रेडॉक्स सिस्टम के प्रकार। रेडॉक्स प्रक्रियाएं। रेडॉक्स क्षमता। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के प्रकार

रेडॉक्स प्रक्रियाएं मिट्टी के रासायनिक गुणों के निर्माण में अग्रणी स्थानों में से एक पर कब्जा कर लेती हैं। मिट्टी के क्षितिज की रेडॉक्स स्थिति को निर्धारित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारक हैं मिट्टी की हवा और मिट्टी के घोल की ऑक्सीजन, लोहे के ऑक्साइड और लौह यौगिक, मैंगनीज, नाइट्रोजन, सल्फर, कार्बनिक पदार्थ और सूक्ष्मजीव।

ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाएं हमेशा एक साथ होती हैं। प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले एक पदार्थ का ऑक्सीकरण दूसरे पदार्थ की कमी के साथ होता है।

रेडॉक्स प्रक्रियाओं को उन प्रक्रियाओं के रूप में समझा जाता है जिनमें, एक संभावित चरण के रूप में, एक पदार्थ के एक कण से दूसरे में इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण शामिल होता है। ऑक्सीकरण एक प्रतिक्रिया है जिसमें किसी पदार्थ में ऑक्सीजन मिलाया जाता है या कोई पदार्थ हाइड्रोजन या इलेक्ट्रॉनों को खो देता है। अपचयन किसी पदार्थ द्वारा ऑक्सीजन की हानि, किसी पदार्थ में हाइड्रोजन या इलेक्ट्रॉनों का योग है।

रेडॉक्स क्षमता (ओआरपी) का उपयोग करके मिट्टी की रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से गुजरने की क्षमता को मापा जाता है।

हाइड्रोजन के संबंध में रेडॉक्स क्षमता को Eh कहा जाता है। यह मान मिट्टी के निर्माण की प्रक्रिया में बनने वाले ऑक्सीडेंट और कम करने वाले एजेंटों की सांद्रता और अनुपात पर निर्भर करता है। मिट्टी के क्षितिज में कुछ रेडॉक्स सिस्टम के अस्तित्व के कारण, मिट्टी में डूबे हुए इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी का उपयोग करके मिलीवोल्ट में संभावित अंतर (एह) निर्धारित करना संभव है। विभिन्न प्रकार की मिट्टी और मिट्टी के क्षितिज में ईएच मान 100-800 एमवी के भीतर भिन्न होते हैं, कभी-कभी उनके नकारात्मक मूल्य भी होते हैं। ईएच मान पर्यावरण, वनस्पति और सूक्ष्मजीवों की एसिड-बेस स्थितियों पर काफी हद तक निर्भर करता है।

मिट्टी की स्थितियों में, रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में शामिल घटकों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा ठोस चरणों द्वारा दर्शाया जाता है। ठोस चरणों वाली प्रतिक्रियाओं में, जब तक ये घटक प्रतिक्रिया नहीं करते तब तक मिट्टी एक उच्च बफरिंग क्षमता प्रदर्शित करेगी। बफरिंग किसी भी बाहरी प्रभाव के तहत ओआरपी में परिवर्तन का विरोध करने के लिए मिट्टी की क्षमता है। यह अवधारणा प्राकृतिक गतिशील परिस्थितियों में मिट्टी के रेडॉक्स सिस्टम की स्थिरता की विशेषता है और इसे गतिशील बफरिंग कहा जा सकता है। प्राकृतिक वातावरण में, लौह हाइड्रॉक्साइड्स के ह्यूमिक पदार्थ और खनिज कम दरों पर प्रतिक्रिया करते हैं।

मिट्टी में रेडॉक्स सिस्टम की एक विस्तृत श्रृंखला होती है: Fe3 + - Fe2 +, Mn2 + - Mn3 + - Mn4 +, Cu + - Cu2 +, Co2 + - Co3 +, NO3‾ - NO2‾ - NH3‾, S6‾ - S2 .

