Тотыу-тотысыздану тепе-тедігі

рекеттесетін заттарды біреуінен екіншісіне электрондарды ауысуы нтижесінде тотыу дрежелері згеріп жретін реакцияларды тотыу – тотысыздану, не редокс реакциялар дейді. Электрондарды осып алатын блшектер тотытырыштар деп аталады, здері тотысызданады. Электрондарды беріп жіберетін блшектер тотысыздандырыштар деп аталады, здері тотыады.

Тотыу – тотысыздану реакцияларында тотысыздан­дырыштар берген электрондар мен тотытырыштар осып алан электрондарды саны те болу керек.

Тотыу – тотысыздану реакциясын жартылай тотыу жне жартылай тотысыздану реакцияларына блуге болады. Мысалы:

2 Fe 3+ + Sn 2+ 2 Fe 2+ + Sn4+ (9.1)

 

Бл реакцияны жартылай тотыу реакциясы

 

Sn 2+ – 2е Sn4+ , не Sn 2+ Sn4+ + 2е (9.2)

 

жартылай тотысыздану реакциясы

 

Fe 3+ + е Fe 2+ /*2 2 Fe 3+ + 2е 2 Fe 2+ (9.3)

 

Жартылай реакцияа кіретін заттар тотыу – тотысыздану жбын тзеді (Sn4+/ Sn 2+, Fe 3+/ Fe 2+ ). Бл жпты бір компоненті тотыан трі (Sn4+, Fe 3+ ), екінші компоненті тотысызданан трі (Sn 2+ , Fe 2+ ) болып табылады.

Тотыу жне тотысыздану реакциялары атар жреді, Sn 2+ жоалтан электрондарды Fe 3+ осып алады.

Егер реакцияа рамында оттегі бар крделі блшектер атысса атомдарды санын теестіру шін жартылай реакцияа сутегі иондары, гидроксил иондары не суды молекулалары кіруі ммкін. Мысалы,

 

Fe 2+ + MnO4- Fe3+ +Mn 2+

Тотытырыш МnO4- реакцияны нтижесінде оны тотысызданан трі Mn 2+ -ке айналады. МnO4- Mn 2+ . Тедікті екі жаындаы атомдарды санын теестіру шін жартылай реакцияны о жаына трт су молекуласы жазылады, осыан байланысты тедікті сол жаына сегіз сутегі иондары жазылады:

 

МnO4- + 8Н+ Mn 2+ + 4Н2О

 

Осы жйені тотыу – тотысыздану жбы МnO4-, 8Н+/Mn2+. Зарядтарды санын теестіру шін тепе тедікті сол жаына бес электрон осылады:

 

МnO4- + 8Н+ +5е Mn 2+ + 4Н2О (9.4)

 

Екінші жартылай реакция

 

Fe 2+ -1e Fe3+ не Fe 2+ Fe3++ 1e (9.5)

 

осып алатын электрондар мен берілетін электрондарды санын теестіру шін (9.5) реакция беске кбейтіледі:

 

5Fe 2+ -5e 5 Fe3+

(9.4) жне (9.5) реакцияларын орытып жазанда:

МnO4- + 8Н+ +5е Mn 2+ + 4Н2О Fe 2+ -1e Fe3+
МnO4- + 8Н+ +5 Fe 2+ Mn2+ + 4Н2О + 5Fe3+    

Тотыу – тотысыздану жбына бейтарап атомдар да кіруі ммкін. Мысалы:

Cu2+ + Zn0 Cu0 +Zn2+

 

Жартылай реакциялар

Cu2+ + 2е Cu0

Zn0 -2е Zn2+ не Zn0 Zn2+ + 2е

 

Тотыу-тотысыздану жптары Cu2+/ Cu0, Zn2+/ Zn0.

