ประเภทของระบบรีดอกซ์ ปฏิกิริยาและกระบวนการทางเคมีในดิน ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์

หน้าที่ 4 จาก 8

กระบวนการรีดอกซ์และระบบรีดอกซ์ในไวน์

ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับกระบวนการรีดอกซ์

สารออกซิไดซ์เมื่อจับกับออกซิเจนหรือให้ไฮโดรเจนออกไป ตัวอย่างเช่นเมื่อเผาซัลเฟอร์ S จะเกิดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ SO 2 เมื่อกรดซัลฟูรัส H 2 SO3 ถูกออกซิไดซ์กรดซัลฟิวริก H5SO4 จะเกิดขึ้นและเมื่อไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S ถูกออกซิไดซ์จะเกิดซัลเฟอร์ S เมื่อเฟอร์รัสซัลเฟตถูกออกซิไดซ์ต่อหน้ากรดจะเกิดเฟอร์ริกซัลเฟตขึ้น
4FeSO" + 2H 2 SO4 + 02 = 2Fe2(SO4)3 + 2H20
หรือเมื่อการสลายตัวของไดวาเลนต์ซัลเฟตไปเป็นไอออน SO~h จะได้ไอออนบวกของ Fe++
4Fe++ + 6SO " + 4H+ + 02 = 4Fe+++ + + 6SO~~ + 2H 2 0,
หรือโดยการลดประจุลบที่ไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา เราพบ
4Fe++ + 4H+ + 02 = 4Fe+++ + 2H20
ปฏิกิริยาสุดท้ายจะเหมือนกันในกรณีของการเกิดออกซิเดชันของเกลือเหล็กชนิดอื่น มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของประจุลบ ดังนั้น การออกซิเดชันของไอออนเหล็กเป็นเฟอร์ริกไอออนเกี่ยวข้องกับการเพิ่มประจุบวกโดยสูญเสียไฮโดรเจนไอออน ซึ่งจะสูญเสียประจุเพื่อสร้างอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งรวมกับออกซิเจนเพื่อให้น้ำ เป็นผลให้ในระหว่างการออกซิเดชั่นดังกล่าวประจุบวกของไอออนบวกเพิ่มขึ้นหรือซึ่งเท่ากันคือประจุลบของประจุลบลดลง ตัวอย่างเช่น การออกซิเดชันของไฮโดรเจนซัลไฟด์โดย H 2 S เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนซัลเฟอร์ไอออน S เป็นซัลเฟอร์ (S) ในความเป็นจริง ในทั้งสองกรณี มีการสูญเสียประจุไฟฟ้าหรืออิเล็กตรอนที่เป็นลบ
ในทางตรงกันข้าม เมื่อ x ลดลง ประจุบวกของไอออนบวกจะลดลง หรือประจุลบของไอออนจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น เกี่ยวกับปฏิกิริยาก่อนหน้านี้ เราสามารถพูดได้ว่ามีการรีดักชันของ H+ ไอออนไปเป็นอะตอมไฮโดรเจน H และในทิศทางตรงกันข้ามของปฏิกิริยาคือรีดักชันของ Fe+++ ไอออนไปเป็น Fe++ ไอออน ดังนั้นการลดลงจึงลดลงเป็นการเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอน
อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลอินทรีย์ คำว่า "ออกซิเดชัน" ยังคงความหมายของการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลหนึ่งไปเป็นอีกโมเลกุลหนึ่งหรือหลายกลุ่ม ซึ่งมีออกซิเจนมากกว่าหรือมีไฮโดรเจนน้อยกว่า การรีดักชันเป็นกระบวนการย้อนกลับ เช่น ออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ CH3-CH2OH ไปเป็นอัลดีไฮด์ CH3-CHO จากนั้นกลายเป็นกรดอะซิติก CH3-COOH:
-2Н +Н,0-2Н
CH3-CH2OH -> CH3-CHO-->
-> CH3-COOH
กระบวนการออกซิเดชันของโมเลกุลอินทรีย์ในเซลล์ซึ่งพบอยู่ตลอดเวลาในเคมีชีวภาพและจุลชีววิทยา ส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นผ่านการดีไฮโดรจีเนชัน ผสมกับกระบวนการรีดอกซ์และก่อให้เกิดกระบวนการรีดอกซ์ เช่น ออกซิเดชันระหว่างการหมักแอลกอฮอล์ระหว่างกลีเซอรอลและอะซีตัลดีไฮด์ เร่งปฏิกิริยาด้วยโคเดไฮเดรสและนำไปสู่แอลกอฮอล์:
CH2OH-CHON-CHO + CH3-CHO + H20 -+ CH2OH-CHON-COOH+CH3-CH2OH
ที่นี่เรากำลังพูดถึงกระบวนการรีดอกซ์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งสามารถย้อนกลับได้เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา ดังที่แสดงด้านล่าง ตัวอย่างของการเกิดออกซิเดชัน-รีดิวซ์โดยการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนและสามารถย้อนกลับได้แม้ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาใดๆ ก็ตามคือความสมดุล
เฟ+++ + Cu+ เฟ++ + Cu++
มันคือผลรวมของปฏิกิริยาพื้นฐานสองปฏิกิริยาที่อิเล็กตรอนส่งมา
Fe++++e Fe++ และ Cu+ Cu++ + e
ปฏิกิริยาย้อนกลับเบื้องต้นดังกล่าวประกอบด้วยระบบรีดอกซ์หรือระบบรีดอกซ์
พวกเขามีความสนใจโดยตรงกับวิทยาวิทยา จริงๆ แล้ว ในทางหนึ่ง ดังที่ได้แสดงไปแล้ว ไอออน Fe++ และ Cu+ สามารถออกซิไดซ์ได้โดยอัตโนมัติ กล่าวคือ พวกมันถูกออกซิไดซ์โดยตรงโดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้ออกซิเจนโมเลกุลที่ละลาย และรูปแบบที่ถูกออกซิไดซ์สามารถออกซิไดซ์สารอื่น ๆ ได้อีกครั้ง ดังนั้น ไอออนเหล่านี้ ระบบประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ในทางกลับกัน พวกมันเป็นสาเหตุของความขุ่น ซึ่งเป็นอันตรายเสมอจากมุมมองของการปฏิบัติด้านการผลิตไวน์ และเหตุการณ์นี้เองที่มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของพวกมันในการย้ายจากวาเลนต์หนึ่งไปยังอีกวาเลนต์หนึ่ง
มุมมองทั่วไปของระบบรีดอกซ์ที่แตกตัวเป็นไอออน กล่าวคือ ก่อตัวขึ้นในสารละลายโดยไอออนที่มีประจุบวกหรือลบ สามารถแสดงได้ดังนี้:
สีแดง =5± Ox + e (หรือ ne)
มุมมองทั่วไปของระบบรีดอกซ์อินทรีย์ซึ่งการเปลี่ยนส่วนประกอบรีดิวซ์ไปเป็นองค์ประกอบออกซิไดซ์เกิดขึ้นโดยการปล่อยไฮโดรเจนแทนที่จะเป็นอิเล็กตรอน:
แดง * Ox + H2.
สีแดงและวัวในที่นี้เป็นตัวแทนของโมเลกุลที่ไม่มีประจุไฟฟ้า แต่เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น หนึ่งในระบบรีดอกซ์ที่แสดงด้านบนหรือเอนไซม์บางตัวของเซลล์ H,2 จะอยู่ในสภาวะสมดุลกับไอออนของมัน และก่อให้เกิดระบบรีดอกซ์ประเภทแรก
Н2 *± 2Н+ + 2е,
ด้วยเหตุนี้ เมื่อรวมปฏิกิริยาทั้งสองเข้าด้วยกัน เราจะได้สมดุล
แดง * Ox + 2H+ + 2e
ดังนั้นเราจึงมาถึงรูปแบบที่คล้ายกับระบบไอออไนซ์ที่ปล่อยอิเล็กตรอนพร้อมกันกับการแลกเปลี่ยนไฮโดรเจน ดังนั้นระบบเหล่านี้ก็เหมือนกับระบบก่อนหน้านี้ที่มีปฏิกิริยาทางไฟฟ้า
ไม่สามารถระบุศักยภาพสัมบูรณ์ของระบบได้ คุณสามารถวัดได้เฉพาะความต่างศักย์ระหว่างระบบรีดอกซ์สองระบบเท่านั้น:
เรดี + Ox2 * Red2 + Oxj
หลักการนี้ใช้เพื่อกำหนดและวัดศักยภาพรีดอกซ์ของสารละลาย เช่น ไวน์

การจำแนกประเภทของระบบรีดอกซ์

เพื่อให้พิจารณาระบบรีดอกซ์ของไวน์ได้ดีขึ้นและเข้าใจบทบาทของพวกเขา ขอแนะนำให้ใช้การจำแนกประเภทของ Wurmser ซึ่งแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:
1) สารที่ออกฤทธิ์ทางไฟฟ้าโดยตรง ซึ่งในสารละลาย แม้จะเพียงอย่างเดียว แลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนโดยตรงกับอิเล็กโทรดแพลตตินัมเฉื่อย ซึ่งถือว่ามีศักยภาพจำเพาะมาก สารที่แยกได้เหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นระบบรีดอกซ์
ซึ่งรวมถึง: ก) ไอออนของโลหะหนักที่ประกอบกันเป็นระบบ Cu++/Cu+ และ Fe++/Fe+++; b) สีย้อมหลายชนิด ที่เรียกว่าสีย้อมรีดอกซ์รีดอกซ์ ซึ่งใช้สำหรับการวัดค่าสีของศักยภาพรีดอกซ์ c) ไรโบฟลาวินหรือวิตามิน Br และดีไฮโดรจีเนสที่รวมอยู่ด้วย (เอนไซม์สีเหลือง) มีส่วนร่วมในการหายใจของเซลล์ในองุ่นหรือในยีสต์ในแอโรไบโอซิส สิ่งเหล่านี้คือระบบออกซิไดซ์อัตโนมัติ กล่าวคือ เมื่อมีออกซิเจนอยู่ก็จะเกิดรูปแบบออกซิไดซ์ ออกซิเดชันกับออกซิเจนไม่จำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยา
2) สารที่มีฤทธิ์ทางไฟฟ้าอ่อนซึ่งไม่ทำปฏิกิริยาหรือทำปฏิกิริยาอย่างอ่อนต่ออิเล็กโทรดแพลตตินัมและไม่ได้ให้เงื่อนไขสำหรับความสมดุลอย่างอิสระ แต่กลายเป็นสารที่ออกฤทธิ์ทางไฟฟ้าเมื่ออยู่ในสารละลายต่อหน้าสารกลุ่มแรกที่มีความเข้มข้นต่ำมากและใน กรณีนี้ให้ศักยภาพบางอย่าง สารของกลุ่มที่สองทำปฏิกิริยากับกลุ่มแรก ซึ่งกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์และทำให้ระบบที่ย้อนกลับไม่ได้สามารถย้อนกลับได้ ด้วยเหตุนี้ สีย้อมลดการเกิดออกซิเดชันจึงทำให้สามารถศึกษาสารในกลุ่มนี้ พิจารณาศักยภาพปกติของสารและจำแนกประเภทได้ ในทำนองเดียวกัน การมีไอออนของเหล็กและทองแดงในไวน์ทำให้ระบบเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้า ซึ่งเมื่อแยกออกมาจะไม่ใช่ระบบรีดอกซ์
ซึ่งรวมถึง: ก) สารที่มีฟังก์ชันอีนอลซึ่งมีพันธะคู่ (-SON = COH-) ในสภาวะสมดุลที่มีฟังก์ชันได-คีโตน (-CO-CO-) เช่น วิตามินซี หรือกรดแอสคอร์บิก รีดักโตน ไดไฮดรอกซีมาเลอิก กรดกรด b) ไซโตโครมซึ่งมีบทบาทสำคัญในการหายใจของเซลล์ทั้งในพืชและสัตว์
3) สารออกฤทธิ์ทางไฟฟ้าเมื่อมีไดแอสเทส การดีไฮโดรจีเนชันของพวกมันถูกเร่งปฏิกิริยาโดยดีไฮโดรจีเนส ซึ่งมีบทบาทเพื่อให้แน่ใจว่ามีการถ่ายโอนไฮโดรเจนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง โดยทั่วไป ระบบเหล่านี้จะได้รับปฏิกิริยาทางไฟฟ้าที่อาจมีโดยการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาให้กับตัวกลางที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์ จากนั้นจะสร้างเงื่อนไขสำหรับสมดุลรีดอกซ์และศักยภาพบางอย่าง
เหล่านี้คือระบบกรดแลคติค - กรดไพรูวิคต่อหน้าแบคทีเรียแลคติกอัตโนมัติซึ่งนำเข้าสู่สมดุลรีดอกซ์ CH3-CHOH-COOH และ CH3-CO-COOH - ระบบที่เกี่ยวข้องกับการหมักกรดแลคติค เอทานอล - เอทานอลซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนอัลดีไฮด์ไปเป็นแอลกอฮอล์ในระหว่างการหมักแอลกอฮอล์หรือระบบบิวเทนไดออล - อะซิโตอิน ระบบหลังนี้ไม่สำคัญสำหรับไวน์เอง แม้ว่าสามารถสันนิษฐานได้ว่าไวน์อาจมีภาวะขาดน้ำในกรณีที่ไม่มีเซลล์จุลินทรีย์ แต่ระบบเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับการหมักแอลกอฮอล์หรือกรดแลกติก เช่นเดียวกับไวน์สำเร็จรูปที่มีเซลล์ที่มีชีวิต . พวกเขาอธิบายตัวอย่างเช่น การลดลงของเอทานอลเมื่อมียีสต์หรือแบคทีเรีย ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ทราบกันมานานแล้ว
สำหรับสารออกซิไดซ์หรือสารรีดิวซ์ทั้งหมดนี้ สามารถระบุศักยภาพในการเกิดออกซิเดชัน-รีดิวซ์ได้ ทั้งแบบปกติหรือที่เป็นไปได้ ซึ่งระบบจะออกซิไดซ์ครึ่งหนึ่งและรีดิวซ์ครึ่งหนึ่ง ซึ่งช่วยให้สามารถจำแนกประเภทตามลำดับการออกซิไดซ์หรือการลดพลังงานได้ นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะคาดการณ์ล่วงหน้าว่าระบบที่กำหนดในรูปแบบใด (ออกซิไดซ์หรือลดลง) อยู่ในสารละลายที่มีศักยภาพรีดอกซ์ที่ทราบ ทำนายการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ระบุสารที่ถูกออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์ก่อน ปัญหานี้ครอบคลุมอย่างเพียงพอในหัวข้อ “แนวคิดเกี่ยวกับศักยภาพรีดอกซ์”

