Редокс потенцијал: прорачун и мерење

Редокс потенцијал (ОРП) је параметар који описује ниво оксидације (оксидације) и редукцију супстанце. Другим речима, то је способност даровања или примања електрона као резултат интеракције хемијских елемената, у зависности од природе процеса и услова реакција.

Кратак опис

Редокс потенцијал - концепт који у већој мјери одражава способност него удио (активност). Енергетски потенцијал је енергија која се акумулира и спремна је за употребу у било које вријеме. У тренутку када се користе сва хемијска једињења која могу бити подвргнута оксидацији и редукцији, систем долази у стање равнотеже. Најчешће, у таквим случајевима, остаје извесна вишак енергије, која формира редукциони или оксидациони потенцијал раствора.

Формирање хрђе је типичан пример процеса оксидације / редукције. Елементи који су укључени у овај процес пролазе кроз хемијске промене. Кисеоник се комбинује са гвожђем да би се формирао оксид гвожђа (познатије као рђа): гвожђе се подвргава оксидацији и смањује се кисеоник. Као резултат, редокс потенцијал "Фе / О ₂ " система постаје равнотежа.

ОРП вода

Чиста вода за пиће је веома важан фактор у животу, који се често заборавља. Нажалост, постоји врло мало апсолутно чистих извора пијења воде која даје живот, произведених у индустријским размјерима за обезбјеђивање људских насеља. Стога се вода која улази у систем водоснабдијевања мора очистити и дезинфицирати. Како се испоставило, можете користити својства ОРП-а.

Редокс потенцијал воде се мери у миниволтима (мВ). Овај параметар указује на активност дезинфицијенса, а не на његову концентрацију, изражену у ппм. Хемијски спојеви - хлор, бром, водоник пероксид, пероцтена киселина или озон - високо ефикасни оксидациони агенси (али не увек безбедни).

Они су способни да оксидују ("селектују") електроне из других хемијских једињења, и стога су одлични дезинфицијенси. Дезинфекционим средством узрокује промене у хемијском стању патогених микроба, штетних алги и других органских материја. У пракси, то значи да деконтаминирана вода са одговарајућим нивоом пХ не само да може уништити штетне бактерије, већ се и од њих очистити.

Сигурносни стандарди

Године 1972. Свјетска здравствена организација (ВХО) у Правилнику о стандардима за питку воду утврдила је да се код АФП од 650 мВ вода сматра дезинфицираном, а инактивација вируса јавља се готово тренутно. Истраживања су показала да ако је редокс потенцијал 650 мВ, бактерија Е. цоли се уништава одмах или за неколико секунди. За уништавање отпорнијих микроорганизама, као што су Листериа, Салмонелла, квасац и гљивице, неопходно је да ОРП буде 750 мВ или више.

Како мјерити ОРП

У пракси, мерење редокс потенцијала се врши посебним уређајима. Принцип рада уређаја који региструје ОРП заснива се на мјерењу напона (у миниволтима, мВ) у електричном кругу формираном сребрном електродом (негативни пол) и платинастом траком електродом (позитивни пол). Могу се користити и други материјали, као што су графит и стаклени угљеник. Електроде уређаја се стављају у водени раствор, а затим се узимају очитавања.

Мјери се врло мали напон (мВ), који настаје када се метал стави у воду која садржи оксидирајуће и редуцирајуће твари. Ове вредности напона карактеришу потенцијал оксиданата садржаних у течности.

Могућа ограничења

Није могуће тачно измерити стандардни редокс потенцијал, стога се у пракси ОРП вредност испитиваног редокс пара мери у односу на било коју стандардну полу-реакцију поређења и електроду која је створена на њеној бази (референтна електрода). Стандардна полу-реакција мора бити реверзибилна, а референтна електрода мора имати константан и репродуцибилан потенцијал и имати прилично једноставну структуру.

Потенцијал Редок електроде

Стандардна водонична електрода која се састоји од платинске траке прекривене слојем фине платине (платина црна) и уроњена у раствор соли усваја научна заједница као универзална референтна електрода за мерење ОРП. (сумпорна) киселина са активностима хемијских елемената јона водоника, једнако једно: а _Х ⁺ = 1 .

Платина се пере од гасовитог водоника под притиском од 101,3 кПа (или 1 атм), који се сорбује на порозној површини платине црне боје. Означава се стандардном водоничном електродом: Пт (Х2) (п = 1 атм) ХЦл ( аХ ⁺ = 1) .