Тотыу-тотысыздану жартылай реакцияларыны бір ерекшелігі- электрондарды ауысуы жне жалпы тотыу-тотысыздану реакциялары тотытырыш пен тотысыздандырышты бір бірінен блгенде де жреді, тек электрондар ауысатын ткізгіш жне екі жйені арасында иондар ауысатын ммкіншілік болу керек. Ол шін екі ерітіндіні тзды кпіршемен жаластырады. Тзды кпірше – электролитпен толтырылан иілген шыны ттікше.

9.1-суретте крсетілген екі жартылай тотыу-тотысыздану жбынан тратын жйені гальваникалы элемент деп атайды. Гальваникалы элементте химиялы энергия электр энергиясына айналады. Бл гальваникалы элементті сызба трінде былай жазуа болады (+) Cu / Cu2+//Zn2+/Zn (-).

+ - Cu 2 Zn     Cu2++2e Cu Zn Zn+2+2e
V
  Cu2+ SO42-
  SO42- Zn2+

 

 


9.1 – сурет. Гальваникалы элемент.

1-жартылай элементтер. 2-тзды кпірше. 3-вольтметр.

Сызбада екі жартылай элемент бір бірімен екі тік сызыпен блінген, жартылай элементті тотыан жне тотысызданан трі бір тік сызыпен блінген. Вольтметр гальваникалы элементті электр озаыш кшін (ЭК) крсетеді. ЭК = (Е1 - Е2), Е1– тотытырыш потенциалы, Е2– тотысыздандырышты потенциалы. 9.1-суретте келтірілген гальвани­калы элементте электрод ролін тотыу-тотысыздану жбыны (Cu2+/ Cu0 , Zn2+/ Zn0) біреуі атарады: Cu жне Zn. Егер электрод ретінде инертті металл платина пластинасын алса, электрондар ауысуы осы металды бетінде жреді:

 

Pt / Fe 3+ (Fe2+) // (Sn4+)Sn2+ / Pt

Fe3+ + 1e Fe 2+ Sn2+ -2е Sn4+

Sn2+ иондарыны тотыуы нтижесінде блінген электрон­дар платина пластинкасыны бетінен ткізгіш арылы екінші платина электродына ауысады да, оны беткі абатында Fe 3+ иондары тотысызданады. Баытталан тотыу-тотысыздану реакциясы, яни электрондарды ауысуы тепе-тедік орнаанша жреді:

2Fe3+ + Sn2+ 2 Fe 2+ + Sn4+

Жалпы реакцияны тедігі жне тепе-тедік жадайы процесті ай жолмен жргеніне байланысты емес.

р осылысты тотыу не тотысыздану абілеттігі бірдей емес. Оларды тотыу, тотысыздану абілеттігін кр­сете­тін шама – вольтпен лшенетін тотыу-тотысыздану потенциалы (электродты потенциал). Жеке жартылай реакция­ны потенциалын анытайтын діс жо, себебі бар лшеуіш рылылар тек потенциалдар айырымын анытайды. Сонды­тан екі электродты, яни екі жартылай реакцияларды потенциалдар айырымы лшенеді. Ол шін жеке жартылай реакцияны не жартылай элементті потенциалын екінші стандартты электродпен салыстырып анытайды. Сйтіп ртр­лі тотыу-тотысыздану жйелеріні тотыу, тотысыздану абілеттілігіні салыстырмалы сипаттамасы алынады.

Негізгі салыстырмалы электрод ретінде стандартты сутек электродын пайдаланады. Бл газ тріндегі сутегін жасы адсорбциялайтын, са дисперстенген платинамен апталан платина пластинкасы. І атм ысымда газ тріндегі сутегімен аныан электрод сутегі иондарыны белсенділігі (активтігі) бірге те ерітіндіге батырылады. Сутегі стандартты электродыны потенциалы 0,000 В деп алынады. Платина электрохимиялы реакцияа атыспайды, тек электрондарды тасымалдауа атысады. Сутегі электродыны жартылай реакциясы Н2(газ)2Н+ + 2е, тотыу-тотысыздану жбы 2Н+/Н2 . Екінші жартылай электродты табиатына байланысты сутегі электроды не катод, не анод рлін атарады. Анод болса, электродта жретін реакция Н2 2Н+ +2е, катод болса 2Н+ +2е Н2 , яни Н2 2Н+ +2е айтымды реакция.