เคมีทั่วไป: ตำราเรียน / A. V. Zholnin; แก้ไขโดย V.A. Popkova, A.V. Zholnina. - 2012. - 400 หน้า: ป่วย.

บทที่ 8 ปฏิกิริยารีดอกซ์และกระบวนการ

ชีวิตคือสายโซ่ต่อเนื่องของกระบวนการรีดอกซ์

อ.-แอล. ลาวัวซิเยร์

8.1. ความสำคัญทางชีวภาพของกระบวนการรีดอกซ์

กระบวนการเมแทบอลิซึม การหายใจ การสลาย การหมัก การสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นเป็นกระบวนการรีดอกซ์โดยทั่วไป ในกรณีของการเผาผลาญแบบแอโรบิก สารออกซิไดซ์หลักคือออกซิเจนโมเลกุล และตัวรีดิวซ์คือสารอินทรีย์ในผลิตภัณฑ์อาหาร ตัวบ่งชี้ว่ากิจกรรมที่สำคัญของร่างกายขึ้นอยู่กับปฏิกิริยารีดอกซ์คือศักยภาพทางไฟฟ้าชีวภาพของอวัยวะและเนื้อเยื่อ ศักยภาพทางชีวภาพเป็นคุณลักษณะเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของทิศทาง ความลึก และความเข้มข้นของกระบวนการทางชีวเคมี ดังนั้นการบันทึกศักยภาพทางชีวภาพของอวัยวะและเนื้อเยื่อจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการปฏิบัติทางคลินิกเมื่อศึกษากิจกรรมของพวกเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำการวินิจฉัยโรคหัวใจและหลอดเลือด จะทำการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ และเมื่อทำการวัดศักยภาพทางชีวภาพของกล้ามเนื้อ จะใช้การตรวจคลื่นไฟฟ้าของกล้ามเนื้อ การลงทะเบียนศักยภาพของสมอง - การตรวจสมอง - ช่วยให้สามารถตัดสินความผิดปกติทางพยาธิวิทยาของระบบประสาทได้ แหล่งที่มาของพลังงานสำหรับกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์คือศักย์ของเมมเบรนเท่ากับ 80 mV ซึ่งเกิดจากการเกิดความไม่สมมาตรของไอออนิกเช่น การกระจายของแคตไอออนและแอนไอออนไม่เท่ากันทั้งสองด้านของเมมเบรน ศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนมีลักษณะเป็นไอออนิกในคอมเพล็กซ์พหุนิวเคลียร์ กระบวนการเกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและโปรตอนระหว่างอนุภาคที่ต้านทาน

ถูกขับเคลื่อนโดยการเปลี่ยนแปลงระดับการเกิดออกซิเดชันของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาและการปรากฏตัวของศักย์รีดอกซ์ ศักยภาพรีดอกซ์มีลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์กระบวนการเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้และเป็นวัฏจักรในธรรมชาติ และเป็นรากฐานของกระบวนการทางสรีรวิทยาที่สำคัญหลายประการ มิคาเอลลิสตั้งข้อสังเกตถึงบทบาทที่สำคัญของกระบวนการรีดอกซ์ในชีวิต: “กระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตเป็นหนึ่งในกระบวนการที่ไม่เพียงแต่ดึงดูดสายตาและสามารถระบุได้เท่านั้น แต่ยังมีความสำคัญที่สุดสำหรับชีวิตทั้งทางชีววิทยาและทางชีววิทยาด้วย มุมมอง."

8.2. แก่นแท้

กระบวนการรีดอกซ์

ในปี พ.ศ. 2456 L.V. Pisarzhevsky เกิดทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวกับกระบวนการรีดอกซ์ซึ่งเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปในปัจจุบัน ปฏิกิริยาประเภทนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมของสารที่ทำปฏิกิริยา (การถ่ายโอนอิเล็กตรอน) ซึ่งแสดงออกในการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชัน

ปฏิกิริยาที่ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นสารที่ทำปฏิกิริยาเนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างพวกมันเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์

กระบวนการรีดอกซ์ประกอบด้วย 2 การกระทำเบื้องต้นหรือปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยา: ออกซิเดชันและการรีดักชัน

ออกซิเดชัน- นี่คือกระบวนการสูญเสีย (บริจาค) อิเล็กตรอนโดยอะตอม โมเลกุล หรือไอออน ในระหว่างการออกซิเดชัน สถานะออกซิเดชันของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น:

อนุภาคที่บริจาคอิเล็กตรอนเรียกว่า สารรีดิวซ์ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของตัวรีดิวซ์เรียกว่ามัน รูปแบบออกซิไดซ์:

สารรีดอกซ์และรูปแบบออกซิไดซ์ก่อให้เกิดระบบรีดอกซ์หนึ่งคู่ (Sn 2 + / Sn 4 +)

การวัดความสามารถในการรีดิวซ์ขององค์ประกอบคือ ศักยภาพไอออไนเซชันยิ่งศักยภาพไอออไนซ์ขององค์ประกอบต่ำลง ตัวรีดิวซ์ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น องค์ประกอบ s และองค์ประกอบในสถานะออกซิเดชันต่ำสุดและปานกลางจะเป็นตัวรีดิวซ์ที่รุนแรง ความสามารถของอนุภาคในการบริจาคอิเล็กตรอน (ความสามารถของผู้บริจาค) จะกำหนดคุณสมบัติการรีดิวซ์ของมัน

การกู้คืน -นี่คือกระบวนการเพิ่มอิเล็กตรอนให้กับอนุภาค ในระหว่างการรีดักชัน สถานะออกซิเดชันจะลดลง:

เรียกว่าอนุภาค (อะตอม โมเลกุล หรือไอออน) ที่ได้รับอิเล็กตรอน ออกซิไดซ์.ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์ของตัวออกซิไดซ์เรียกว่ามัน แบบฟอร์มการกู้คืน:

สารออกซิไดซ์ที่มีรูปแบบรีดอกซ์จะประกอบเป็นอีกคู่หนึ่ง (Fe 3+ /Fe 2+) ของระบบรีดอกซ์ การวัดความสามารถในการออกซิเดชั่นของอนุภาคคือ ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนยิ่งความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนมากขึ้นเช่น ความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนของอนุภาค ยิ่งมีสารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังมากขึ้นเท่านั้น ออกซิเดชันจะมาพร้อมกับการรีดักชันเสมอ และในทางกลับกัน การรีดักชันจะสัมพันธ์กับการเกิดออกซิเดชัน

ลองพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของ FeCl 3 กับ SnCl 2 กระบวนการประกอบด้วยสองปฏิกิริยาครึ่ง:

ปฏิกิริยารีดอกซ์สามารถแสดงเป็นการรวมกันของคู่คอนจูเกตสองคู่

ในระหว่างปฏิกิริยา สารออกซิไดซ์จะถูกแปลงเป็นสารรีดิวซ์คอนจูเกต (ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์) และสารรีดิวซ์จะถูกแปลงเป็นสารออกซิไดซ์คอนจูเกต (ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน) พวกเขาถือเป็นคู่รักรีดอกซ์:

ดังนั้นปฏิกิริยารีดอกซ์จึงแสดงถึงความสามัคคีของกระบวนการออกซิเดชันและการรีดักชันที่ขัดแย้งกันสองกระบวนการ ซึ่งในระบบไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีกระบวนการอื่น ในเรื่องนี้เราเห็นการสำแดงกฎสากลแห่งความสามัคคีและการดิ้นรนของสิ่งที่ตรงกันข้าม ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นหากความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของตัวออกซิไดซ์มากกว่าศักยภาพไอออไนซ์ของตัวรีดิวซ์ เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการนำแนวคิดนี้ไปใช้ อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ -ปริมาณที่แสดงลักษณะของอะตอมในการให้หรือรับอิเล็กตรอน

สมการของปฏิกิริยารีดอกซ์เขียนขึ้นโดยใช้วิธีสมดุลของอิเล็กตรอนและวิธีครึ่งปฏิกิริยา ควรเลือกใช้วิธีแบบครึ่งปฏิกิริยา การใช้งานเกี่ยวข้องกับการใช้ไอออนที่มีอยู่จริงซึ่งสามารถมองเห็นบทบาทของสิ่งแวดล้อมได้ เมื่อวาดสมการจำเป็นต้องค้นหาว่าสารชนิดใดที่เข้าสู่ปฏิกิริยาทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์และเป็นตัวรีดิวซ์อิทธิพลของ pH ของตัวกลางต่อปฏิกิริยาและสิ่งใดที่เป็นไปได้ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา คุณสมบัติรีดอกซ์แสดงโดยสารประกอบที่มีอะตอมซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวนมากและมีพลังงานต่างกัน สารประกอบขององค์ประกอบ d (กลุ่ม IB, VIIB, VIIIB) และองค์ประกอบ p (กลุ่ม VIIA, VIA, VA) มีคุณสมบัติดังกล่าว สารประกอบที่มีองค์ประกอบอยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุดจะแสดงเฉพาะคุณสมบัติออกซิไดซ์เท่านั้น(KMnO 4, H 2 SO 4), ในคุณสมบัติการบูรณะที่ต่ำที่สุดเท่านั้น(H2S) ในระดับกลาง - พวกเขาสามารถประพฤติตนได้สองวิธี(นา 2 SO 3) หลังจากเขียนสมการครึ่งปฏิกิริยาแล้ว สมการไอออนิกจะสร้างสมการปฏิกิริยาในรูปแบบโมเลกุล:

