітіндісіне немесе катиондар мыс ерітіндісіне ауысқанда тұйықталады. Электр тоғын катиондар да, аниондар да өткізеді. Олардың ауысу тиімділігі салыстырмалы қозғалғыштықпен анықталады. Сонымен, гальваникалық элементте ерітіндінің иондық өткізгіштігімен электродтардың электрондық өткізгіштігі электр тоғы өте алатын жабық тізбек түзеді. Гальваникалық элементтерде екі типті электродтар қолданады. Электродтардың I-ші типі - өзінің тұзына салынған өткізгіш - металдық пластинка. Мысалы, мырыш пластинкасын мырыш сульфаты ерітіндісіне салса, онда келесі теңдеумен өрнектелетін тотығу-тотықсыздану процесі жүреді: 2+ Ерітіндіге мырыш катиондары ауысады, ал электрондар металдың бетінде қалады. Нәтижесінде металдық пластинка мен ерітінді арасында потенциалдар айырымы пайда болады да металдың потенциалы теріс болады. Бұл айырмашылықтар металды ерітуге тырысқан күштер мен ерітіндідегі металл иондарының осмостық қысымы қатынастарындағы айырмашылыққа байланысты. Екінші тип – ол инертті металдан жасалынған, тотығу-тотықсыздану жұбын құрайтын, мысалы, Fe3+/Fe2+, иондар ерітіндісіне салынған платина пластинкасы. Электродтардың бұл типтерінде тотығу- тоықсыздану процестері бірінші типті электродтағыдай жүреді, айырмашылығы электрондар платина электродында қалады. Әртүрлі заттардың тотығу-тотықсыздану қабілетінің өлшемі - электродты потенциал (вольт) болып табылады. Өлшейтін құрылғылар тек қана потенциалдар айырымын анықтайды. Жартылай реакциялардың потенциалдарының абсолютті мәнін анықтау әдісі жоқ. Сондықтан жартылай реакциялардың салыстырмалы потенциалдарын барлық электродты потенциалдарды жалпы стандартпен салыстыру жолымен алады. Ол үшін нормальді сутектік стандартты электродпен зерттелетін тотықтырғыш немесе тотықсыздандырғыш электродынан тұратын гальваникалық элемент құрайды. Гальваникалық элементтің электрқозғаушы күшінің шамасы тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштардың химиялық активтіліктерінің көрсеткіші. Нормальді (стандартты) сутек электроды-активтілігі тұрақты бірге тең қышқыл ертіндісіне салынған,бір атмосфера тұрақты қысымдағы сутек ағынында болатын ұнтақталған платинамен жабылған платина фольгасы. Сутек платина электродында адсорбцияланып, ерітіндіге ауысады. 2 2+- Бұл процесс қайтымды, сондықтан стандартты сутек электродында тотығу процесі де, сутек иондарының молекулалық сутекке тотықсыздану процесі де жүре алады. Қолайлы болу үшін стандартты сутек электродының потенциалын кез келген температуада ноль вольтке тең деп алады. Кез келген электродты стандартты сутек элетродымен байланыстырып, электрқозғаушы күшін вольтметрмен жеңіл өлшеуге болатын гальваникалық элемент құрастырады (1-сурет). 1-сурет. Гальваникалық элемент Осындай элементтің электрқозғаушы күші (э.қ.к.) стандартты (нормальды тотығу-тотықсыздану ) потенциал Е0деп аталады. Ол 25оС температурада өзінің тұзына салынған металл мен стандартты сутектік электродтарының потенциалдар айырымына тең. Стандартты электродты потенциалдар Қосымшада кестеде келтірілген. Кез келген жүйенің тотығу-тотықсыздану потенциалы термодинамикалық әдіспен анықталады және ол температураға және тотығу-тотықсыздану түрлерінің концентрацияларына (активтіліктеріне) тәуелді. Бұл тәуелділік Нернст теңдеуімен өрнектеледі: мұнда, Е- тепе-теңдіктегі потенциал , В Ео- стандартты потенциал, атт.= атс.= 1 болғандағы потенциал R-универсалды газ тұрақтысы (8,3144 Дж.град-1.моль-1) F- Фарадей саны (96493 Кл.экв-1); T– абсолютті температура (К) оx- тотыққан түрі red- тотықсызданған түрі n- жартылай реакцияға қатысатын электрондар саны. Теңдеудегі тұрақты шамаларды есептеп және натуралдылогарифмді ондыққа ауыстырып, 200С температурада 0,059 тең температуралық коэффициентті алады.Онда Нернст теңдеуі: Егер жартылай реакцияға қатысқан Н+ иондарының саны m болса, онда: Тотығу, тотықсыздану түрлерінің активтіліктері 1 тең деп қабылданады. Стандартты сутектік электродпен салыстырып алынған стандартты потенциалдардың шамалары реагенттің концентрациясына және иондық күшке тәуелсіз. Стандартты потенциалдың Ео мәні неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жұптың тотыққан түрі күшті тотықтырғыш, ал тотықсызданған түрі әлсіз тотықсыздандырғыш болады. жүктеу/скачать 48,13 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2