प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय रेडॉक्स प्रणालियों के बीच भेद। रिवर्सिबल सिस्टम वे हैं जो रेडॉक्स शासन को बदलने की प्रक्रिया में घटकों के कुल स्टॉक को नहीं बदलते हैं। रेडॉक्स शासन को बदलने की प्रक्रिया में अपरिवर्तनीय सिस्टम कुछ पदार्थों को खो देते हैं। ये पदार्थ गैसीय अवस्था में चले जाते हैं या अवक्षेपित हो जाते हैं। एक नियम के रूप में, अपरिवर्तनीय प्रणाली मिट्टी में प्रबल होती है।

प्रतिवर्ती रेडॉक्स सिस्टम में शामिल हैं:

Fe3 + Fe2 + प्रणाली। यह प्रणाली प्रतिवर्ती प्रणालियों के बीच एक विशेष स्थान रखती है। वह रेडॉक्स वातावरण में थोड़े से बदलाव के प्रति संवेदनशील है। फेरिक यौगिकों की घुलनशीलता बेहद कम है। लौह यौगिकों का प्रवास मुख्य रूप से लौह लौह यौगिकों के रूप में बढ़ी हुई अम्लता और कम एह की स्थितियों के तहत संभव है।

प्रणाली Mn2 + ⇆ Mn4 +। यह प्रणाली ओआरपी में बदलाव के प्रति बेहद संवेदनशील है। मिट्टी के क्षितिज की विशिष्ट परिस्थितियों में टेट्रावैलेंट मैंगनीज के यौगिक अघुलनशील होते हैं। विनिमेय मैंगनीज द्विसंयोजक है। अम्लता में वृद्धि और एएच में कमी के साथ द्विसंयोजक मैंगनीज आयनों की सांद्रता हजारों गुना बढ़ जाती है। ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज दिशाओं में मिट्टी बनाने की प्रक्रिया के दौरान मैंगनीज यौगिकों का प्रवास लोहे के यौगिकों के प्रवास के समान है।

अपरिवर्तनीय रेडॉक्स सिस्टम में शामिल हैं:

सिस्टम NO3 → NO2 → NO → N। नाइट्रिफिकेशन और नाइट्रेट के संचय की प्रक्रिया ऑक्सीडेटिव परिस्थितियों में और उच्च Eh 400-500 mV पर होती है। मिट्टी की नमी एह को कम करती है और विकृतीकरण प्रक्रियाओं के विकास को बढ़ावा देती है।

सल्फेट सल्फाइड प्रणाली। यह रेडॉक्स प्रणाली उन सभी मिट्टी में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है जहां सल्फेट लवण मौजूद होते हैं। सूक्ष्मजीवों की भागीदारी के साथ, कार्बनिक पदार्थों की उपस्थिति में सल्फेट-सल्फाइड प्रणाली और ऑक्सीजन की कमी सल्फाइड की ओर स्थानांतरित हो जाती है। सल्फर धातुओं में सल्फेट की कमी की एक प्रक्रिया है:

Na2SO4 + 2C = Na2S + CO2

मिट्टी में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड के प्रभाव में, सल्फर धातुएं आसानी से विघटित हो जाती हैं और क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के बाइकार्बोनेट और कार्बोनेट बनाती हैं। इस मामले में, सल्फेट्स की वसूली की प्रक्रिया होती है:

Na2S + H2CO3 = Na2CO3 + H2S

हालांकि, मिट्टी के घोल में परिवर्तनशील संयोजकता वाले तत्वों की मात्रा कम होती है। इसलिए, मिट्टी के घोल में OM-क्षमता और बफरिंग क्षमता कम होती है, और Eh मान अस्थिर होता है।

मिट्टी में ओएम प्रक्रियाओं पर एक अधिक महत्वपूर्ण प्रभाव मिट्टी के घोल, मिट्टी के माइक्रोफ्लोरा और पानी में घुली ऑक्सीजन द्वारा डाला जाता है।

जलीय वातावरण में लगभग सभी मिट्टी की प्रतिक्रियाएं होती हैं, और पानी स्वयं ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट दोनों के रूप में कार्य कर सकता है।

रेडॉक्स प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम की ख़ासियत के अनुसार, मिट्टी की तीन श्रृंखलाओं को प्रतिष्ठित किया जाता है: 1) एक ऑक्सीकरण वातावरण की प्रबलता के साथ ऑटोमॉर्फिक मिट्टी, 2) कम करने वाले उल्लास वाले वातावरण वाली मिट्टी, 3) कम करने वाले हाइड्रोजन सल्फाइड वातावरण वाली मिट्टी।

पौधों के अवशेषों का परिवर्तन, परिणामी कार्बनिक पदार्थों का संचय और संरचना, और, परिणामस्वरूप, मिट्टी की रूपरेखा का निर्माण ओएम-प्रक्रियाओं से निकटता से संबंधित है।

दो पदार्थों के बीच परस्पर क्रिया की ऐसी प्रक्रिया, जिसमें एक पदार्थ की प्रतिवर्ती ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया दूसरे की कमी के कारण होती है, और ऑक्सीकृत और कम आयनों का मिश्रण माध्यम में बनता है, उदाहरण के लिए। - Fe "" और Fe ", Sn" और Sn "", आदि। रेडॉक्स प्रणाली की तीव्रता का स्तर रेडॉक्स संभावित ईएच के मूल्य से निर्धारित होता है, जो वोल्ट में व्यक्त किया जाता है, सामान्य की क्षमता के संबंध में हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड।