การตรวจสอบความถูกต้องของสมการ: จำนวนอะตอมและประจุทางด้านซ้ายของสมการจะต้องเท่ากับจำนวนอะตอมและประจุทางด้านขวาของสมการของแต่ละองค์ประกอบ

8.3. แนวคิดเรื่องศักยภาพของอิเล็กโทรด กลไกการปรากฏศักยภาพของอิเล็กโทรด เซลล์กัลวานิค สมการเนิร์นสต์

การวัดความสามารถรีดอกซ์ของสารคือศักยภาพรีดอกซ์ ให้เราพิจารณากลไกของการเกิดขึ้นที่อาจเกิดขึ้น เมื่อโลหะที่เกิดปฏิกิริยา (Zn, Al) ถูกจุ่มลงในสารละลายเกลือของมัน เช่น Zn ในสารละลายของ ZnSO 4 การละลายของโลหะเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากกระบวนการออกซิเดชั่น การก่อตัวของคู่ สองเท่า ชั้นไฟฟ้าบนพื้นผิวโลหะและการเกิดขึ้นของศักยภาพของคู่ Zn 2 +/Zn°

โลหะที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือ เช่น สังกะสีในสารละลายซิงค์ซัลเฟต เรียกว่าอิเล็กโทรดประเภทที่ 1 นี่คืออิเล็กโทรดสองเฟสที่มีประจุลบ ศักยภาพเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (ตามกลไกแรก) (รูปที่ 8.1) เมื่อโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ (Cu) ถูกจุ่มลงในสารละลายเกลือของพวกมันเอง จะเกิดกระบวนการที่ตรงกันข้าม ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างโลหะกับสารละลายเกลือ โลหะจะสะสมตัวเป็นผลมาจากกระบวนการรีดักชันของไอออนที่มีความสามารถในการรับอิเล็กตรอนสูง ซึ่งเกิดจากประจุนิวเคลียสที่สูงและมีรัศมีของไอออนน้อย . อิเล็กโทรดจะมีประจุบวก แอนไอออนของเกลือส่วนเกินจะก่อตัวเป็นชั้นที่สองในพื้นที่ใกล้อิเล็กโทรด และศักย์ไฟฟ้าของคู่ Cu 2 +/Cu° จะเกิดขึ้น ศักยภาพเกิดขึ้นจากกระบวนการฟื้นฟูตามกลไกที่สอง (รูปที่ 8.2) กลไก ขนาด และเครื่องหมายของศักย์อิเล็กโทรดถูกกำหนดโดยโครงสร้างของอะตอมของผู้เข้าร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรด

ดังนั้นศักยภาพจึงเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับสารละลายอันเป็นผลมาจากกระบวนการออกซิเดชั่นและการรีดักชันที่เกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมของโลหะ (อิเล็กโทรด) และการก่อตัวของชั้นไฟฟ้าสองชั้นเรียกว่าศักย์ไฟฟ้า

หากอิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนจากแผ่นสังกะสีไปยังแผ่นทองแดง ความสมดุลบนแผ่นจะหยุดชะงัก ในการทำเช่นนี้ เราเชื่อมต่อแผ่นสังกะสีและทองแดงที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือด้วยตัวนำโลหะ และสารละลายใกล้อิเล็กโทรดด้วยสะพานอิเล็กโทรไลต์ (ท่อที่มีสารละลาย K 2 SO 4) เพื่อปิดวงจร ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นครึ่งหนึ่งเกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดสังกะสี:

และบนทองแดง - การลดลงครึ่งหนึ่งของปฏิกิริยา:

กระแสไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยารีดอกซ์ทั้งหมด:

กระแสไฟฟ้าปรากฏในวงจร สาเหตุของการเกิดและการไหลของกระแสไฟฟ้า (EMF) ในเซลล์กัลวานิกคือความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้า (E) - รูปที่ 8.3.

ข้าว. 8.3.แผนภาพวงจรไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิก

เซลล์กัลวานิกเป็นระบบที่พลังงานเคมีของกระบวนการรีดอกซ์ถูกแปลง

เป็นไฟฟ้า วงจรเคมีของเซลล์กัลวานิกมักจะเขียนในรูปแบบของแผนภาพสั้นๆ โดยวางอิเล็กโทรดลบมากกว่าไว้ทางด้านซ้าย คู่ที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดนี้จะถูกระบุด้วยเส้นแนวตั้ง และความต่างศักย์ไฟฟ้าจะปรากฏขึ้น เส้นสองเส้นระบุขอบเขตระหว่างวิธีแก้ปัญหา ประจุอิเล็กโทรดแสดงอยู่ในวงเล็บ: (-) Zn°|Zn 2 +||Cu 2 +|Cu° (+) - แผนภาพของวงจรเคมีของเซลล์กัลวานิก

ศักยภาพรีดอกซ์ของทั้งคู่ขึ้นอยู่กับลักษณะของผู้เข้าร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรดและอัตราส่วนของความเข้มข้นสมดุลของรูปแบบออกซิไดซ์และรูปแบบรีดิวซ์ของผู้เข้าร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรดในสารละลาย อุณหภูมิของสารละลาย และมีการอธิบายไว้ โดยสมการเนิร์สต์ คุณลักษณะเชิงปริมาณของระบบรีดอกซ์คือศักยภาพรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของสารละลายแพลตตินัม-น้ำ ขนาดของศักยภาพในหน่วย SI มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) และคำนวณโดย สมการเนิร์สต์-ปีเตอร์ส:

โดยที่ a(Ox) และ a(สีแดง) คือกิจกรรมของรูปแบบออกซิไดซ์และรูปแบบรีดิวซ์ตามลำดับ ร- ค่าคงที่ก๊าซสากล ต- อุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์, K; เอฟ- ค่าคงที่ฟาราเดย์ (96,500 C/mol) n- จำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในกระบวนการรีดอกซ์เบื้องต้น เอ - กิจกรรมของไฮโดรเนียมไอออน ม- สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ก่อนไฮโดรเจนไอออนในครึ่งปฏิกิริยา ค่า φ° คือศักย์รีดอกซ์มาตรฐาน กล่าวคือ ศักยภาพที่วัดได้ภายใต้สภาวะ a(Ox) = a(สีแดง) = a(H +) = 1 และอุณหภูมิที่กำหนด

ศักย์มาตรฐานของระบบ 2H + /H 2 ถือเป็น 0 V ศักย์มาตรฐานเป็นค่าอ้างอิงและจัดทำเป็นตารางที่อุณหภูมิ 298K สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดสูงไม่ปกติสำหรับระบบทางชีววิทยา ดังนั้น เพื่อระบุลักษณะกระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบสิ่งมีชีวิต จึงมีการใช้ศักยภาพอย่างเป็นทางการมากกว่า โดยพิจารณาภายใต้เงื่อนไข a(Ox) = a(สีแดง), pH 7.4 และอุณหภูมิ 310K ( ระดับสรีรวิทยา) เมื่อเขียนศักย์ของคู่ ค่านั้นจะแสดงเป็นเศษส่วน โดยมีตัวออกซิไดซ์ในตัวเศษและตัวรีดิวซ์ในตัวส่วน

เป็นเวลา 25 °C (298K) หลังจากแทนค่าคงที่ (R = 8.31 J/mol deg; เอฟ= 96,500 C/mol) สมการ Nernst มีรูปแบบดังนี้:

โดยที่ φ° คือศักย์รีดอกซ์มาตรฐานของคู่ V; กับของและกับv.f. - ผลคูณของความเข้มข้นสมดุลของรูปแบบออกซิไดซ์และรูปแบบรีดิวซ์ตามลำดับ x และ y เป็นสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ในสมการครึ่งปฏิกิริยา

ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดเกิดขึ้นบนพื้นผิวของแผ่นโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือและขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของรูปแบบออกซิไดซ์ [M n+ ] เท่านั้น เนื่องจากความเข้มข้นของรูปแบบที่ลดลงจะไม่เปลี่ยนแปลง การพึ่งพาศักย์อิเล็กโทรดกับความเข้มข้นของไอออนที่มีชื่อเดียวกันนั้นถูกกำหนดโดยสมการ:

โดยที่ [M n+ ] คือความเข้มข้นสมดุลของไอออนโลหะ n- จำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งและสอดคล้องกับสถานะออกซิเดชันของไอออนของโลหะ

ระบบรีดอกซ์แบ่งออกเป็นสองประเภท:

1) ในระบบจะมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เกิดขึ้น Fe 3 + + ē = = Fe 2 +, Sn 2 + - 2ē = Sn 4 + นี้ สมดุลรีดอกซ์ที่แยกได้

2) ระบบเมื่อการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเสริมด้วยการถ่ายโอนโปรตอนเช่น สังเกต ความสมดุลรวมประเภทต่างๆ:โปรโตไลติก (กรด-เบส) และรีดอกซ์ที่มีการแข่งขันที่เป็นไปได้ระหว่างอนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอนสองตัว ในระบบทางชีววิทยา ระบบรีดอกซ์ที่สำคัญจัดอยู่ในประเภทนี้

ตัวอย่างของระบบประเภทที่สองคือกระบวนการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในร่างกาย: H 2 O 2 + 2H + + 2ē ↔ 2H 2 O รวมถึงการลดลงของสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดของสารออกซิไดซ์หลายชนิดที่มีออกซิเจน : CrO 4 2-, Cr 2 O 7 2-, MnO 4 - . ตัวอย่างเช่น MnO 4 - + 8H + + 5ē = = Mn 2 + + 4H 2 O อิเล็กตรอนและโปรตอนมีส่วนร่วมในครึ่งปฏิกิริยานี้ ศักยภาพของคู่สกุลเงินคำนวณโดยใช้สูตร:

ในช่วงที่กว้างขึ้นของคู่คอนจูเกต รูปแบบออกซิไดซ์และรีดิวซ์ของคู่จะอยู่ในสารละลายในระดับออกซิเดชันที่แตกต่างกัน (MnO 4 - /Mn 2 +) เป็นอิเล็กโทรดวัด

ในกรณีนี้จะใช้อิเล็กโทรดที่ทำจากวัสดุเฉื่อย (Pt) อิเล็กโทรดไม่ได้มีส่วนร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรดและมีบทบาทเป็นพาหะของอิเล็กตรอนเท่านั้น ศักยภาพที่เกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในสารละลายเรียกว่า ศักยภาพรีดอกซ์

มันวัดกันที่ อิเล็กโทรดรีดอกซ์เป็นโลหะเฉื่อยที่พบในสารละลายที่มีคู่ออกซิไดซ์และรีดิวซ์ เช่น เมื่อทำการวัด อีโอคู่ Fe 3 + /Fe 2 + ใช้อิเล็กโทรดรีดอกซ์ - อิเล็กโทรดวัดแพลตตินัม อิเล็กโทรดอ้างอิงคือไฮโดรเจน ซึ่งทราบศักยภาพของทั้งคู่

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิก:

แผนภาพลูกโซ่เคมี: (-)Pt|(H 2 °), H+||Fe 3 +, Fe 2 +|Pt(+)

ศักยภาพในการลดการเกิดออกซิเดชันคือการวัดความสามารถรีดอกซ์ของสาร ค่าศักยภาพของคู่มาตรฐานระบุไว้ในตารางอ้างอิง

รูปแบบต่อไปนี้ถูกบันทึกไว้ในชุดของศักยภาพรีดอกซ์

1. หากศักย์รีดอกซ์มาตรฐานของคู่หนึ่งเป็นลบ เช่น φ°(Zn 2+ (p)/Zn°(t)) = -0.76 V จากนั้นเมื่อสัมพันธ์กับคู่ไฮโดรเจนซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า ค่านี้ คู่ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ศักยภาพเกิดขึ้นจากกลไกแรก (ปฏิกิริยาออกซิเดชัน)

