химия

РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Общая и биоорганическая химия

Курс лекций для студентов лечебного, педиатрического,

московского и стоматологического факультетов

Тема 9

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Подготовлено в рамках реализации Программы развития РНИМУ

Кафедра общей и биоорганической химии

1

Окислительно-восстановительные процессы

●Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

●Электродные потенциалы

●Гальванические элементы

●Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента.

●Направление окислительно-восстановительного процесса

●Мембранный потенциал

2

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

Окисление — процесс, в котором атомы, молекулы или ионы

отдают электроны.

Восстановление — процесс, в котором атомы, молекулы или

ионы приобретают электроны.

O Восстановители — атомы, ионы или молекулы, отдающие электроны

другим атомам в ходе окислительно-восстановительного процесса (Н2, металлы, HI).

— Отдавая электроны, восстановители окисляются.

OОкислители — атомы, ионы или молекулы, присоединяющие электроны (O2, галогены, HNO3, KMnO4).

—Принимая электроны, окислители восстанавливаются.

ОВР включают частичный или полный переход электронов от

одних атомов или ионов к другим с изменением степени окисления этих атомов.

—Степень окисления железа изменилась с +2 до +3, а молекулярного хлора — с 0 до –1.

3

Степень окисления — заряд, которым обладал бы атом в

химическом соединении, если бы электроны каждой образованной им химической связи были бы полностью смещены к более электроотрицательному атому.

(FeCl2: Fe+2, 2Cl–1; NaH: Na+1, H–1; CCl4: C+4, 4Cl–1; CH4: C–4, 4H+1)

—Степень окисления атома в простом веществе равна нулю (Cl2: 2Cl0);

—Сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав молекулы, равна нулю;

—Сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав сложного иона, равна заряду иона.

Окислительно-восстановительные реакции можно условно разделить на две полуреакции

4

Электродные потенциалы *

Возникновение двойного электрического слоя (ДЭС) на границе металл—раствор

Рис. 1. Полуэлемент

ДЭС – упорядоченное распределение противоположно

заряженных частиц на межфазной границе.

Электродный потенциал — разность электрических

потенциалов (скачок потенциала) на границе металл– раствор электролита.

Зависимость электродных потенциалов (E) от различных факторов

—природа металла, концентрация (активность) ионов металла

врастворе, температура.

Уравнение Нернста

— математическое выражение зависимости E от ряда факторов.

E(Mez+/Me) — электродный потенциал; R — универсальная газовая постоянная;

T — абсолютная температура; F — постоянная Фарадея ; z — заряд иона металла; [Mez+] — концентрация иона металла (моль/л); E0(Mez+/Me) — стандартный электродный потенциал

рациональная форма записи уравнения Нернста (при 25 °C )

* Для разбавленных растворов

6

Стандартный электродный потенциал E0298 (Mez+/Me)

— потенциал, возникающий на границе металл–раствор при

концентрации (активности) потенциалопределяющих ионов 1 моль/л и температуре 298 K.

Стандартный водородный электрод * (электрод сравнения)

—соответствует концентрации (активности) [Н+] 1 моль/л, давлению p(H2) 101.3 кПа (1 атм) и температуре 298 K.

Уравнение Нернста для водородного электрода

Стандартный электродный потенциал водородного электрода E0298

(2Н+/Н2) принят равным нулю. По отношению к нему определяют остальные потенциалы.

* Устройство водородного электрода см. ББХ, стр. 365.

7

Окислительно-восстановительный электрод (редокс-электрод)

— электрод из инертного металла (платина или графит), погруженный в раствор, содержащий окисленную и восстановленную формы участников одной полуреакции, например Fe3+/Fe2+.

Равновесие между окисленной и восстановленной формами

Рис. 2. Схема возникновения редокс–потенциала

8