Page 1

Oksido-redukcione reakcije

Red-oks reakcije

Page 2

Šta su redoks reakcije?• To su reakcije u kojima dolazi do razmene elektrona

1. OKSIDACIJA → gubitak elektrona - povećanje oksidacionog broja

2. REDUKCIJA → primanje elektrona- smanjenje oksidacionog broja

a) OKSIDANSI, OKSIDUJUĆA SREDSTVA → akceptori elektrona (primaju elektrone) - sama supstanca se redukuje

b) REDUCENTI, REDUKUJUĆA SREDSTVA → donori elektrona (daju elektrone) - sama supstanca se oksiduje

konjugovani redoks par

RedneOx 23 FeeFe

Da li se Fe3+ jon oksidovao ili redukovao, da li je Fe3+ jon oksidaciono ili redukciono sredstvo ?

Page 3

Jednačina

je polureakcija. Da bi jedna supstanca mogla da primi elektrone, mora postojati druga supstanca koja će ih otpustiti

konjugovani par

konjugovani par

reakcija teče u pravcu nastajanja slabijeg oksidacionog sredstva i slabijeg redukcionog sredstva

Hemijske redoks reakcija – reakcija u kojoj dolazi do direktne razmena elektrona između oksidacionog i redukcionog sredstva

RedneOx

2121 OxRedRedOx

Svaka redoks jednačina sastoji se od supstance koja prima elektrone i supstance koja otpušta elektrone

23 FeeFe

Page 4

Broj primljenih i otpuštenih elektrona u redoks-reakciji mora da bude jednak

Redoks - reakcije u kojima dolazi do direktne razmene elektrona između oksidacionog i redukcionog sredstva u rastvoru nazivaju se hemijske redoks-reakcije

23 FeeeF

eSnSn 242

)23 Feee2(F

4223 Sn2FeSn2Fe

Redoks - reakcije u kojima dolazi do razmene elektrona između elektrode i oksidacionog ili redukcionog sredstva u rastvoru nazivaju se elektrohemijske reakcije

Za odvijanje elektrohemijskih reakcija potrebne su dve elektrode: na jednoj elektrodi se vrši oksidacija - anoda na drugoj elektrodi se vrši redukcije - katoda

Šta su to elektrohemijske reakcije?

2)( FeeFe 23

2eZnZn(s) 2

223 2FeZn2Fe Zn(s)

Katoda - redukcija

Anoda - oksidacija

Page 6

Page 7

Jačina oksidansa (oksidacionih sredstava) i reducenta (redukcionih

sredstava)

• Jačina oksidansa (oksidacionog srdedstva) određena je njegovom težnjom da prima elektrone

• Jačina reducenta (redukcionog sredstva) određena je njegovom težnjom da otpušta elektrone

• Merilo jačine oksidansa i reducenta je njihov elektrodni potencijal

Elektrodni potencijal – Nernstova jednačina

Ako u rastvor koji sadrži red-oks par, npr. Fe2+ i Fe3+

jone,

zaronimo elektrodu od inertnog metalnog provodnika (Pt pločica) dolazi do razmene elektrona između elektrode i oksidansa i reducenta iz rastvora – metal ima električni potencijal u odnosu na rastvor

23 FeeeF

Električni potencijal – Nernstova jednačina

Razlika potencijala između 2 elektrode = Elektromotorma sila Razlika potencijala između 2 elektrode = Elektromotorma sila

Električni potencijal 1 elektrode ne može da se meri

Meri se

EMF ili EMSEMF ili EMS

Razlika potencijala između standardne vodonične elektrode i elektrode koja nas interesuje = Elektrodni potencijal

Razlika potencijala između standardne vodonične elektrode i elektrode koja nas interesuje = Elektrodni potencijal

EE

Page 10

Električni potencijal – Nernstova jednačina

Elektrodni potencijal izračunava se prema Nernstovoj jednačini:

E0 = standardni elektrodni potencijalR = gasna konstantaT = termodinamička temperaturaF = Faradayeva konstanta

posle zamene vrednosti konstanti i prelasna sa ln na log

Red

Oxln

nF

RTEE

RedneOx

Red

Oxlog

n

0,059EE

Električni potencijal – Nernstova jednačina

Page 12

Predviđanje elektrohemijskih redoks

reakcija

Page 13

Fe2+→Fe3+ +e

Fe2+ i Fe3+

Ce4+ e →Ce3+

Ce4+ i Ce3+

Soni most

Pt Pt

e e

Pt elektrode dobijaju određene elektrodne potencijale ECe i EFe, pri čemu je ECe EFe