2. หากศักยภาพของทั้งคู่เป็นบวก เช่น φ°(Cu 2 + (p)/ Cu (t)) = +0.345 V สัมพันธ์กับไฮโดรเจนหรือคู่คอนจูเกตอื่นๆ ซึ่งมีศักยภาพต่ำกว่า คู่นี้ เป็นสารออกซิไดซ์ ศักยภาพของคู่นี้เกิดจากกลไกที่สอง (ปฏิกิริยารีดักชัน)

3. ยิ่งค่าพีชคณิตของศักย์มาตรฐานของคู่มีค่าสูง ความสามารถในการออกซิไดซ์ของรูปแบบออกซิไดซ์ก็จะยิ่งสูงขึ้น และความสามารถในการรีดิวซ์ของรูปแบบรีดิวซ์ก็จะยิ่งต่ำลง

คู่รัก การลดลงของค่าของศักยภาพเชิงบวกและการเพิ่มขึ้นของค่าลบนั้นสอดคล้องกับการลดลงของกิจกรรมออกซิเดชั่นและการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการลดลง ตัวอย่างเช่น:

8.4. อิเล็กโทรดไฮโดรเจน การวัดศักยภาพรีดอกซ์

ศักยภาพรีดอกซ์ของคู่ถูกกำหนดโดยศักยภาพของชั้นไฟฟ้าสองชั้น แต่น่าเสียดายที่ไม่มีวิธีการวัด ดังนั้นพวกเขาไม่ได้กำหนดค่าสัมบูรณ์ แต่เป็นค่าสัมพัทธ์โดยเลือกคู่อื่นเพื่อเปรียบเทียบ การวัดศักย์ไฟฟ้าจะดำเนินการโดยใช้การติดตั้งแบบโพเทนชิโอเมตริก ซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบกัลวานิกที่มีวงจร: อิเล็กโทรดของคู่ทดสอบ (อิเล็กโทรดสำหรับวัด) เชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดของคู่ไฮโดรเจน (H + /H°) หรืออื่น ๆ ซึ่งทราบศักยภาพ (อิเล็กโทรดอ้างอิง) เซลล์กัลวานิกเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงและมิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้า (รูปที่ 8.4)

คู่ไฮโดรเจนเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดไฮโดรเจนอันเป็นผลมาจากกระบวนการรีดอกซ์: 1/2H 2 o (g) ↔ H + (p) + e - อิเล็กโทรดไฮโดรเจนประกอบด้วยครึ่งเซลล์

จากแผ่นแพลตตินัมที่เคลือบด้วยแพลตตินัมชั้นบางๆ หลวมๆ จุ่มลงในสารละลายกรดซัลฟิวริก 1 N ไฮโดรเจนถูกส่งผ่านสารละลาย ในชั้นแพลตตินัมที่มีรูพรุน ส่วนหนึ่งของมันจะกลายเป็นอะตอม ทั้งหมดนี้อยู่ในภาชนะแก้ว (หลอด) อิเล็กโทรดไฮโดรเจนเป็นอิเล็กโทรดสามเฟสประเภทแรก (แก๊ส-โลหะ) จากการวิเคราะห์สมการศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดสำหรับอิเล็กโทรดไฮโดรเจน เราสามารถสรุปได้ว่าศักยภาพของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง

ข้าว. 8.4.อิเล็กโทรดไฮโดรเจน

โดยค่า pH ลดลง (ความเป็นกรดเพิ่มขึ้น) ของตัวกลางและความดันบางส่วนของก๊าซไฮโดรเจนเหนือสารละลายลดลง

8.5. การทำนายทิศทาง

โดยการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของสารและโดยค่าของศักยภาพรีดอกซ์มาตรฐาน

ทิศทางของปฏิกิริยารีดอกซ์สามารถตัดสินได้จากการเปลี่ยนแปลงศักย์ไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอลของระบบ (พลังงานกิ๊บส์) และพลังงานอิสระ (ΔG) ของกระบวนการ ปฏิกิริยานี้เป็นไปได้โดยพื้นฐานที่ ΔG o < 0. В окислительно-восстановительной реакции изменение свободной энергии равно электрической работе, совершаемой системой, в результате которой ē переходит от восстановителя к окислителю. Это находит отражение в формуле:

ที่ไหน เอฟ- ค่าคงที่ฟาราเดย์เท่ากับ 96.5 kK/mol; n- จำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในกระบวนการรีดอกซ์ ต่อสาร 1 โมล อีโอ- ขนาดของความแตกต่างระหว่างศักย์รีดอกซ์มาตรฐานของคู่คอนจูเกตสองคู่ของระบบซึ่งเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของปฏิกิริยา (EMF) สมการนี้สะท้อนถึงความหมายทางกายภาพของความสัมพันธ์ อีโอและพลังงานกิ๊บส์อิสระจากปฏิกิริยา

สำหรับการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ จำเป็นที่ความต่างศักย์ของคู่คอนจูเกตจะเป็นค่าบวก ซึ่งตามมาจากสมการ เช่น คู่ที่มีศักยภาพสูงกว่าสามารถทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ได้ ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปจนกว่าศักยภาพของทั้งสองคู่จะเท่ากัน ดังนั้นเพื่อตอบคำถามว่าตัวรีดิวซ์ที่กำหนดจะถูกออกซิไดซ์โดยตัวออกซิไดซ์ที่กำหนดหรือไม่หรือในทางกลับกัน คุณจำเป็นต้องรู้ ΔE o : ΔE โอ = φ°ออกไซด์ - φ°การฟื้นตัว ปฏิกิริยาดำเนินไปในทิศทางที่ส่งผลให้เกิดสารออกซิไดซ์ที่อ่อนลงและตัวรีดิวซ์ที่อ่อนลง ดังนั้น ด้วยการเปรียบเทียบศักยภาพของคู่คอนจูเกตสองคู่ จึงเป็นไปได้ที่จะแก้ไขปัญหาทิศทางของกระบวนการโดยพื้นฐาน

งาน.เป็นไปได้หรือไม่ที่จะลดไอออน Fe 3+ ด้วยไอออน T1+ ตามรูปแบบที่เสนอ:

ปฏิกิริยา ΔE° มีค่าเป็นลบ:

ปฏิกิริยานี้เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากรูปแบบออกซิไดซ์ของคู่ Fe 3+ / Fe 2 + ไม่สามารถออกซิไดซ์คู่ T1+ ของ T1 3 + / T1 + ได้

ถ้าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของปฏิกิริยาเป็นลบ ปฏิกิริยาก็จะเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม ยิ่งค่า ΔE° ยิ่งมาก ปฏิกิริยาก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น

งาน.พฤติกรรมทางเคมีของ FeC1 3 ในสารละลายที่ประกอบด้วย:

ก) ใช่; ข) NaBr?

เราเขียนครึ่งปฏิกิริยาและค้นหาศักยภาพสำหรับคู่:

ก) อีปฏิกิริยา 2I - + 2Fe 3 + = I 2 + 2Fe 2 + จะเท่ากับ 0.771-0.536 = = 0.235 V อีมีความหมายเชิงบวก ดังนั้นปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปสู่การก่อตัวของไอโอดีนอิสระและ Fe 2+

b) E° ของปฏิกิริยา 2Br - + 2Fe 3 + = Br 2 + 2Fe 2 + จะเท่ากับ 0.771-1.065 = -0.29 V. ค่าลบ อีโอแสดงให้เห็นว่าเฟอร์ริกคลอไรด์จะไม่ถูกออกซิไดซ์โดยโพแทสเซียมโบรไมด์

8.6. ค่าคงที่สมดุล

ปฏิกิริยารีดอกซ์

ในบางกรณี จำเป็นต้องรู้ไม่เพียงแต่ทิศทางและความเข้มข้นของปฏิกิริยารีดอกซ์เท่านั้น แต่ยังต้องทราบความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาด้วย (เปอร์เซ็นต์ของสารตั้งต้นที่ถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา) ตัวอย่างเช่น ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ คุณสามารถพึ่งพาเฉพาะปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริง 100% เท่านั้น ดังนั้น ก่อนที่จะใช้ปฏิกิริยานี้หรือปฏิกิริยานั้นในการแก้ปัญหาใดๆ ให้กำหนดค่าคงที่เท่ากับ

ข่าว (KR) ของระบบเกาะที่กำหนด ในการหาค่า Kp ของกระบวนการรีดอกซ์ ให้ใช้ตารางศักยภาพรีดอกซ์มาตรฐานและสมการ Nernst:

เพราะว่าเมื่อถึงจุดสมดุล ศักยภาพของคู่คอนจูเกตของตัวออกซิไดเซอร์และรีดิวเซอร์ของกระบวนการรีดอกซ์จะเท่ากัน: φ°ออกไซด์ - φ°การฟื้นตัว = 0 แล้ว อีโอ= 0. จากสมการเนิร์สต์ภายใต้สภาวะสมดุล อีโอปฏิกิริยาเท่ากับ:

ที่ไหน n- จำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์ ป.ล. ต่อ อำเภอและป.ล. อ้างอิง c-c - ตามลำดับผลคูณของความเข้มข้นสมดุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาและสารเริ่มต้นต่อกำลังของสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ในสมการปฏิกิริยา

ค่าคงที่สมดุลบ่งชี้ว่าสถานะสมดุลของปฏิกิริยาที่กำหนดเกิดขึ้นเมื่อผลคูณของความเข้มข้นสมดุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยามากกว่าผลคูณของความเข้มข้นสมดุลของสารตั้งต้น 10 เท่า นอกจากนี้ ค่า Kp ที่สูงบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากซ้ายไปขวา การรู้จัก Kp เป็นไปได้โดยไม่ต้องอาศัยข้อมูลการทดลองเพื่อคำนวณความสมบูรณ์ของปฏิกิริยา

8.7. ปฏิกิริยารีดอกซ์ในระบบชีวภาพ

ในช่วงชีวิต ความต่างศักย์ไฟฟ้าอาจเกิดขึ้นในเซลล์และเนื้อเยื่อ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีไฟฟ้าในร่างกายสามารถแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มหลัก

1. กระบวนการรีดอกซ์เนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง กระบวนการเหล่านี้มีลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์

2. กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนไอออน (โดยไม่เปลี่ยนประจุ) และการก่อตัวของศักยภาพทางชีวภาพ ศักยภาพทางชีวภาพที่บันทึกไว้ในร่างกายส่วนใหญ่เป็นศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ พวกมันเป็นไอออนิกในธรรมชาติ จากกระบวนการเหล่านี้ ศักยภาพจึงเกิดขึ้นระหว่างชั้นต่างๆ ของเนื้อเยื่อที่อยู่ในสภาวะทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกัน มีความเกี่ยวข้องกับความเข้มที่แตกต่างกันของกระบวนการรีดอกซ์ทางสรีรวิทยา ตัวอย่างเช่น ศักยภาพที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อของพื้นผิวใบในด้านที่มีแสงสว่างและไม่มีแสงสว่างอันเป็นผลมาจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในอัตราที่แตกต่างกัน พื้นที่ที่มีแสงสว่างจะมีประจุบวกเมื่อเทียบกับพื้นที่ที่ไม่มีแสงสว่าง

ในกระบวนการรีดอกซ์ที่มีลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์ สามารถแยกแยะได้สามกลุ่ม