На површини такве реверзибилне електроде долази до пола реакције: 2Н ⁺ + ₂ ↔ Н ₂ ↑ . Потенцијал, који се конвенционално прихвата на нули на било којој температури: Е од _СХЕ = 0 . Треба напоменути да СХЕ није редокс електрода, већ се односи на такозване електроде прве врсте. Њихов потенцијал зависи од активности одређених катиона - у приказаном примеру, о активности катиона водоника.

Редокс реакције

ИАД се назива реакција са променом степена оксидације реагујућих супстанци. Са овом променом оксидациона стања јавља се са везивањем / ослобађањем електрона. Процеси додавања и трзаја електрона знанственици сматрају пола реакције редукције и оксидације, респективно:

• аОК ₁ + не В сОц ₁ (опоравак);
• бБоц ₂ - не О дОк ₂ (оксидација).

У свакој половини реакције, елемент са вишим степеном оксидације назива се оксидисана форма (ОК), ау нижем степену оксидације редукована форма (Боц). Оксидовани / редуковани облици супстанце су коњуговани редокс пар који се зове редокс пар. У редокс пару, оксидовани облик (ОК) је акцептор електрона, редукована форма (Боц) је врста донора електрона. Редукција / оксидациона полу-реакција није изводљива одвојено - ако је присутан донор електрона, онда мора бити присутан и акцептор.

Стандард ОРП

Ако је потенцијал испитиваног редокс пара измјерен у стандардизираним увјетима, температура је 25 ²⁹ С (298 К), тлак је 1 атм (101,3 кПа), а активност оксидираних и редукованих облика једнака је једном ( _ок = _сун = 1 мол / л ) назива се "стандардни редокс потенцијал" и означава се као: Е ⁰ _{цца / Вос} .

Потентиал табле

Стандардни редокс-потенцијални сетови редокс парова од стране научника се мере у пракси. Њихове вредности у волтима приказане су табелом редокс потенцијала:

Вредности декодирања

Што је већи редокс потенцијал Е ⁰ _{ОК / Боц} , то је облик више оксидисан и сходно томе редукована форма има слабију редукциону функцију. Обрнуто, што је мањи Е ⁰ _{Ок / Вос} , то је јачи обновљени облик.

Позитиван знак потенцијала указује на спонтану реакцију редукције у тандему са СХЕ, а негативна на спонтану реакцију оксидације. Потенцијали јаких оксидационих средстава ће увек бити позитивни, а јаки редукциони агенси ће бити негативни.

Табела редокс потенцијала показује да молекуларни флуор има највећа оксидативна својства, а метални магнезијум има највећа редукцијска својства. Са ове јоне Флуор и магнезијум практично немају редукционе и оксидационе особине.

Нернстова једначина

Потенцијал система зависи од односа концентрација редукованих и оксидованих облика супстанци укључених у интеракцији, температуре околине, својстава растварача, пХ раствора и других фактора. Израчунавање редокс потенцијала, изражено зависношћу потенцијала од састава раствора, показује Нернстову једначину:

Е _{Ок / Боц} = Е ⁰ _{Ок / Боц} + (РТ / нФ) × лн (аОк / аБоц),

• Е _{Ок / Вос} - реална АФП полу реакција (редокс парови).
• Е ⁰ _{Ок / Вос} - стандардна ОРП полу реакција (редокс парови).
• н је број електрона ОБ реакције.
• Р = 8,314 Ј / мол к К (моларна гасна константа).
• Ф = 96500 Ц / мол (Фарадаиев број).
• Т је апсолутна температура (у К).

Опоравак и оксидација

Редокс реакције се одређују степеном оксидације и редукције. Оксидација се односи на процесе када атоми, молекули или јони донирају електроне. И опоравак - када атоми, молекули или јони добију електроне.

Према томе, оксиданти су супстанце које вежу електроне (О2, халогене, ХНО ₃ , КМнО ₄ ) и редукциона средства која донирају електроне другим атомима током редокс процеса (Х2, метали, ХИ). Давање електрона другима, сам редукциони агенси се оксидују, а оксидациони агенси, узимајући електроне из других учесника у реакцији, се редукују: 2ФеЦл ₂ + Цл ₂ → 2ФеЦл ₃ .

Стање оксидације

То је набој који би атом у неком хемијском једињењу имао да су електрони сваке хемијске везе које су формирани потпуно пребачени на више електронегативни атом. На пример:

• ФеЦл2: Фе ^{+ 2} , 2Цл ^-1 ;
• НаХ: На ^{+ л} , Х- ¹ ;
• ЦЦИ4: Ц ^{+ 4} , 4Цл- ¹ ;
• ЦХ ₄ : Ц- ⁴ , 4Х ⁺¹ .