प्रणाली की क्षमता जितनी अधिक सकारात्मक होगी, उसके पास उतने ही अधिक ऑक्सीकरण गुण होंगे। ऑक्सीकृत और अपचयित आयन की समान सांद्रता वाली प्रणालियों में प्राप्त होने वाले विभव कहलाते हैं। सामान्य।

ओ.ओ.-वी. साथ। सामान्य क्षमता के परिमाण से, उन्हें एक पंक्ति में व्यवस्थित किया जा सकता है, और प्रत्येक प्रणाली एक अधिक नकारात्मक सामान्य क्षमता वाले सिस्टम के संबंध में एक ऑक्सीकरण एजेंट है, और अधिक सकारात्मक सामान्य क्षमता वाले सिस्टम के संबंध में एक कम करने वाला एजेंट है . रेडॉक्स सिस्टम खनिज निर्माण, तलछटी चट्टानों में कार्बनिक पदार्थों के परिवर्तन आदि में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

समतुल्य पदार्थया समकक्षएक वास्तविक या सशर्त कण है जो आयन-विनिमय प्रतिक्रियाओं में हाइड्रोजन केशन या रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में एक इलेक्ट्रॉन को जोड़, मुक्त कर सकता है या अन्यथा समकक्ष हो सकता है।

उदाहरण के लिए, एक प्रतिक्रिया में:

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

समतुल्य एक वास्तविक कण होगा - Na + आयन, प्रतिक्रिया में

समतुल्य काल्पनिक कण ½Zn (OH) 2 होगा।

किसी पदार्थ के तुल्य का भी प्रायः अर्थ होता है पदार्थ समकक्षों की संख्याया पदार्थ की बराबर मात्रा- माना प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन के एक मोल के बराबर पदार्थ के मोल की संख्या।

[संपादित करें] समतुल्य द्रव्यमान

समतुल्य द्रव्यमानकिसी दिए गए पदार्थ के एक तुल्यांक का द्रव्यमान है।

[संपादित करें] किसी पदार्थ का समतुल्य दाढ़ द्रव्यमान

मोलर मास समकक्षों को आमतौर पर या के रूप में संदर्भित किया जाता है। किसी पदार्थ के तुल्य दाढ़ द्रव्यमान और उसके उचित दाढ़ द्रव्यमान के अनुपात को कहा जाता है तुल्यता कारक(आमतौर पर के रूप में निरूपित)।

किसी पदार्थ के समकक्षों का दाढ़ द्रव्यमान समकक्षों के एक मोल का द्रव्यमान होता है, जो इस पदार्थ के दाढ़ द्रव्यमान द्वारा तुल्यता कारक के गुणनफल के बराबर होता है।

एम ईक = एफ ईक × एम

[संपादित करें] तुल्यता कारक

अपने स्वयं के दाढ़ द्रव्यमान के बराबर दाढ़ द्रव्यमान के अनुपात को कहा जाता है तुल्यता कारक(आमतौर पर के रूप में निरूपित)।

[संपादित करें] तुल्यता संख्या

तुल्यता संख्या जेडएक छोटा धनात्मक पूर्णांक उस पदार्थ के 1 मोल में निहित पदार्थ के तुल्यांकों की संख्या के बराबर होता है। तुल्यता कारक तुल्यता संख्या से संबंधित है जेडनिम्नलिखित अनुपात: = 1 / जेड।

उदाहरण के लिए, एक प्रतिक्रिया में:

Zn (OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O

समतुल्य ½Zn (OH) 2 कण है। संख्या ½ is तुल्यता कारक, जेडइस मामले में 2 . है

*- अक्रिय गैसों के लिए जेड = 1

तुल्यता कारक तुल्यता के नियम को बनाने में मदद करता है।

[संपादित करें] समकक्षों का कानून

I.V. रिक्टर (1792-1800) के कार्यों के परिणामस्वरूप, समकक्षों के कानून की खोज की गई थी:

सभी पदार्थ समान अनुपात में प्रतिक्रिया करते हैं।

समकक्षों के नियम को व्यक्त करने वाला सूत्र: एम 1 ई 2 = एम 2 ई 1

§ विद्युत रासायनिक समकक्ष- पदार्थ की मात्रा जिसे इलेक्ट्रोड पर छोड़ा जाना चाहिए, फैराडे के नियम के अनुसार, जब बिजली की एक इकाई इलेक्ट्रोलाइट से गुजरती है:

फैराडे स्थिरांक कहाँ है.