กลุ่มแรกประกอบด้วยกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของออกซิเจนและไฮโดรเจน กระบวนการเหล่านี้ดำเนินการโดยการมีส่วนร่วมของคอมเพล็กซ์การถ่ายโอนอิเล็กตรอน - คอมเพล็กซ์เฮเทอโรวาเลนต์และเฮเทอโรนิวเคลียร์ การถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ้นในสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะชนิดเดียวกันหรืออะตอมของโลหะต่างกัน แต่มีสถานะออกซิเดชันต่างกัน แหล่งที่มาของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่ใช้งานอยู่คือโลหะทรานซิชันซึ่งมีสถานะออกซิเดชันที่เสถียรหลายสถานะ และการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและโปรตอนไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมาก การถ่ายโอนสามารถทำได้ในระยะทางไกล การย้อนกลับของกระบวนการทำให้สามารถมีส่วนร่วมในกระบวนการแบบวนซ้ำได้ กระบวนการออสซิลเลชันเหล่านี้พบได้ในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ (ไซโตโครม) การสังเคราะห์โปรตีน และกระบวนการเมแทบอลิซึม การเปลี่ยนแปลงกลุ่มนี้เกี่ยวข้องกับการรักษาสภาวะสมดุลของสารต้านอนุมูลอิสระและปกป้องร่างกายจากความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น เป็นตัวควบคุมเชิงรุกของกระบวนการอนุมูลอิสระ ซึ่งเป็นระบบสำหรับการรีไซเคิลสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และมีส่วนร่วมในการออกซิเดชันของสารตั้งต้น

เช่น คาตาเลส, เปอร์ออกซิเดส, ดีไฮโดรจีเนส ระบบเหล่านี้มีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและแอนติเปอร์ออกไซด์

กลุ่มที่สองประกอบด้วยกระบวนการรีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของออกซิเจนและไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น การออกซิเดชันของกลุ่มอัลดีไฮด์ของสารตั้งต้นให้เป็นกรด:

กลุ่มที่สามรวมถึงกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนโปรตอนและอิเล็กตรอนจากสารตั้งต้นซึ่งขึ้นอยู่กับ pH ในธรรมชาติและเกิดขึ้นต่อหน้าเอนไซม์ดีไฮโดรจีเนส (E) และโคเอ็นไซม์ (Co) พร้อมการก่อตัวของเอนไซม์ที่กระตุ้นการทำงานของโคเอ็นไซม์- สารตั้งต้นที่ซับซ้อน (E-Co-S ) เพิ่มอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออนบวกจากสารตั้งต้น และทำให้เกิดออกซิเดชัน โคเอ็นไซม์ดังกล่าวคือนิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ (NAD +) ซึ่งยึดอิเล็กตรอนสองตัวและโปรตอนหนึ่งตัว:

ในกระบวนการทางชีวเคมี สมดุลทางเคมีแบบรวมเกิดขึ้น: กระบวนการรีดอกซ์ โปรโตไลติก และกระบวนการเชิงซ้อน กระบวนการนี้มักมีลักษณะเป็นเอนไซม์ ประเภทของออกซิเดชันของเอนไซม์: ดีไฮโดรจีเนส, ออกซิเดส (ไซโตโครม, ลดการเกิดออกซิเดชันของอนุมูลอิสระ) กระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในร่างกายสามารถแบ่งได้ตามเงื่อนไขเป็นประเภทต่อไปนี้: 1) ปฏิกิริยาของการสลายภายในโมเลกุล (ความไม่สมส่วน) เนื่องจากอะตอมคาร์บอนของสารตั้งต้น; 2) ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล การมีอยู่ของสถานะออกซิเดชันที่หลากหลายของอะตอมคาร์บอนตั้งแต่ -4 ถึง +4 บ่งบอกถึงความเป็นคู่ของมัน ดังนั้นในเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาการเปลี่ยนรูปรีดอกซ์เนื่องจากอะตอมของคาร์บอน ซึ่งเกิดขึ้นภายในและระหว่างโมเลกุลจึงเป็นเรื่องปกติ

8.8. ศักยภาพของเมมเบรน

ตั้งแต่สมัยของ ร.วีร์โชว ก็ได้ทราบมาว่า เซลล์ที่มีชีวิตเป็นเซลล์เบื้องต้นขององค์กรทางชีววิทยาที่ให้การทำงานทั้งหมดของร่างกาย การเกิดขึ้นของกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่างในร่างกายมีความเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนไอออนในเซลล์และเนื้อเยื่อและมาพร้อมกับการปรากฏตัวของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น บทบาทใหญ่ในการขนส่งเมมเบรนเป็นของการขนส่งสารแบบพาสซีฟ: ออสโมซิส,

การกรองและอิเล็กโตรเจเนซิสทางชีวภาพ ปรากฏการณ์เหล่านี้ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติการกั้นของเยื่อหุ้มเซลล์ ความต่างศักย์ระหว่างสารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกันซึ่งคั่นด้วยเมมเบรนแบบเลือกสรรได้เรียกว่าศักย์ของเมมเบรน ศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนมีลักษณะเป็นไอออนิกมากกว่าแบบอิเล็กทรอนิกส์ เกิดจากการเกิดความไม่สมดุลของไอออน เช่น การกระจายตัวของไอออนทั้งสองด้านของเมมเบรนไม่เท่ากัน

องค์ประกอบประจุบวกของตัวกลางระหว่างเซลล์นั้นใกล้เคียงกับองค์ประกอบไอออนิกของน้ำทะเล: โซเดียม, โพแทสเซียม, แคลเซียม, แมกนีเซียม ในกระบวนการวิวัฒนาการ ธรรมชาติได้สร้างวิธีพิเศษในการลำเลียงไอออนที่เรียกว่า การขนส่งแบบพาสซีฟควบคู่ไปกับการปรากฏตัวของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ในหลายกรณี พื้นฐานของการถ่ายโอนสารคือการแพร่กระจาย ดังนั้นบางครั้งจึงเรียกว่าศักยภาพที่เกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มเซลล์ ศักยภาพในการแพร่กระจายมันมีอยู่จนกว่าความเข้มข้นของไอออนจะเท่ากัน ค่าที่เป็นไปได้มีน้อย (0.1 V) การแพร่กระจายแบบอำนวยความสะดวกเกิดขึ้นผ่านช่องไอออน ความไม่สมดุลของไอออนิกใช้เพื่อสร้างแรงกระตุ้นในเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อ อย่างไรก็ตาม การมีไอออนิกไม่สมมาตรทั้งสองด้านของเมมเบรนก็มีความสำคัญเช่นกันสำหรับเซลล์ที่ไม่สามารถสร้างศักยภาพในการกระตุ้นได้

8.9. คำถามและงานสำหรับการทดสอบตัวเอง

การเตรียมตัวสำหรับชั้นเรียน

และการสอบ

1. ให้แนวคิดเกี่ยวกับศักย์ไฟฟ้าและรีดอกซ์

2.สังเกตรูปแบบหลักที่พบในชุดของศักยภาพรีดอกซ์

3.ความสามารถในการรีดิวซ์ของสารเป็นตัวชี้วัดอะไร? ยกตัวอย่างตัวรีดิวซ์ที่พบมากที่สุด

4.อะไรคือการวัดความสามารถในการออกซิไดซ์ของสาร? ยกตัวอย่างสารออกซิไดซ์ที่พบบ่อยที่สุด

5. คุณจะทดลองหาค่าของศักยภาพรีดอกซ์ได้อย่างไร?

6. ศักยภาพของระบบ Co 3+ /Co 2+ จะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อมีการใส่ไซยาไนด์ไอออนเข้าไป อธิบายคำตอบของคุณ.

7.ยกตัวอย่างปฏิกิริยาที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีบทบาทเป็นสารออกซิไดซ์ (ตัวรีดิวซ์) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและด่าง

8. อะไรคือความสำคัญของปรากฏการณ์ในการระบุสภาพแวดล้อมลิแกนด์ของอะตอมกลางต่อศักยภาพรีดอกซ์สำหรับการทำงานของระบบสิ่งมีชีวิต?

9. วัฏจักร Krebs ในปฏิกิริยาออกซิเดชันทางชีวภาพของกลูโคสจะเกิดขึ้นก่อนปฏิกิริยาทันที:

โดยที่ NADH และ NAD + เป็นรูปแบบรีดิวซ์และออกซิไดซ์ของนิโคตินาไมด์ไดนิวคลีโอไทด์ ปฏิกิริยารีดอกซ์นี้ดำเนินไปในทิศทางใดภายใต้สภาวะมาตรฐาน?

10.สารที่ทำปฏิกิริยาแบบผันกลับได้กับสารออกซิไดซ์และปกป้องพื้นผิวมีชื่ออะไรบ้าง?

11.ยกตัวอย่างการทำงานของสารฆ่าเชื้อแบคทีเรียตามคุณสมบัติออกซิเดชั่น

12. ปฏิกิริยาที่เป็นพื้นฐานของวิธีการเปอร์แมงกานาโตเมทรีและไอโอโดเมทรี แนวทางการทำงานและวิธีการเตรียมการ

13.บทบาททางชีวภาพของปฏิกิริยาที่สถานะออกซิเดชันของแมงกานีสและโมลิบดีนัมเปลี่ยนแปลงไปคืออะไร?

14.กลไกการเกิดพิษของสารประกอบไนโตรเจน (III), ไนโตรเจน (IV), ไนโตรเจน (V) คืออะไร?

15.ซูเปอร์ออกไซด์ไอออนทำให้เป็นกลางในร่างกายได้อย่างไร? ให้สมการปฏิกิริยา ไอออนของโลหะมีบทบาทอย่างไรในกระบวนการนี้?

16.บทบาททางชีวภาพของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งคืออะไร: Fe 3+ + ē ↔ Fe 2+ ; Cu 2+ + ē ↔ Cu + ; โค 3+ + ē ↔ โค 2+ ? ยกตัวอย่าง.

17. EMF มาตรฐานเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ของกระบวนการรีดอกซ์อย่างไร

18.เปรียบเทียบความสามารถในการออกซิไดซ์ของโอโซน ออกซิเจน และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ที่เป็นน้ำ สนับสนุนคำตอบของคุณด้วยข้อมูลแบบตาราง

19.กระบวนการทางเคมีใดที่ทำให้เกิดการเป็นกลางของอนุมูลไอออนซูเปอร์ออกไซด์และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในร่างกาย? ให้สมการครึ่งปฏิกิริยา

20.ยกตัวอย่างกระบวนการรีดอกซ์ในระบบสิ่งมีชีวิต พร้อมด้วยการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ d

21.ยกตัวอย่างการใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์ในการล้างพิษ

22.ยกตัวอย่างผลกระทบที่เป็นพิษของสารออกซิไดซ์

23. สารละลายประกอบด้วยอนุภาค Cr 3+, Cr 2 O 7 2-, I 2, I - พิจารณาว่าสิ่งใดโต้ตอบได้เองภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน

24.อนุภาคใดเหล่านี้เป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงกว่าในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด KMnO 4 หรือ K 2 Cr 2 O 7

25.จะกำหนดค่าคงที่การแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์อ่อนโดยใช้วิธีโพเทนชิโอเมตริกได้อย่างไร วาดแผนภาพวงจรเคมีของเซลล์กัลวานิก

26. เป็นที่ยอมรับหรือไม่ที่จะแนะนำสารละลาย RMnO 4 และ NaNO 2 เข้าสู่ร่างกายพร้อมกัน?

8.10. งานทดสอบ

1. โมเลกุลฮาโลเจน (สารธรรมดา) ใดที่แสดงความเป็นคู่ของรีดอกซ์

ก) ไม่มีเลย พวกมันทั้งหมดเป็นเพียงตัวออกซิไดซ์เท่านั้น

b) ทุกอย่างยกเว้นฟลูออรีน

c) ทุกอย่างยกเว้นไอโอดีน

d) ฮาโลเจนทั้งหมด

2. เฮไลด์ไอออนในข้อใดมีฤทธิ์รีดิวซ์ได้มากที่สุด

ก)ฉ - ;

ข)C1 - ;

ค)ฉัน - ;

ง)Br - .

3. ฮาโลเจนชนิดใดที่เกิดปฏิกิริยาไม่สมส่วน

ก) ทุกอย่างยกเว้นฟลูออรีน

b) ทุกอย่างยกเว้นฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน

c) ทุกอย่างยกเว้นคลอรีน

d) ไม่มีฮาโลเจนใดที่เกี่ยวข้อง

4. หลอดทดลองสองหลอดประกอบด้วยสารละลายของ KBr และ KI เติมสารละลาย FeCl 3 ลงในหลอดทดลองทั้งสองหลอด ในกรณีใดเฮไลด์ไอออนจะถูกออกซิไดซ์เป็นฮาโลเจนอิสระถ้า E o (Fe 3+ / เฟ 2+) = 0.77 โวลต์; E°(Br 2 /2Br -) = 1.06 V; อี โอ (I2/2I -) = 0.54 V?

