Перейти к содержимому
Frautotenkinder

Влияние среды в ОВР

Рекомендованные сообщения

Как влияет среда на восстановление/окисление?

К примеру: почему MnO4- в кислой среде восстанавливается до Mn2+, в нейтральной до MnO2, а в щелочной до MnO42-?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

На возможность протекания той или иной реакции окисления/восстановления влияет значение электрохимического потенциала. который в свою очередь может зависеть от концентрации H+. Чтобы лучше это понять, необходимо вспомнить уравнение Нернста

E=E^{0}+{\frac  {RT}{nF}}\ln {\frac  {a_{{{\rm {{Ox}}}}}}{a_{{{\rm {{Red}}}}}}}

Рассмотрим полуреакцию MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O:

Если немного преобразовать это уравнения подставив все константы и приняв концентрации всех ионов, кроме катионов водорода, за 1М, то получится следующее выражение

E = 1,51+ (0,059/5)*lg[H+ ]8

Из него видно, что при уменьшении концентрации катионов водорода (pH увеличивается) потенциал полуреакции тоже уменьшается:

pH = 0, E = 1,51 B

pH = 3, E = 1,23 B

pH = 7, E = 0,85 B

Для полуреакции  MnO4- + 2H2O + 3e = MnO2 + 4OH-

E = 0,6 + (0,059/3)*lg(1/[OH-]4)

pH = 7, следовательно [OH-] = 10-7 M, Е = 1,15 В

Протекает та полуреакция, чей потенциал выше при данном pH

 

Изменено пользователем vladislav_ch

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Награды

В дополнение к ответу @vladislav_ch

На случай, если ты еще не знаком с уравнением Нернста и электрохимией, достаточно написать полные полуреакции восстановления перманганата в разных средах:

кислая: 

\[MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons Mn^{2+} + 4H_2O \]

нейтральная

\[MnO_4^- + 2H_2O +3e^- \rightleftharpoons MnO_2 + 4OH^- \]

основная

\[MnO_4^- + e^- \rightleftharpoons MnO_4^{2-}\]

И посмотреть, что необходимо для протекания реакций. Для полного восстановления, нужно аж 8 эквивалентов \(H^+\) на один перманганат ион - соответственно, такое возможно только тогда, когда этих самых \(H^+\) много, что подразумевает кислую среду.

Для восстановления до \(MnO_2\) необходимо присутствие воды и желательно отсутствие \(ОН^-\) (т.к. наличие продукта должно тормозить протекание обратимой реакции). Этому условию подходит нейтральная среда.

Ну и когда среда не позволяет протекать восстановлению марганца до +2 или +4, происходит обычное присоединение электрона до +6. 

Уравнение Нернста позволяет математически описать все эти логические предположения и количественно их охарактеризовать.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@Anton @vladislav_ch Кстати, только что заметил, что в кислой среде марганец восстанавливается глубже, чем в нейтральной или щелочной среде (Т.е. в кислой, нейтральной и щелочной средах марганец восстанавливается до Mn2+, Mn+4, Mn+6 соответственно). В данном случае по глубине восстановления марганца можно расположить среды так:   Кислая>Нейтральная>Щелочная. Есть ли объяснение такой корреляции, или это работает только в этом случае?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

1 час назад, Frautotenkinder сказал:

@Anton @vladislav_ch Кстати, только что заметил, что в кислой среде марганец восстанавливается глубже, чем в нейтральной или щелочной среде (Т.е. в кислой, нейтральной и щелочной средах марганец восстанавливается до Mn2+, Mn+4, Mn+6 соответственно). В данном случае по глубине восстановления марганца можно расположить среды так:   Кислая>Нейтральная>Щелочная. Есть ли объяснение такой корреляции, или это работает только в этом случае?

Так это и есть прямое следствие того, что показал Влад и я. Чем более кислая среда, тем сильнее окислительные свойства окислителя. Это вытекает из того, что, как правило, у сильных окислителей есть атомы с очень высокой степенью окисления. При наличии таковой, необходимо соответствующее количество отрицательных ионов, что чаще всего достигается, на практике, либо оксид анионами \(O^{2-}\), либо аналогами. Такие штукенции, как видно из полуреакций, надо бы связывать в воду, а для этого нужны протоны. И дальше тоже самое обьяснение.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

×