§ लगातार फैराडे, एक भौतिक स्थिरांक है जो किसी पदार्थ के विद्युत रासायनिक और भौतिक गुणों के बीच संबंध को निर्धारित करता है।

फैराडे नियतांक Cl · mol −1 के बराबर होता है।

फैराडे स्थिरांक को स्थिरांक के रूप में शामिल किया जाता है फैराडे का दूसरा नियम(इलेक्ट्रोलिसिस कानून)।

संख्यात्मक रूप से, फैराडे स्थिरांक विद्युत आवेश के बराबर होता है, जब इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हुए, पदार्थ A का (1 / z) मोल सूत्र में इलेक्ट्रोड पर छोड़ा जाता है:

कहाँ पे:
- प्रतिक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

फैराडे स्थिरांक के लिए, निम्नलिखित संबंध मान्य है:

प्राथमिक आवेश कहाँ है, और अवोगाद्रो संख्या है।

आइसोटोप(पुराने ग्रीक से - "बराबरी का", "वही", और - "जगह") - नाभिक में विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन के साथ एक रासायनिक तत्व के परमाणुओं (और नाभिक) की किस्में। नाम इस तथ्य के कारण है कि समस्थानिक आवर्त सारणी में एक ही स्थान (एक ही कोशिका में) में स्थित हैं। परमाणु के रासायनिक गुण व्यावहारिक रूप से केवल इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना पर निर्भर करते हैं, जो बदले में, मुख्य रूप से नाभिक के आवेश से निर्धारित होता है। जेड(अर्थात इसमें प्रोटॉन की संख्या) और लगभग इसकी द्रव्यमान संख्या पर निर्भर नहीं करता है ए(अर्थात प्रोटॉनों की कुल संख्या जेडऔर न्यूट्रॉन एन) एक तत्व के सभी समस्थानिकों का परमाणु आवेश समान होता है, केवल न्यूट्रॉन की संख्या में अंतर होता है। आम तौर पर, एक आइसोटोप को उस रासायनिक तत्व के प्रतीक द्वारा नामित किया जाता है जिससे वह संबंधित होता है, जिसमें ऊपरी बाएं सबस्क्रिप्ट के साथ द्रव्यमान संख्या (उदाहरण के लिए, 12 सी, 222 आरएन) का संकेत मिलता है। आप एक हाइफ़न (उदाहरण के लिए, कार्बन -12, रेडॉन -222) द्वारा अलग किए गए द्रव्यमान संख्या को जोड़कर तत्व का नाम भी लिख सकते हैं। कुछ समस्थानिकों के अपने पारंपरिक नाम होते हैं (उदाहरण के लिए, ड्यूटेरियम, एक्टिनॉन)।

आइसोटोप का एक उदाहरण: 16 8 ओ, 17 8 ओ, 18 8 ओ - तीन स्थिर ऑक्सीजन आइसोटोप।

[संपादित करें] शब्दावली

IUPAC की मुख्य स्थिति यह है कि एक ही परमाणु द्रव्यमान वाले एक रासायनिक तत्व के परमाणुओं (या नाभिक) को निरूपित करने के लिए एकवचन में सही शब्द एक न्यूक्लाइड है, और शब्द आइसोटोपइसे एक तत्व के न्यूक्लाइड के एक सेट को नामित करने के लिए उपयोग करने की अनुमति है। अवधि आइसोटोपशुरू में बहुवचन में प्रस्तावित और उपयोग किया गया था, क्योंकि तुलना के लिए कम से कम दो प्रकार के परमाणुओं की आवश्यकता होती है। भविष्य में एकवचन में शब्द का प्रयोग भी व्यवहार में व्यापक हो गया - आइसोटोप... इसके अलावा, बहुवचन शब्द अक्सर न्यूक्लाइड के किसी भी संग्रह को इंगित करने के लिए प्रयोग किया जाता है, न कि केवल एक तत्व, जो कि गलत भी है। वर्तमान में, अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक संगठनों के पदों को एकरूपता और पद पर नहीं लाया जाता है आइसोटोप IUPAC और IUPAP के विभिन्न प्रभागों की आधिकारिक सामग्रियों सहित, व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है। यह इस बात का एक उदाहरण है कि कैसे एक शब्द का अर्थ, शुरू में इसमें सन्निहित, उस अवधारणा के अनुरूप नहीं रह जाता है जिसके लिए इस शब्द का उपयोग किया जाता है (एक अन्य पाठ्यपुस्तक उदाहरण परमाणु है, जो नाम के विपरीत, अविभाज्य नहीं है)।