ก) KBr และ KI;

ข) KI;

ค) เคบีอาร์;

d) ไม่ว่าในกรณีใด ๆ

5. สารรีดิวซ์ที่ทรงพลังที่สุด:

6. ปฏิกิริยาใดที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะเป็นก๊าซออกซิเจนเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา?

7. องค์ประกอบใดต่อไปนี้มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์สูงที่สุด

ก)O;

ข)C1;

ค)ยังไม่มีข้อความ;

ง)ส

8. คาร์บอนในสารประกอบอินทรีย์มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

ก) สารออกซิไดซ์;

b) ตัวรีดิวซ์;

คุณลักษณะที่โดดเด่นของปฏิกิริยารีดอกซ์คือการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอนุภาคที่ทำปฏิกิริยา - ไอออน, อะตอม, โมเลกุลและเชิงซ้อนซึ่งเป็นผลมาจากสถานะออกซิเดชันของอนุภาคเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไป

เฟ2+? อี? = เฟ3+.

เนื่องจากอิเล็กตรอนไม่สามารถสะสมในสารละลายได้ กระบวนการสองกระบวนการจึงต้องเกิดขึ้นพร้อมกัน - การสูญเสียและการได้มาซึ่งก็คือกระบวนการออกซิเดชันของอนุภาคบางส่วนและการลดลงของอนุภาคอื่น ๆ ดังนั้น ปฏิกิริยารีดอกซ์ใดๆ จึงสามารถแสดงในรูปของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งได้เสมอ:

aOx1 + bRed2 = aRed1 + bOx2

อนุภาคต้นกำเนิดและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาแต่ละครึ่งปฏิกิริยาประกอบขึ้นเป็นคู่หรือระบบรีดอกซ์ ในครึ่งปฏิกิริยาข้างต้น Red1 จะถูกควบเข้ากับ Ox1 และ Ox2 จะถูกควบเข้ากับ Red1

ไม่เพียงแต่อนุภาคในสารละลายเท่านั้น แต่อิเล็กโทรดยังสามารถทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคหรือตัวรับอิเล็กตรอนได้อีกด้วย ในกรณีนี้ ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดกับสารละลาย และเรียกว่าเคมีไฟฟ้า

ปฏิกิริยารีดอกซ์ เช่นเดียวกับปฏิกิริยาเคมีทั้งหมด สามารถย้อนกลับได้ในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น ทิศทางของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของคุณสมบัติผู้ให้อิเล็กตรอนของส่วนประกอบของระบบของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของรีดอกซ์หนึ่งตัวและคุณสมบัติตัวรับอิเล็กตรอนของวินาที (โดยมีเงื่อนไขว่าปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงสมดุลนั้นคงที่) การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระหว่างปฏิกิริยารีดอกซ์ทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้า ดังนั้นศักยภาพซึ่งวัดเป็นโวลต์จึงทำหน้าที่เป็นตัววัดความสามารถในการรีดอกซ์ของสารประกอบ

ในการประเมินคุณสมบัติออกซิเดชั่น (รีดักทีฟ) ของระบบในเชิงปริมาณ อิเล็กโทรดที่ทำจากวัสดุเฉื่อยทางเคมีจะถูกจุ่มลงในสารละลาย ที่ส่วนต่อประสานเฟส กระบวนการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเกิดศักย์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นหน้าที่ของกิจกรรมของอิเล็กตรอนในสารละลาย ยิ่งความสามารถในการออกซิไดซ์ของสารละลายสูง ค่าศักยภาพก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

ไม่สามารถวัดค่าสัมบูรณ์ของศักยภาพของระบบได้ อย่างไรก็ตาม หากคุณเลือกระบบรีดอกซ์ระบบใดระบบหนึ่งเป็นระบบมาตรฐาน เมื่อสัมพันธ์กับระบบรีดอกซ์นั้น ก็จะเป็นไปได้ที่จะวัดศักยภาพของระบบรีดอกซ์อื่นๆ โดยไม่คำนึงถึงอิเล็กโทรดที่ไม่แยแสที่เลือก ระบบ H+/H2 ซึ่งถือว่าศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ จะถูกเลือกให้เป็นระบบมาตรฐาน

ข้าว. 1.

1. อิเล็กโทรดแพลทินัม

2. การจัดหาก๊าซไฮโดรเจน

3. สารละลายกรด (ปกติคือ HCl) ซึ่งมีความเข้มข้นของ H+ = 1 โมล/ลิตร

4. ซีลน้ำที่ป้องกันการซึมของออกซิเจนจากอากาศ

5. สะพานอิเล็กโทรไลต์ (ประกอบด้วยสารละลาย KCl เข้มข้น) ซึ่งช่วยให้คุณเชื่อมต่อครึ่งหลังของเซลล์กัลวานิก

ศักยภาพของระบบรีดอกซ์ใดๆ ที่วัดภายใต้สภาวะมาตรฐานสัมพันธ์กับอิเล็กโทรดไฮโดรเจน เรียกว่าศักย์มาตรฐาน (E0) ของระบบนี้ ศักย์มาตรฐานจะถือว่าเป็นบวกหากระบบทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์และเกิดปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของออกซิเดชันที่อิเล็กโทรดไฮโดรเจน:

หรือเป็นลบหากระบบทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ และปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของการรีดักชันเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดไฮโดรเจน:

ค่าสัมบูรณ์ของศักย์มาตรฐานแสดงถึง "ความแข็งแกร่ง" ของตัวออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์

ศักย์มาตรฐาน - ปริมาณมาตรฐานทางอุณหพลศาสตร์ - เป็นพารามิเตอร์ทางเคมีกายภาพและการวิเคราะห์ที่สำคัญมาก ซึ่งช่วยให้สามารถประเมินทิศทางของปฏิกิริยาที่สอดคล้องกัน และคำนวณกิจกรรมของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะสมดุล

เพื่อระบุลักษณะเฉพาะของระบบรีดอกซ์ภายใต้สภาวะเฉพาะ จะใช้แนวคิดเกี่ยวกับศักย์ไฟฟ้าจริง (อย่างเป็นทางการ) E0 ซึ่งสอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นที่อิเล็กโทรดในสารละลายเฉพาะที่กำหนดเมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นของไอออนที่กำหนดความเป็นออกซิไดซ์และรูปแบบรีดิวซ์ของไอออนกำหนดศักยภาพ เท่ากับ 1 โมล/ลิตร และความเข้มข้นคงที่ของสารละลายส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมด

จากมุมมองเชิงวิเคราะห์ ศักยภาพที่แท้จริงมีคุณค่ามากกว่าศักยภาพมาตรฐาน เนื่องจากพฤติกรรมที่แท้จริงของระบบไม่ได้ถูกกำหนดโดยมาตรฐาน แต่โดยศักยภาพที่แท้จริง และเป็นสิ่งหลังที่ช่วยให้เราสามารถทำนายการเกิดขึ้นของ ปฏิกิริยารีดอกซ์ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ ศักยภาพที่แท้จริงของระบบขึ้นอยู่กับความเป็นกรด การมีอยู่ของไอออนแปลกปลอมในสารละลาย และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง

ในการก่อตัวของคุณสมบัติทางเคมีของดิน กระบวนการรีดอกซ์ถือเป็นหนึ่งในสถานที่ชั้นนำ ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่กำหนดสถานะรีดอกซ์ของขอบเขตดินคือออกซิเจนในอากาศในดินและสารละลายในดิน สารประกอบออกไซด์และโปรทอกไซด์ของเหล็ก แมงกานีส ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ อินทรียวัตถุ และจุลินทรีย์

ปฏิกิริยาออกซิเดชันและการรีดักชันเกิดขึ้นพร้อมๆ กันเสมอ ออกซิเดชันของสารหนึ่งที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาจะมาพร้อมกับรีดักชันของสารอื่น

กระบวนการรีดอกซ์เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นกระบวนการที่รวมถึงการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอนุภาคหนึ่งของสารไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง ออกซิเดชันเป็นปฏิกิริยาที่เติมออกซิเจนให้กับสารหรือสารสูญเสียไฮโดรเจนหรืออิเล็กตรอน การลดลงคือการสูญเสียออกซิเจนจากสารและการเติมไฮโดรเจนหรืออิเล็กตรอนลงในสาร

ความสามารถของดินที่จะเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์นั้นวัดโดยใช้ศักยภาพในการเกิดออกซิเดชันรีดอกซ์ (ORP)

ศักยภาพรีดอกซ์เทียบกับไฮโดรเจนเรียกว่าเอห์ ค่านี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและอัตราส่วนของสารออกซิไดซ์และสารรีดิวซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการสร้างดิน เนื่องจากการมีอยู่ของระบบรีดอกซ์บางระบบในขอบฟ้าของดิน จึงเป็นไปได้ที่จะระบุความต่างศักย์ (Eh) ในหน่วยมิลลิโวลต์โดยใช้อิเล็กโทรดคู่ที่จุ่มอยู่ในดิน ค่า Eh ในดินประเภทต่างๆ และขอบเขตดินจะแตกต่างกันไปในช่วง 100-800 mV และบางครั้งก็มีค่าเป็นลบ ค่าของ Eh ขึ้นอยู่กับสภาวะกรดเบสของสิ่งแวดล้อม พืชพรรณ และจุลินทรีย์อย่างมีนัยสำคัญ

ภายใต้สภาพดิน ส่วนสำคัญของส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์จะแสดงด้วยเฟสของแข็ง ในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับเฟสของแข็ง ดินจะมีบัฟเฟอร์สูงจนกว่าส่วนประกอบเหล่านี้จะทำปฏิกิริยา ความจุบัฟเฟอร์คือความสามารถของดินในการทนต่อการเปลี่ยนแปลงของ ORP ภายใต้อิทธิพลภายนอก แนวคิดนี้แสดงคุณลักษณะเสถียรภาพของระบบรีดอกซ์ของดินภายใต้สภาวะไดนามิกตามธรรมชาติ และสามารถเรียกว่าบัฟเฟอร์ไดนามิกได้ ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ สารฮิวมิกและแร่ธาตุของเหล็กไฮดรอกไซด์จะทำปฏิกิริยาที่ความเร็วต่ำ

ดินมีระบบรีดอกซ์ชุดใหญ่: Fe3+ - Fe2+, Mn2+ - Mn3+ - Mn4+, Cu+ - Cu2+, Co2+ - Co3+, NO3‾ - NO2‾ - NH3‾, S6‾ - S2‾

มีระบบรีดอกซ์แบบย้อนกลับและย้อนกลับไม่ได้ ระบบที่พลิกกลับได้คือระบบที่ในกระบวนการเปลี่ยนระบบรีดอกซ์ จะไม่เปลี่ยนปริมาณส่วนประกอบทั้งหมด ระบบที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะสูญเสียสารบางอย่างไปในกระบวนการเปลี่ยนระบบรีดอกซ์ สารเหล่านี้กลายเป็นก๊าซหรือตกตะกอน ตามกฎแล้วระบบที่ไม่สามารถย้อนกลับได้จะมีอำนาจเหนือกว่าในดิน

ระบบรีดอกซ์แบบผันกลับได้ประกอบด้วย:

ระบบ Fe3+ ⇆Fe2+ ระบบนี้ครอบครองสถานที่พิเศษในบรรดาระบบที่พลิกกลับได้ มันตอบสนองอย่างไวต่อการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในสภาพแวดล้อมรีดอกซ์ ความสามารถในการละลายของสารประกอบเหล็กเฟอร์ริกต่ำมาก การอพยพของสารประกอบเหล็กส่วนใหญ่เป็นไปได้ในรูปของสารประกอบเหล็กที่เป็นเหล็กภายใต้สภาวะที่มีความเป็นกรดสูงและ Eh ต่ำ