Ako se rastvori povežu sonim mostom (sprečava mešanje rastvora, a omogućava migraciju jona – tok struje) i ako se elektrode povežu, postoji tendencija da se potencijali izjednače, pa se postiže nova intermedijarna vrednost elektrodnog potencijala E tako da je:

ECe E EFe

Page 14

Remeti se ravnoteža između elektroda i rastvora, pa u levoj posudi dolazi do oksidacije Fe2+

oksidacija

Fe2+→Fe3+ +e

Fe2+ i Fe3+

Ce4+ + e →Ce3+

Ce4+ i Ce4+

Soni most

Pt Pt

e e

• joni Fe+2 predaju e- svojoj elektrodi i oksiduju se u Fe+3 jone• oslobođeni e- putuju ka Pt elektrodi u rastvoru cerijuma• u desnoj posudi Ce4+ joni primaju e- sa Pt elektrode i redukuju se u Ce3+ jone

redukcija

eeFFe 32

34 CeeCe

Oba procesa protiču sve dok se ne postigne intermedijarni ravnotežni potencijal

kada se postigne ravnoteža – prestaje tok elektrona, a koncentracije metalnih jona dostižu nivo koji odgovara ravnoteži reakcije

Do potpuno iste reakcije dolazi i ako se rastvori dveju posuda pomešaju i elektroni razmenjuju direktno između Fe+2 i Ce4+ jona u rastvoru

EEE CeFe

3342 CeFeCeFe

Page 16

Da li će se i u kom smeru odigravati redoks reakcija?

• Tok hemijske redoks reakcije može se predvideti na osnovu vrednosti elektrodnih potencijala

1. Do reakcije dolazi samo ako postoji razlika elektrodnih potencijala redoks para oksidansa i redoks para reducenta 0)( 21 EE

2. Uvek reaguje oksidans redox para sa većim elektrodnim potencijalom sa reducentom redoks para sa manjim elektrodnim potencijalom

FeCe EE

eeFFe 32

34 CeeCe

3342 CeFeCeFe

Page 17

Merenje elektrodnog potencijala

Merenje elektrodnih potencijala

Kako da izračunamo standardni redox potencijal?

Moramo da uporedimo polureakcije sa standardom

Koji je to standard?

To je standardna vodonična elektroda ili SHE

Eksperimentalno se može meriti samo razlika potencijala između dve elektrode - EMS

reverzibilna reakcija

SHE sastoji se od platinske pločice prevučene tankim slojem fino raspodeljene platine oko koje se propušta gasoviti H2(g) pod pritiskom od 1bar. Njen potencijal je definisan kao 0 volti

• Na osnovu nje vrše se sva ostala merenja

• Po konvenciji elektrodni potencijal joj je 0 V na svim temperaturama

• Nije praktična za upotrebu

Standardna vodonična elektroda (SHE)

Vodonična polućelija

V 0,000EE

2e2HH

H2e2H

ox0

red0

(aq)(g)2

(g)2(aq)

Kako se mere standardni elektrodni potencijali?

Merenje elektrodnih potencijala vrši se u galvanskoim ćelijama u kojima je:1. jedna od elektroda ona čiji se elektrodni potencijal određuje2. druga elektroda standardna vodonična elektroda

• Standardni elektrodni potencijali (Eo), navode se kao polureakcije redukcije

• Merenja se vrše u odnosu na SHE (0 V)

• Svi redoks potencijali mereni u odnosu na SHE mogu imati pozitivan ili negativan predznak, u zavisnosti od toga da li se redukuju ili odsiduju u kontaktu sa vodonikom

• Pozitivnija vrednost E0 znači veću tendenciju supstance da se redukuje (jače oksidaciono sredstvo)

• Negativna vrednost E0 znači veću tendenciju supstance da se oksiduje (jače redukcionosredstvo)

• Jedan oksidans može oksidovati reducente svih redoks parova koji se na skali nalaze ispod njega

Page 22

Page 23

Elektrohemijske ćelije

Šta su to elektrohemijske ćelije?

metalna elektroda

rastvor elektrolita

2 polućelije = elektrohemijska ćelija

Page 25

Galvanske i elektrolitičke ćelije

Page 26

Pretvaraju energiju spontanih hemijskih reakcija u električnu energiju

Galvanske (Voltaične) ćelije

Šta su zapravo galvanske ćelije?

Električnu energiju troše na ne spontane hemijske reakcije

Elektrolitičke ćelije

Pg 901

Courtesy International SilverPlating, Inc.

Koja je praktična primena elektrolitičkih ćelija?

Page 30