Тотығу-тотықсыздану тепе-теңдігі


Тотығу-тотықсыздану реакциясы (ТТР) екі жартылай реакциядан тұрады: тотығу және тотықсыздану. Егер тотығу мен тотықсыздану бір ыдыста жүрсе онда электрондардың химиялық ауысуы жүреді. Егер тотығу мен тотықсыздануды бөліп, екі бөлек ыдыста жүргізсе, онда электрондар сыртқы тізбек арқылы өтеді, яғни электрондардың электрохимиялық ауысуы жүреді. Осы құбылысқа Гальвани элементінің жұмысы негізделген.

Өз тұзының ерітіндісіне батырылған металл пластинкасы немесе сымы электрод деп аталады. Ол (-) немесе (+) зарядты болуы мүмкін.

Әрбір заттың тотыққан () және тотықсызданған (red) формасы болады, олар бірге тотығу-тотықсыздану жүйесін немесе редокс-жұп түзеді. Редокс-жұп потенциалы редокс-потенциал деп аталады. Электродтың немесе редокс-жұптың потенциалын (Е) тікелей өлшеу мүмкін емес. Оны стандартты электродпен қосып, элемент түзіп, сол элементтің электр қозғаушы күшін (эқк) өлшейді, сосын электродтың потенциалын есептейді.

ЭҚК=Ex-Eст

Ех=Eст+ЭҚК

Стандартты электродтар потенциалы белгілі және тұрақты болады. Ең алғашқы стандартты электрод ретінде стандартты сутек электроды (ССЭ) пайдаланған.

Редокс-потенциалдың температура мен концентрацияға тәуелділігін Нернст теңдеуі сипаттайды:

E=E0+RT/nF ln aox/ared

Мұндағы Е0 - стандартты редокс-потенциал; R - универсал газ тұрақтысы, ол 8,312 Дж/(мольК) тең; Т- абсолютті температура; F - Фарадей тұрақтысы, ол 96 500 Кл тең; n - жартылай реакцияға қатысатын электрон саны; aox, ared- тотыққан және тотықсызданған формалардың активтіліктері. E0 мәні анықтамалық кестелерде беріледі.

Редокс-потенциал шамасына келесі факторлар әсер етеді:

· тотыққан және тотықсызданған форма концентрациясы;

· ерітіндінің иондық күші;

· ерітіндіде бәсекелес тепе-теңдіктің болуы

· рН

Стандартты редокс-потенциал шамасы тотықтырғыштың немесе тотықсыздандырғыштың «күшін» сипаттайды. Стандартты потенциалдың оң шамасы артқан сайын тотықтырғыштың күші артады.

ТТР бағытын жұптардың стандартты потенциалдары бойынша анықтауға болады:

э.қ.к. = E0ox2/red2-E0ox1/red1

Егер э.қ.к >0 болса, ТТР тура бағытта жүреді; ал э.қ.к. <0 болса, ТТР кері бағытта жүреді.

Тепе-теңдікті есептеу үшін тепе-теңдік константасын қолданған ыңғайлы:

lgK=(E0ox2/red2-E0ox1/red1)nF/ 2.303RT

Кез келген ТТР тепе –теңдік орнағанша жүреді. ТТР-ң жүру бағытын, тереңдігін тепе-теңдік константасы сипаттайды.

ТТР тепе-теңдік константасының шамасы бойынша мынандай қорытындылар жасауға болады:

К>1 болса, тура реакция жүреді;

К<1 болса, кері реакция жүреді;

К>108 болса, ТТР толық жүреді.