ระบบ Mn2+ ⇆ Mn4+ ระบบนี้มีความไวอย่างยิ่งต่อการเปลี่ยนแปลงของ ORP สารประกอบแมงกานีสเตตระวาเลนต์จะไม่ละลายภายใต้สภาวะที่มีลักษณะเฉพาะของขอบเขตดิน แมงกานีสที่แลกเปลี่ยนได้มีค่าไดวาเลนต์ ความเข้มข้นของไอออนแมงกานีสไดเวเลนต์จะเพิ่มขึ้นหลายหมื่นเท่าโดยมีความเป็นกรดเพิ่มขึ้นและ Eh ลดลง การอพยพของสารประกอบแมงกานีสในระหว่างกระบวนการสร้างดินในทิศทางแนวตั้งและแนวนอนนั้นคล้ายคลึงกับการอพยพของสารประกอบเหล็ก

ระบบรีดอกซ์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ได้แก่ :

ระบบ NO3 → NO2 → NO → N กระบวนการไนตริฟิเคชั่นและการสะสมของไนเตรตเกิดขึ้นภายใต้สภาวะออกซิเดชั่นและที่ Eh สูง 400-500 mV ความชื้นในดินลด Eh และส่งเสริมการพัฒนากระบวนการดีไนตริฟิเคชัน

ระบบซัลเฟต ⇆ ซัลไฟด์ ระบบรีดอกซ์นี้มีบทบาทสำคัญในดินทุกชนิดที่มีเกลือของกรดซัลฟิวริก ด้วยการมีส่วนร่วมของจุลินทรีย์ ระบบซัลเฟต-ซัลไฟด์เมื่อมีอินทรียวัตถุและการขาดออกซิเจนจะเปลี่ยนไปสู่ซัลไฟด์ กระบวนการรีดิวซ์ซัลเฟตเป็นโลหะซัลเฟอร์เกิดขึ้น:

Na2SO4 + 2C = Na2S + CO2

ภายใต้อิทธิพลของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ในดิน โลหะซัลเฟอร์จะสลายตัวและก่อตัวเป็นไบคาร์บอเนตและคาร์บอเนตของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธได้อย่างง่ายดาย ในกรณีนี้ กระบวนการลดซัลเฟตเกิดขึ้น:

Na2S + H2CO3 = Na2CO3 + H2S

อย่างไรก็ตาม ในสารละลายดิน ปริมาณธาตุที่มีความจุแปรผันจะค่อนข้างน้อย ดังนั้นสารละลายในดินจึงมีความจุ OM และความจุบัฟเฟอร์ต่ำ และค่า Eh จึงไม่เสถียร

อิทธิพลที่มีนัยสำคัญมากขึ้นต่อกระบวนการ OM ในดินนั้นเกิดจากออกซิเจนที่ละลายในสารละลายในดิน จุลินทรีย์ในดิน และน้ำ

ปฏิกิริยาของดินเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ และตัวน้ำเองก็สามารถทำหน้าที่เป็นทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ได้

ตามลักษณะของกระบวนการรีดอกซ์ ดินสามชุดมีความโดดเด่น: 1) ดินออโตมอร์ฟิกที่มีความเด่นของสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ 2) ดินที่มีสภาพแวดล้อมที่เป็นรางรีดิวซ์ 3) ดินที่มีสภาพแวดล้อมรีดิวซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์

กระบวนการ OM มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการเปลี่ยนแปลงของสารตกค้างจากพืช การสะสมและองค์ประกอบของสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้น และผลที่ตามมาคือการก่อตัวของโปรไฟล์ของดิน

บล็อกการเช่า

ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป

สถานะออกซิเดชัน- นี่คือประจุทั่วไปของอะตอม หากเราถือว่าโมเลกุลถูกสร้างขึ้นตามกลไกไอออนิก (หรือ - นี่คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับหรือแจกไป)

ผู้ฟื้นฟู– อะตอม โมเลกุล ไอออน – ผู้บริจาคอิเล็กตรอน

สารออกซิไดซ์- อะตอม โมเลกุล ไอออน - รับอิเล็กตรอน

สารรีดิวซ์มีส่วนร่วมในกระบวนการออกซิเดชั่นโดยเพิ่มสถานะออกซิเดชัน

สารออกซิไดซ์ - มีส่วนร่วมในกระบวนการรีดิวซ์โดยลดสถานะออกซิเดชันลง

ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์

1. โมเลกุล - ปฏิกิริยาที่อะตอมออกซิไดซ์และรีดิวซ์อยู่ในโมเลกุลของสารต่าง ๆ เช่น:

H2S + Cl2 → ส + 2เอชซีแอล

2. ภายในโมเลกุล- ปฏิกิริยาที่พบอะตอมออกซิไดซ์และรีดิวซ์ในโมเลกุลของสารชนิดเดียวกัน เช่น

2น้ำ → 2H2 + O2

3. ความไม่สมส่วน(ออกซิเดชันอัตโนมัติ - การรักษาตัวเอง) - ปฏิกิริยาที่องค์ประกอบเดียวกันทำหน้าที่เป็นทั้งตัวออกซิไดซ์และเป็นตัวรีดิวซ์เช่น:

Cl2 + น้ำ → HClO + เอชซีแอล

4. การรายงานสัดส่วน (สัดส่วน, ความไม่สมส่วน) - ปฏิกิริยาที่ได้รับสถานะออกซิเดชันหนึ่งสถานะจากสถานะออกซิเดชันที่ต่างกันสองสถานะขององค์ประกอบเดียวกัน:

ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์ในร่างกายมนุษย์

ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน: SH2 + HAD+= S + HADH+H+

การสูญเสียอิเล็กตรอน: O20 + 1eO2-

การถ่ายโอน 2H+ จากซับสเตรตรีดิวซ์ไปยังโมเลกุลออกซิเจน: SH2 + O20 +2e= S + H2O

การเติมออกซิเจนให้กับสารตั้งต้น: SH2 + 1/2O20 +2e= H O - S -H

กลไกการเกิดอิเล็กโทรดและศักย์รีดอกซ์ สมการเนิร์นสต์-ปีเตอร์ส.

การวัดความสามารถรีดอกซ์ของสารคือศักยภาพรีดอกซ์ ให้เราพิจารณากลไกของการเกิดขึ้นที่อาจเกิดขึ้น เมื่อโลหะที่เกิดปฏิกิริยา (Zn, Al) ถูกจุ่มลงในสารละลายเกลือของมัน เช่น Zn ในสารละลายของ ZnSO4 การละลายของโลหะเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากกระบวนการออกซิเดชั่น การก่อตัวของคู่ กระแสไฟฟ้าสองเท่า ชั้นบนพื้นผิวของโลหะ และการเกิดขึ้นของศักย์คู่ Zn2+/Zn°

โลหะที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือ เช่น สังกะสีในสารละลายซิงค์ซัลเฟต เรียกว่าอิเล็กโทรดประเภทที่ 1 นี่คืออิเล็กโทรดสองเฟสที่มีประจุลบ ศักยภาพเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (รูปที่ 8.1) เมื่อโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ (Cu) ถูกจุ่มลงในสารละลายเกลือของพวกมันเอง จะเกิดกระบวนการที่ตรงกันข้าม ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างโลหะกับสารละลายเกลือ โลหะจะสะสมตัวเป็นผลมาจากกระบวนการรีดักชันของไอออนที่มีความสามารถในการรับอิเล็กตรอนสูง ซึ่งเกิดจากประจุนิวเคลียสที่สูงและมีรัศมีของไอออนน้อย . อิเล็กโทรดจะมีประจุบวก แอนไอออนของเกลือส่วนเกินจะก่อตัวเป็นชั้นที่สองในพื้นที่ใกล้อิเล็กโทรด และศักย์ไฟฟ้าของคู่ Cu2+/Cu° จะเกิดขึ้น ศักยภาพเกิดขึ้นจากกระบวนการลดขนาด (รูปที่ 8.2) กลไก ขนาด และเครื่องหมายของศักย์อิเล็กโทรดถูกกำหนดโดยโครงสร้างของอะตอมของผู้เข้าร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรด

ดังนั้นศักยภาพที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับสารละลายอันเป็นผลมาจากกระบวนการออกซิเดชั่นและการรีดักชันที่เกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมของโลหะ (อิเล็กโทรด) และการก่อตัวของชั้นไฟฟ้าสองชั้นจึงเรียกว่า ศักย์ไฟฟ้า.

หากอิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนจากแผ่นสังกะสีไปยังแผ่นทองแดง ความสมดุลบนแผ่นจะหยุดชะงัก ในการทำเช่นนี้ เราเชื่อมต่อแผ่นสังกะสีและทองแดงที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือด้วยตัวนำโลหะ และสารละลายใกล้อิเล็กโทรดด้วยสะพานอิเล็กโทรไลต์ (ท่อที่มีสารละลาย K2SO4) เพื่อปิดวงจร ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นครึ่งหนึ่งเกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดสังกะสี:

และบนทองแดง - การลดลงครึ่งหนึ่งของปฏิกิริยา:

กระแสไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยารีดอกซ์ทั้งหมด:

ข้าว. 8.3.แผนภาพวงจรไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิก

เซลล์กัลวานิกเป็นระบบที่พลังงานเคมีของกระบวนการรีดอกซ์ถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า วงจรเคมีของเซลล์กัลวานิกมักจะเขียนในรูปแบบของแผนภาพสั้นๆ โดยวางอิเล็กโทรดลบมากกว่าไว้ทางด้านซ้าย คู่ที่เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรดนี้จะถูกระบุด้วยเส้นแนวตั้ง และความต่างศักย์ไฟฟ้าจะปรากฏขึ้น เส้นสองเส้นระบุขอบเขตระหว่างวิธีแก้ปัญหา ประจุอิเล็กโทรดแสดงอยู่ในวงเล็บ: (-) Zn°|Zn2+||Cu2+|Cu° (+) - แผนภาพวงจรเคมีของเซลล์กัลวานิก

ลักษณะเชิงปริมาณของระบบรีดอกซ์คือ ศักยภาพรีดอกซ์เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างเฟสแพลตตินัมและสารละลายที่เป็นน้ำ ขนาดของศักยภาพในหน่วย SI มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) และคำนวณโดย สมการเนิร์สต์-ปีเตอร์ส:

โดยที่ a(Ox) และ a(สีแดง) คือกิจกรรมของรูปแบบออกซิไดซ์และรูปแบบรีดิวซ์ตามลำดับ ร- ค่าคงที่ก๊าซสากล ต- อุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์, K; เอฟ- ค่าคงที่ฟาราเดย์ (96,500 C/mol) n- จำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในกระบวนการรีดอกซ์เบื้องต้น เอ - กิจกรรมของไฮโดรเนียมไอออน ม- สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ก่อนไฮโดรเจนไอออนในครึ่งปฏิกิริยา ค่า φ° คือศักย์รีดอกซ์มาตรฐาน กล่าวคือ ศักยภาพที่วัดได้ภายใต้สภาวะ a(Ox) = a(สีแดง) = a(H+) = 1 และอุณหภูมิที่กำหนด

ศักย์มาตรฐานของระบบ 2H+/H2 ถือเป็น 0 V ศักย์มาตรฐานเป็นค่าอ้างอิงและจัดทำเป็นตารางที่อุณหภูมิ 298K สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดสูงไม่ปกติสำหรับระบบทางชีววิทยา ดังนั้น เพื่อระบุลักษณะกระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบสิ่งมีชีวิต จึงมีการใช้ศักยภาพอย่างเป็นทางการมากกว่า โดยพิจารณาภายใต้เงื่อนไข a(Ox) = a(สีแดง), pH 7.4 และอุณหภูมิ 310K ( ระดับสรีรวิทยา) เมื่อเขียนศักย์ของคู่ ค่านั้นจะแสดงเป็นเศษส่วน โดยมีตัวออกซิไดซ์ในตัวเศษและตัวรีดิวซ์ในตัวส่วน