[संपादित करें] समस्थानिकों की खोज का इतिहास

भारी तत्वों के परमाणुओं के रेडियोधर्मी परिवर्तनों के अध्ययन में पहला प्रमाण कि समान रासायनिक व्यवहार वाले पदार्थों के विभिन्न भौतिक गुण हो सकते हैं। 1906-07 में यह स्पष्ट हो गया कि यूरेनियम के रेडियोधर्मी क्षय के उत्पाद - आयनियम और रेडियोधर्मी क्षय के उत्पाद - रेडियेरियम में थोरियम के समान रासायनिक गुण होते हैं, लेकिन परमाणु द्रव्यमान और रेडियोधर्मी क्षय की विशेषताओं में इससे भिन्न होते हैं। बाद में पता चला कि तीनों उत्पादों में एक ही ऑप्टिकल और एक्स-रे स्पेक्ट्रा है। ऐसे पदार्थ, रासायनिक गुणों में समान, लेकिन परमाणुओं के द्रव्यमान और कुछ भौतिक गुणों में भिन्न, अंग्रेजी वैज्ञानिक एफ। सोडी के सुझाव पर, आइसोटोप कहलाने लगे।

[संपादित करें] प्रकृति में आइसोटोप

यह माना जाता है कि पृथ्वी पर तत्वों की समस्थानिक संरचना सभी सामग्रियों में समान है। प्रकृति में कुछ भौतिक प्रक्रियाएं तत्वों की समस्थानिक संरचना का उल्लंघन करती हैं (प्राकृतिक विभाजनप्रकाश तत्वों की विशेषता समस्थानिक, साथ ही प्राकृतिक लंबे समय तक रहने वाले समस्थानिकों के क्षय के दौरान समस्थानिक बदलाव)। खनिजों में नाभिक का क्रमिक संचय, कुछ लंबे समय तक रहने वाले न्यूक्लाइड के क्षय उत्पादों का उपयोग परमाणु भू-कालक्रम में किया जाता है।

[संपादित करें] आइसोटोप का मानव उपयोग

तकनीकी गतिविधियों में, लोगों ने सामग्री के किसी विशिष्ट गुण को प्राप्त करने के लिए तत्वों की समस्थानिक संरचना को बदलना सीख लिया है। उदाहरण के लिए, 235 यू थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया में सक्षम है और इसे परमाणु रिएक्टरों या परमाणु हथियारों के लिए ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, प्राकृतिक यूरेनियम में इस न्यूक्लाइड का केवल 0.72% होता है, जबकि एक श्रृंखला प्रतिक्रिया व्यावहारिक रूप से केवल 235 यू सामग्री के साथ कम से कम 3% के साथ संभव है। भारी तत्वों के समस्थानिकों के निकट भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण, यूरेनियम के समस्थानिक संवर्धन की प्रक्रिया एक अत्यंत जटिल तकनीकी कार्य है जो दुनिया के केवल एक दर्जन देशों के लिए सुलभ है। विज्ञान और प्रौद्योगिकी की कई शाखाओं में (उदाहरण के लिए, रेडियोइम्यूनोसे में) समस्थानिक लेबल का उपयोग किया जाता है।

पृथक्करण निरंतर- एक प्रकार का संतुलन स्थिरांक जो एक बड़ी वस्तु की छोटी वस्तुओं में प्रतिवर्ती तरीके से अलग (अलग) होने की प्रवृत्ति को दर्शाता है, जैसे कि जब एक जटिल अपने घटक अणुओं में टूट जाता है, या जब एक जलीय में एक नमक आयनों में अलग हो जाता है उपाय। हदबंदी स्थिरांक आमतौर पर निरूपित किया जाता है कश्मीरऔर संघ स्थिरांक का व्युत्क्रम। लवण के मामले में, पृथक्करण स्थिरांक को कभी-कभी आयनीकरण स्थिरांक कहा जाता है।

सामान्य प्रतिक्रिया में

जहां जटिल ए एक्सबी आपटूट जाता है एक्सइकाइयों ए और आपइकाइयों बी, हदबंदी स्थिरांक को निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:

जहां [ए], [बी] और क्रमशः ए, बी और कॉम्प्लेक्स ए एक्स बी वाई की सांद्रता हैं।

[संपादित करें] परिभाषा

अरहेनियस सिद्धांत के अनुसार, कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स का इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण, एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया है, अर्थात इसे समीकरणों द्वारा योजनाबद्ध रूप से दर्शाया जा सकता है (मोनोवैलेंट आयनों के लिए :):

केए के + + ए -,

केए - अविभाजित यौगिक;

§ के + - कटियन;

ए - - आयनों।

ऐसी प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक समीकरण द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

,

(1)

- घोल में असंबद्ध यौगिक की सांद्रता;

- समाधान में धनायनों की एकाग्रता;

- विलयन में आयनों की सांद्रता।

पृथक्करण प्रतिक्रिया के संबंध में संतुलन स्थिरांक कहलाता है पृथक्करण निरंतर.