ОВР може да обухвати парцијалне или потпуне прелазе електрона, степен оксидације елемената се мења. Примењују се следећа правила:

• У једноставној супстанци, оксидационо стање атома ће бити нула (Цл ₂ : ₂ Цл ⁰ ).
• Степен оксидације атома из састава молекула је такође нула.
• Степен оксидације атома комплексног иона ће бити једнак набоју иона.

Одређивање редокс потенцијала тла

АФП директно утиче на структуру земљишта. Да би се измерила, електрода се заглавила у мокро тло и одређује се вредност у мВ (миливолти) на посебном уређају. Истовремено се у тлима манифестују многи процеси и редокс реакције трансформација активних хемијских елемената: органске материје, мангана, гвожђа, сумпора и азота.

Одлучујући утицај на стање земљишта врши кисеоник у два облика: растворен у влажности земље и атмосферском. Они су у равнотежи. На редокс процесима се такође смањују супстанце микроорганизама. Главни фактори који одређују фокус и интензитет АФП су:

• Степен влажности земљишта.
• Активност микрофлоре.
• Аерација тла.
• Садржај органске материје.

Високе нивое АФП карактеришу аутоморфна земљишта:

• Серозем - 350-450 мВ.
• Черноземи - 400-600 мВ.
• Подзол - 550-750 мВ.

Када се потенцијал наводњавања смањи.

ОРП вина

У производњи вина, његова важна карактеристика је редок (редок) потенцијал. Контролисањем редокс потенцијала могуће је регулисати или барем разумети значење процеса који „бјесне“ током зрења винског материјала. То су процеси реакције ферментације, редукције и оксидације.

Након контакта са кисеоником, само-оксидирајући системи се мењају, што резултира повећаним потенцијалом. У складу с тим, што је дужи период прозрачивања винског материјала, већи је његов редокс потенцијал. Ако се заустави приступ ваздуху, потенцијал се постепено смањује, достижући одређене вредности, назване маргиналним потенцијалом. По правилу, аерисана вина имају индикаторе од 350-500 мВ, вина која сазревају без приступа ваздуху - 100-150 мВ. Што дуже прође вријеме од пуњења алкохолног пића у боце, то ће бити мањи потенцијал. Потребно је отворити боцу или протрести, коефицијент мВ ће се драматично повећати.

ОРП на космичкој скали

Нормални редокс потенцијал је историјски био одлучујући фактор у геолошкој еволуцији Земље и других космичких тијела. Главни оксиданс у геолошким системима је кисеоник. Испарљивост кисеоника (фО ₂ ) је мера оксидације природних система, без обзира на присуство или одсуство гасне фазе која садржи слободни кисеоник у њима. Испарљивост кисеоника контролише понашање многих елемената у процесима кондензације протопланетарног облака, при аккретацији планета и формирању њихових металних језгара. Ово знање помаже да се предвиди присуство минерала.

Употреба АФП-а у пракси

Мерење ОРП вам омогућава да утврдите ефикасност дезинфекције воде, без обзира на врсту оксиданта који се користи или мешавину дезинфекционих једињења и других фактора. Резултат мерења обавештава да ли је процес дезинфекције заиста ефикасан. Мјерење воде ОРП може се извести у било којој точки система, чиме се одређује чистоћа извора воде, цијеви, као и инсталација водовода.

Редокс потенцијал на сваком крају система треба да буде већи од 650 мВ. Ако је ОРП измерен на крају система мањи него на почетку система, то указује да систем за снабдевање водом није добро очишћен.

Употреба ОРП-а вам омогућава да пронађете оптималну равнотежу између пХ и садржаја невезаног хлора. Тачност мерни инструменти Омогућава вам да смањите ниво хлора на онај у коме нема ризика од корозије. На пример, ако је ОРП 850 мВ, ниво клора треба да се смањи, ау случају када је вредност 600 мВ, пХ и невезани хлор треба проверити и, сходно томе, прилагодити смањењем пХ или повећањем присуства хлора.

ОРП технологија се користи у подручјима као што су обрада воде (прије и послије потрошње), обрада метала, дезинфекција свјежег поврћа и воћа, озонирање воде (комерцијални акваријуми, дезинфекција воде), производња вина, производња бјелила, клаонице на фармама перади, папирна индустрија (избјељивање пулпа), базени, СПА. Температура воде не утиче на ОРП вредност.