Мысалы:

(-) Zn /ZnSO4 (1M) // H2SO4 (1M), H2(газ) / Pt (+)

анод катод

з бетімен жретін реакция

Zn+2H+ Zn2+ + H2,

мырыш анод рлін атарады, яни гальваникалы элементті теріс полюсі Zn – 2е Zn2+ (анодты реакция). Электрондар сырты ткізгішпен мырыштан гальваникалы элементті о полюсіне (стандартты сутек электродына) баытталады: 2Н++2еН2 (катодты реакция). Сондытан мырыш электродыны потенциалыны табасы (ЭК=Е(2Н+/Н2)-Е(Zn/Zn2+)=(0,00- ) теріс

= – 0,76 B.

 

(-) Pt/H2 (газ ) , H2SO4 (1M) // CuSO4 (1M) / Cu (+)

анод катод

 

Келтірілген гальваникалы элементтегі жартылай реакциялар

Cu 2+ +2e Cu0 (катодты реакция)

Н2 – 2e 2Н+ (анодты реакция)

 

Мыс электродыны потенциалы о мн, себебі ол галь­ваникалы элементті катоды. Электрондар сырты ткізгішпен сутегінен мыса баытталан

(ЭК= Е(Cu2+/ Cu0) – Е(2Н+/Н2) = E(Cu2+/ Cu0) – 0,00); .

з бетімен жретін реакция

Cu 2+ + Н2 2Н++Cu0

(-) Pt /H2 (газ) H2SO4 (1M) // FeCl3, FeCl2 (C (Fe3+) = C (Fe 2+) / Pt (+)

анод катод

Жартылай реакциялар

Н2 – 2e 2Н+

2Fe3+ + 2e 2Fe 2+

Е (Fe3+/Fe 2+) = +0,77В. з бетімен жретін реакция:

Fe3++Н2 Fe 2+ + 2Н+ .

Тотыу – тотысыздану жбыны потенциалы тек осы жпа кіретін тотытырышты жне тотысыздандырышты табиатына ана туелді емес, оларды концентрациясына да туелді. Тепе – тедік потенциалдарыны заттарды табиатына (Ео арылы есепке алынады), оларды концентрациясына жне температураа туелділігі Нернст тедігімен рнектеледі:

 

(9.6)

 

Е – тотыу – тотысыздану жбыны реалды (тепе – тедік) потенциалы, В;

Ео – стандартты тотыу – тотысыздану потенциалы, В.

R – мбебап газды тратылы, 8,314 Дж/К моль те;

F – Фарадей саны, 96500 Кл те;

n –тотыу-тотысыздану жартылай реакциясына атысатын электрондар саны;

ox, red – затты тотыан жне тотысызданан трлеріні активік концентрациялары.

Тотыу – тотысыздану реакциясына атысатын бар компоненттерді активтігі бірге те боландаы жартылай реакцияны тотыу-тотысыздану потенциялы стандартты потенциал деп аталады:

(9.7)

 

Кейбір тотыу-тотысыздану жйелеріні стандартты потенциалдары 4.1 кестесінде келтірілген. Траты F пен R-ді санды мндерін ойып, натуралды логарифмді онды логарифмге ауыстырса (ln=2,3 lg), онда 25 0C-та (9.6) тедігі былай жазылады:

(9.8)

 

Егер тотытырыш – тотысыздандырыш жбыны біреуі атты не газ трінде жрсе, Нернст тедігіне тек сйы фазада (ерітіндіде ) жрген тріні активтігі кіреді. Мысалы Zn2+/ Zn0 , 2Н+/Н2 жптары шін:

 

 

Сйытылан ерітінділерде активтікті тепе-тедік концентрациясымен ауыстыруа болады:

 

 

9.1 – кесте.