[संपादित करें] बहुसंयोजी आयनों के साथ इलेक्ट्रोलाइट्स का पृथक्करण

बहुसंयोजी आयनों के साथ इलेक्ट्रोलाइट्स के पृथक्करण के मामले में, पृथक्करण चरणों में होता है, और प्रत्येक चरण का पृथक्करण स्थिरांक का अपना मान होता है।

उदाहरण: पॉलीबेसिक (बोरिक) एसिड का वियोजन [ स्रोत निर्दिष्ट नहीं 332 दिन] :

चरण I: एच 3 बीओ 3 ↔ एच + + एच 2 बीओ 3 -,

चरण II: एच 2 बीओ 3 - ↔ एच + + एचबीओ 3 2−,

चरण III: एचबीओ 3 2− ↔ एच + + बीओ 3 3−,

ऐसे इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए पृथक्करण की पहली डिग्री हमेशा बाद की तुलना में बहुत अधिक होती है, जिसका अर्थ है कि ऐसे यौगिकों का पृथक्करण मुख्य रूप से पहले चरण के माध्यम से होता है।

[संपादित करें] हदबंदी स्थिरांक और हदबंदी की डिग्री के बीच संबंध

पृथक्करण की डिग्री के निर्धारण के आधार पर, पृथक्करण प्रतिक्रिया में CA इलेक्ट्रोलाइट के लिए = = α c, = c - α c = c (1 - α), जहां α इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण की डिग्री है।

,

(2)

इस व्यंजक को ओस्टवाल्ड का तनुकरण का नियम कहते हैं। बहुत छोटे α (α .) के लिए<<1) K=cα² и

इस प्रकार, इलेक्ट्रोलाइट की सांद्रता में वृद्धि के साथ, पृथक्करण की डिग्री घट जाती है, कमी के साथ, यह बढ़ जाती है। हदबंदी स्थिरांक और हदबंदी की डिग्री के बीच के संबंध को लेख ओस्टवाल्ड के कमजोर पड़ने के नियम में अधिक विस्तार से वर्णित किया गया है।

[संपादित करें] प्रयोगात्मक परिणामों और अरहेनियस मॉडल के बीच अंतर, गतिविधियों के माध्यम से निरंतर पृथक्करण की व्युत्पत्ति

उपरोक्त गणना अरहेनियस सिद्धांत पर आधारित है, जो बहुत अधिक कच्चा है, आयनों के इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन के कारकों को ध्यान में नहीं रखता है। इलेक्ट्रोलाइट समाधान में आदर्श स्थिति से विचलन बहुत कम सांद्रता में होता है, क्योंकि अंतःक्रियात्मक बल व्युत्क्रमानुपाती होते हैं वर्गआयनों के केंद्रों के बीच की दूरी, जबकि अंतर-आणविक बल व्युत्क्रमानुपाती होते हैं सातवीं डिग्रीदूरियां, अर्थात्, तनु विलयनों में भी अंतर-आयनिक बल अंतर-आणविक बलों की तुलना में बहुत अधिक हो जाते हैं।

लुईस ने दिखाया कि वास्तविक समाधान के लिए सरल समीकरण बनाए रखा जा सकता है (ऊपर देखें) यदि, आयन सांद्रता के बजाय, हम इसके कार्य को पेश करते हैं, तथाकथित गतिविधि... गतिविधि (ए) एकाग्रता से संबंधित है (सी) एक सुधार कारक के माध्यम से जिसे गतिविधि कारक कहा जाता है:

ए = γ सी

इस प्रकार, लुईस के अनुसार समीकरण (1) द्वारा वर्णित अरहेनियस के अनुसार संतुलन स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति इस तरह दिखेगी:

§ ;

§ ;

लुईस सिद्धांत में, निरंतर और हदबंदी की डिग्री के बीच संबंध (अरहेनियस सिद्धांत में, समीकरण (2) द्वारा लिखित संबंध द्वारा व्यक्त किया गया है:

यदि कोई अन्य प्रभाव नहीं हैं जो आदर्श अवस्था से समाधान को विक्षेपित करते हैं, तो अविभाजित अणु आदर्श गैसों की तरह व्यवहार करते हैं और KA = 1 और ओस्टवाल्ड कमजोर पड़ने वाले कानून की सही अभिव्यक्ति रूप लेगी:

§ - इलेक्ट्रोलाइट की गतिविधि का औसत गुणांक।

सी → 0 और γ → 1 के रूप में, ओस्टवाल्ड कमजोर पड़ने वाले कानून का उपरोक्त समीकरण रूप (2) लेता है। इलेक्ट्रोलाइट जितना अधिक अलग होता है, उतनी ही तेजी से गतिविधि गुणांक का मान एकता से विचलित होता है, और तेजी से कमजोर पड़ने के शास्त्रीय कानून का उल्लंघन होता है।

[संपादित करें] मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स का वियोजन स्थिरांक

मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स लगभग पूरी तरह से अलग हो जाते हैं (प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है), इसलिए, पृथक्करण स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति का हर शून्य है, और पूरी अभिव्यक्ति अनंत की ओर जाती है। इस प्रकार, मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए, "पृथक्करण स्थिरांक" शब्द अर्थहीन है।

[संपादित करें] गणना उदाहरण

[संपादित करें] जल पृथक्करण

पानी एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है जो समीकरण के अनुसार अलग हो जाता है

25 डिग्री सेल्सियस पर पानी का पृथक्करण स्थिरांक है

यह देखते हुए कि अधिकांश समाधानों में, पानी आणविक रूप में होता है (H + और OH आयनों की सांद्रता कम होती है), और यह ध्यान में रखते हुए कि पानी का दाढ़ द्रव्यमान 18.0153 g / mol है, और घनत्व 25 ° के तापमान पर है। सी 997.07 ग्राम / एल है, एकाग्रता = 55.346 मोल / एल शुद्ध पानी से मेल खाती है। इसलिए, पिछले समीकरण को फिर से लिखा जा सकता है

अनुमानित सूत्र को लागू करने से लगभग 15% की त्रुटि होती है:

पृथक्करण की डिग्री के मूल्य के आधार पर, हम समाधान का पीएच पाते हैं:

हदबंदी डिग्री- सजातीय (सजातीय) प्रणालियों में पृथक्करण प्रतिक्रिया में संतुलन की स्थिति को दर्शाने वाला एक मूल्य।

वियोजन की डिग्री α वियोजित अणुओं की संख्या के अनुपात के बराबर है एनयोग के लिए एन + एन, कहाँ पे एन- असंबद्ध अणुओं की संख्या। को अक्सर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है। पृथक्करण की डिग्री भंग इलेक्ट्रोलाइट की प्रकृति और समाधान की एकाग्रता दोनों पर निर्भर करती है।

[संपादित करें] उदाहरण

एसिटिक एसिड सीएच 3 सीओओएच के लिए, α मान 4% (0.01 एम समाधान में) है। इसका मतलब है कि एसिड के एक जलीय घोल में, प्रत्येक 100 अणुओं में से केवल 4 अलग-अलग होते हैं, अर्थात वे H + और CH 3 COO - आयनों के रूप में होते हैं, जबकि शेष 96 अणु अलग नहीं होते हैं।

[संपादित करें] निर्धारण के तरीके

समाधान की चालकता से

हिमांक को कम करके

[संपादित करें] हदबंदी की काल्पनिक डिग्री

चूंकि मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स लगभग पूरी तरह से अलग हो जाते हैं, इसलिए उनके लिए एक सूत्र इकाई (अणु) में आयनों (या ध्रुवीकृत परमाणुओं) की संख्या के बराबर एक आइसोटोनिक गुणांक की अपेक्षा की जाएगी। हालांकि, वास्तव में, यह गुणांक हमेशा सूत्र द्वारा निर्धारित से कम होता है। उदाहरण के लिए, 0.05 मोल NaCl समाधान के लिए आइसोटोनिक गुणांक 2.0 के बजाय 1.9 है, (उसी एकाग्रता के मैग्नीशियम सल्फेट समाधान के लिए, मैं= 1.3)। यह मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स के सिद्धांत की व्याख्या करता है, जिसे 1923 में पी। डेबी और ई। हकल द्वारा विकसित किया गया था: समाधान में आयनों की गति को सॉल्वैंशन के गठित शेल द्वारा बाधित किया जाता है। इसके अलावा, आयन एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं: विपरीत चार्ज वाले आकर्षित होते हैं, और चार्ज किए गए लोगों की तरह पीछे हटते हैं; पारस्परिक आकर्षण बल विलयन के अनुदिश गतिमान आयनों के समूहों का निर्माण करते हैं। ऐसे समूहों को कहा जाता है आयन सहयोगीया आयन जोड़े... तदनुसार, समाधान ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि वास्तव में उससे कम कण होते हैं, क्योंकि उनके आंदोलन की स्वतंत्रता सीमित है। सबसे स्पष्ट उदाहरण समाधानों की विद्युत चालकता से संबंधित है λ जो विलयन के तनुकरण से बढ़ जाती है। अनंत तनुकरण पर वास्तविक विद्युत चालकता का अनुपात निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है पृथक्करण की स्पष्ट डिग्रीमजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स, जिसे द्वारा भी दर्शाया गया है α :

