Jaki jest potencjał redoks?
Potencjał redoks, znany również jako standardowy potencjał elektrodowy, jest miarą tego, jak łatwo substancja traci lub zyskuje elektrony w reakcji redukcji utleniania - lub reakcji redoks - reakcji chemicznej, w której jeden reagent jest redukowany, a drugi utleniany. Elektrony przemieszczają się ze środka redukującego do środka utleniającego. Można to wyrazić jako potencjał elektryczny między nimi i mierzony w woltach. Wartość ujemna wskazuje czynnik redukujący, z tendencją do utraty elektronów, a wartość dodatnia wskazuje czynnik utleniający, z tendencją do pozyskiwania elektronów. Potencjał redoks jest czasem oznaczany przez E °.
W praktyce potencjał redoks można zmierzyć tylko dla par substancji, a to, czy elektrony przepływają z danej substancji chemicznej lub do niej, zależy od drugiego członka pary. Jest to zatem wartość względna, a nie bezwzględna. W celu ustalenia standardowych wartości pierwiastków, związków i jonów wykonuje się pomiar potencjału redoks w stosunku do „normy” wodoru, który przyjmuje się, że ma wartość E ° równą zero, więc wszystkie takie wartości odnoszą się do wodoru.
Aby określić E ° dla danej substancji, konstruuje się ogniwo elektrochemiczne składające się z dwóch pół-ogniw. Jeden składa się z jonów H + i neutralnego wodoru w równowadze i jest znany jako standardowa elektroda wodorowa. Drugi zawiera badaną substancję, również w postaci jonowej i neutralnej w równowadze. Oba są połączone mostkiem solnym zawierającym odpowiedni elektrolit, a ogniwo jest podłączone do woltomierza, uzupełniając obwód. Tam, gdzie występuje różnica w potencjale redoks, elektrony będą próbowały przepływać w jedną lub drugą stronę, tworząc różnicę potencjałów mierzoną woltomierzem - w tym przypadku stosuje się woltomierz o wysokiej rezystancji, aby zapobiec faktycznemu przepływowi prąd, ponieważ zmniejszyłoby to potencjał.
Jeśli elektrony przepływają z pół-ogniwa wodorowego do drugiego, substancja ma dodatni potencjał redoks i jest w tym kontekście czynnikiem utleniającym. Jeśli elektrony płyną w drugą stronę, E ° jest ujemne, co wskazuje na czynnik redukujący. Stosowane tutaj terminy „utleniający” i „redukujący” odnoszą się do wodoru - badana substancja chemiczna może zachowywać się inaczej w stosunku do innego środka. Na przykład w tym scenariuszu wodór działa jako czynnik redukujący lub utleniający, w zależności od tego, co znajduje się w drugiej połowie komórki.
W ten sposób opracowano standardową tabelę potencjałów redoks, pokazującą wartości E ° dla różnych „półreakcji” obejmujących dodanie elektronów do danego czynnika, jak byłoby w przypadku połowy reakcji redoks. Na przykład potencjał redoks dla jonu litu pozyskującego elektron pokazano jako reakcję połowiczną: Li + + e - -> Li o wartości E -3,05 woltów, co wskazuje, że lit jest silnym czynnikiem redukującym. Wartość tworzenia jonów chlorkowych przez dodanie elektronów do chloru jest pokazana jako Cl 2 + 2e - -> 2Cl - o E ° +1,36 woltów, więc chlor jest środkiem utleniającym. Znając potencjały redoks dwóch substancji, można przewidzieć, czy reakcja redoks między nimi jest teoretycznie możliwa.