โดยที่ φ° คือศักย์รีดอกซ์มาตรฐานของคู่ V; so.fyu และ sv.f. - ผลคูณของความเข้มข้นสมดุลของรูปแบบออกซิไดซ์และรีดิวซ์ตามลำดับ x และ y เป็นสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ในสมการครึ่งปฏิกิริยา

ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของแผ่นโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือ และขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของรูปแบบออกซิไดซ์ [Mn+] เท่านั้น เนื่องจากความเข้มข้นของรูปแบบที่ลดลงจะไม่เปลี่ยนแปลง การพึ่งพาศักย์อิเล็กโทรดกับความเข้มข้นของไอออนที่มีชื่อเดียวกันนั้นถูกกำหนดโดยสมการ:

โดยที่ [Mn+] คือความเข้มข้นสมดุลของไอออนโลหะ n- จำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งและสอดคล้องกับสถานะออกซิเดชันของไอออนของโลหะ

ระบบรีดอกซ์แบ่งออกเป็นสองประเภท:

1) ในระบบจะมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เกิดขึ้น Fe3+ + ē = = Fe2+, Sn2+ - 2ē = Sn4+ นี้ สมดุลรีดอกซ์ที่แยกได้

ตัวอย่างของระบบประเภทที่สองคือกระบวนการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในร่างกาย: H2O2 + 2H+ + 2ē ↔ 2H2O รวมถึงการลดลงของสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดของสารออกซิไดซ์หลายชนิดที่มีออกซิเจน: CrO42-, Cr2O72- , MnO4-. ตัวอย่างเช่น MnО4- + 8Н+ + 5ē = = Mn2+ + 4Н2О ปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งนี้เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนและโปรตอน ศักยภาพของคู่สกุลเงินคำนวณโดยใช้สูตร:

ในช่วงที่กว้างขึ้นของคู่คอนจูเกต รูปแบบออกซิไดซ์และรูปแบบรีดิวซ์ของคู่อยู่ในสารละลายในระดับการออกซิเดชันที่แตกต่างกัน (MnO4-/Mn2+) เป็นอิเล็กโทรดวัด

ในกรณีนี้จะใช้อิเล็กโทรดที่ทำจากวัสดุเฉื่อย (Pt) อิเล็กโทรดไม่ได้มีส่วนร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรดและมีบทบาทเป็นพาหะของอิเล็กตรอนเท่านั้น

ศักยภาพที่เกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในสารละลายเรียกว่า ศักยภาพรีดอกซ์

มันวัดกันที่อิเล็กโทรดรีดอกซ์เป็นโลหะเฉื่อยที่พบในสารละลายที่มีคู่ออกซิไดซ์และรีดิวซ์ เช่น เมื่อทำการวัด อีโอคู่รัก Fe3+/Fe2+ ใช้อิเล็กโทรดรีดอกซ์ ซึ่งเป็นอิเล็กโทรดวัดแพลตตินัม อิเล็กโทรดอ้างอิงคือไฮโดรเจน ซึ่งทราบศักยภาพของทั้งคู่

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิก:

แผนภาพลูกโซ่เคมี: (-)Pt|(H2°), H+||Fe3+, Fe2+|Pt(+)

ดังนั้นศักยภาพในการเกิดออกซิเดชัน-รีดิวซ์ (ORP)คือศักยภาพของระบบที่กิจกรรมของรูปแบบออกซิเดชั่นและรีดิวซ์ของสารที่กำหนดมีค่าเท่ากัน ORP วัดโดยใช้อิเล็กโทรดรีดอกซ์ร่วมกับอิเล็กโทรดอ้างอิงมาตรฐาน

ปฏิกิริยารีดอกซ์แต่ละปฏิกิริยามีปฏิกิริยาของตัวเอง คู่รีดอกซ์– คู่นี้มีสารอยู่ในรูปออกซิไดซ์และรีดิวซ์ (Fe+3/Fe+2)

การวัดเชิงปริมาณของกิจกรรมของคู่รีดอกซ์คือค่าของ ORP

ไอโออาร์พี>>>ตัวออกซิไดเซอร์

คู่โออาร์พี<<<восстановитель

ORP ขึ้นอยู่กับ:

ธรรมชาติของคู่รีดอกซ์

ความเข้มข้น

อุณหภูมิ

ความแข็งแรงเปรียบเทียบของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ การทำนายทิศทางของกระบวนการรีดอกซ์โดยพิจารณาจากค่าศักยภาพรีดอกซ์

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรด (E°) ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์สัมพันธ์กับไฮโดรเจน มีเครื่องหมาย "-" และเครื่องหมาย "+" มีศักย์มาตรฐานของอิเล็กโทรดที่เป็นสารออกซิไดซ์

โลหะที่จัดเรียงตามลำดับที่เพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐานจะก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า ชุดไฟฟ้าเคมีของแรงดันไฟฟ้าของโลหะ: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, อัล, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au

รูปแบบต่อไปนี้ถูกบันทึกไว้ในชุดของศักยภาพรีดอกซ์

1. หากศักยภาพรีดอกซ์มาตรฐานของคู่หนึ่งเป็นลบ เช่น φ°(Zn2+(p)/Zn°(t)) = -0.76 V จากนั้นเมื่อสัมพันธ์กับคู่ไฮโดรเจนซึ่งมีศักยภาพสูงกว่า คู่นี้จะทำหน้าที่ เป็นตัวรีดิวซ์ ศักยภาพเกิดขึ้นจากกลไกแรก (ปฏิกิริยาออกซิเดชัน)

2. หากศักยภาพของทั้งคู่เป็นบวก เช่น φ°(Cu2+(p)/ Cu(t)) = +0.345 V เทียบกับไฮโดรเจนหรือคู่คอนจูเกตอื่นๆ ที่มีศักยภาพต่ำกว่า คู่นี้คือสารออกซิไดซ์ ศักยภาพของคู่นี้เกิดจากกลไกที่สอง (ปฏิกิริยารีดักชัน)

3. ยิ่งค่าพีชคณิตของศักย์มาตรฐานของคู่มีค่าสูง ความสามารถในการออกซิไดซ์ของรูปแบบออกซิไดซ์ก็จะยิ่งสูงขึ้น และความสามารถในการรีดิวซ์ของรูปแบบรีดิวซ์ของคู่นี้ก็จะยิ่งต่ำลง การลดลงของค่าของศักยภาพเชิงบวกและการเพิ่มขึ้นของค่าลบนั้นสอดคล้องกับการลดลงของกิจกรรมออกซิเดชั่นและการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการลดลง ตัวอย่างเช่น:

การเปรียบเทียบค่าศักย์รีดอกซ์มาตรฐานช่วยให้เราสามารถตอบคำถาม: ปฏิกิริยารีดอกซ์นี้เกิดขึ้นหรือไม่?

ความแตกต่างระหว่างศักย์ออกซิเดชันมาตรฐานของคู่ครึ่งคู่ออกซิไดซ์และรีดิวซ์เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF)

E0 = เอก-Evost

เกณฑ์เชิงปริมาณสำหรับการประเมินความเป็นไปได้ของปฏิกิริยารีดอกซ์เฉพาะที่เกิดขึ้นคือค่าบวกของความแตกต่างระหว่างศักยภาพรีดอกซ์มาตรฐานของปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์

เพื่อสร้างความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นเองภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานของ OVR จำเป็นต้องมี:

G0298= - พี F E0

E>0 ก< 0 - самопроизвольно

อี< 0 G>0 - ย้อนกลับ

E = 0 G = 0 - สมดุลเคมี

หลักการทางกายภาพเคมีของการขนส่งอิเล็กตรอนในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนของไมโตคอนเดรีย.

กระบวนการรีดอกซ์ทุกประเภทเกิดขึ้นในระหว่างการออกซิเดชันของสารตั้งต้นในไมโตคอนเดรียบนเยื่อหุ้มชั้นในซึ่งมีเอนไซม์อยู่มากมาย - ดีไฮโดรจีเนส, โคเอ็นไซม์ (NAD +, FAD, UBC), ชุดของไซโตโครม b, c1, c และเอนไซม์ - ไซโตโครมออกซิเดส พวกมันสร้างระบบลูกโซ่ทางเดินหายใจของเซลล์ โดยโปรตอนและอิเล็กตรอนถูกถ่ายทอดจากสารตั้งต้นไปยังโมเลกุลออกซิเจนที่เฮโมโกลบินส่งไปยังเซลล์

แต่ละองค์ประกอบของห่วงโซ่การหายใจมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าหนึ่งของศักยภาพรีดอกซ์ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปตามห่วงโซ่การหายใจเกิดขึ้นทีละขั้นตอนจากสารที่มีศักยภาพต่ำ (-0.32 V) ไปยังสารที่มีศักยภาพสูงกว่า (+0.82 V) เนื่องจากสารประกอบใด ๆ สามารถบริจาคอิเล็กตรอนให้กับสารประกอบที่มีศักยภาพรีดอกซ์สูงกว่าเท่านั้น (ตาราง 1).

ตารางที่ 1

ศักยภาพรีดอกซ์มาตรฐานของชีวโมเลกุลของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ

ระบบ

ครึ่งปฏิกิริยา

ศักยภาพรีดอกซ์, V

NAD+/NAD×H

NAD+ + H+ + 2 ē → NAD×H

แฟด/แฟด×H2

FAD+ + 2H+ + 2 ē → FAD×N2

UBH/ UBH×N2

UBH+ 2H+ + 2 ē → UBH×N2

ไซโตโครม บี

ไซโตโครม c1

ไซโตโครม ค

ไซโตโครม เอ + เอ3

О2 + 4 Н+ + 4 ē → 2 Н2О

ห่วงโซ่การหายใจของเนื้อเยื่อสามารถแสดงเป็นแผนภาพ:

อันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันทางชีวภาพ (ดีไฮโดรจีเนชัน) อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอม (ในรูปของโปรตอนสองตัวและอิเล็กตรอนสองตัว) จากสารตั้งต้นจะเข้าสู่ห่วงโซ่การหายใจ ขั้นแรก การแข่งขันผลัดของโปรตอนและอิเล็กตรอนคู่หนึ่งเกิดขึ้นกับโมเลกุล NAD+ ซึ่งจะกลายเป็น NAD รูปแบบรีดิวซ์ × H จากนั้นระบบฐานฟลาวิน (FAD/FAD × H2 หรือ FMN/FMN × H2) ตัวรับโปรตอนสองตัวและอิเล็กตรอนสองตัวถัดไปคือ ubiquinone (UBQ) ถัดไป มีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่ถูกถ่ายโอน: อิเล็กตรอนสองตัวจาก UBH × H2 ถูกควบคุมโดยไซโตโครมตามลำดับตามค่าของศักยภาพรีดอกซ์ (ตารางที่ 1) ส่วนประกอบสุดท้ายคือไซโตโครมออกซิเดส ถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังโมเลกุลออกซิเจนโดยตรง ลดออกซิเจนด้วยโปรตอนสองตัวที่ได้มาจาก UBH × H2 ก่อตัวเป็นโมเลกุลของน้ำ

1/2 O2 + 2H+ + 2 ē → H2O

ควรสังเกตว่าโมเลกุลออกซิเจนแต่ละโมเลกุลมีปฏิกิริยากับโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนสองตัว เนื่องจากในโครงสร้างของไซโตโครม การถ่ายโอนอิเล็กตรอน Fe3+ → Fe2+ ได้เพียงอิเล็กตรอนเดียวเท่านั้น

เคมีของสารประกอบเชิงซ้อน ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์ (redox) ในร่างกายมนุษย์ ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป

เรามีฐานข้อมูลที่ใหญ่ที่สุดใน RuNet ดังนั้นคุณจึงสามารถค้นหาคำค้นหาที่คล้ายกันได้ตลอดเวลา

บ้าน » ระบบส่งกำลังของเครื่องยนต์ » ประเภทของระบบรีดอกซ์ ปฏิกิริยาและกระบวนการทางเคมีในดิน ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์