,

कहाँ पे एन आईएमजी- काल्पनिक, और एन डिस्लव।- विलयन में कणों की वास्तविक संख्या।

रेंटल ब्लॉक

रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं जो दो या दो से अधिक पदार्थों के ऑक्सीकरण अवस्था को बदल देती हैं।

ऑक्सीकरण अवस्थाक्या किसी परमाणु पर सशर्त आवेश होता है, यदि हम मान लें कि अणु आयनिक तंत्र द्वारा निर्मित है (या प्राप्त या दान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या है)।

अपचायक कारक- परमाणु, अणु, आयन - इलेक्ट्रॉनों का दान।

oxidants- परमाणु, अणु, आयन - इलेक्ट्रॉन प्राप्त करना।

कम करने वाले एजेंट ऑक्सीकरण प्रक्रिया में भाग लेते हैं, जिससे उनकी ऑक्सीकरण अवस्था बढ़ जाती है।

ऑक्सीडेंट - उनकी ऑक्सीकरण अवस्था को कम करते हुए, अपचयन प्रक्रिया में भाग लेते हैं।

रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के प्रकार

1. इंटरमॉलिक्युलर - प्रतिक्रियाएं जिसमें ऑक्सीकरण और कम करने वाले परमाणु विभिन्न पदार्थों के अणुओं में होते हैं, उदाहरण के लिए:

एच2एस + Cl2 → एस + 2एचसीएल

2. इंट्रामोलीक्युलर- प्रतिक्रियाएं जिनमें ऑक्सीकरण और कम करने वाले परमाणु एक ही पदार्थ के अणुओं में होते हैं, उदाहरण के लिए:

2H2O → 2एच 2 + O2

3. अनुपातहीनता(स्व-ऑक्सीकरण-स्व-उपचार) - प्रतिक्रियाएं जिसमें एक ही तत्व ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट दोनों के रूप में कार्य करता है, उदाहरण के लिए:

Cl2 + H2O → एचसीएलओ + एचसीएल

4. अनुपात: (आनुपातिकता, विपरीत अनुपात) - ऐसी प्रतिक्रियाएं जिनमें एक ही तत्व के दो अलग-अलग ऑक्सीकरण राज्यों से एक ऑक्सीकरण अवस्था प्राप्त होती है:

मानव शरीर में रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के प्रकार।

डिहाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया: SH2 + HAD + = S + HADH + H +

एक इलेक्ट्रॉन की हानि: O20 + 1eO2-

कम सब्सट्रेट से आणविक ऑक्सीजन में 2H + का स्थानांतरण: SH2 + O20 + 2e = S + H2O

सब्सट्रेट के अलावा ऑक्सीजन: SH2 + 1 / 2O20 + 2e = HO - S -H

इलेक्ट्रोड और रेडॉक्स क्षमता की उत्पत्ति का तंत्र। नर्नस्ट-पीटर्स समीकरण.

रेडॉक्स क्षमता पदार्थों की रेडॉक्स क्षमता का एक उपाय है। आइए संभावित उद्भव के तंत्र पर विचार करें। जब एक प्रतिक्रियाशील धातु (Zn, Al) को उसके नमक के घोल में डुबोया जाता है, उदाहरण के लिए Zn को ZnSO4 घोल में, धातु का अतिरिक्त विघटन ऑक्सीकरण प्रक्रिया के परिणामस्वरूप होता है, एक जोड़ी का निर्माण, एक इलेक्ट्रिक डबल परत धातु की सतह पर, और Zn2 + / Zn ° जोड़ी की क्षमता की उपस्थिति।

अपने नमक के घोल में डूबी धातु, उदाहरण के लिए जिंक सल्फेट के घोल में जिंक, पहली तरह का इलेक्ट्रोड कहलाता है। यह एक द्विध्रुवीय इलेक्ट्रोड है जो नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। विभव ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनता है (चित्र 8.1)। जब इसे कम-सक्रिय धातुओं (Cu) के नमक के घोल में डुबोया जाता है, तो विपरीत प्रक्रिया देखी जाती है। धातु और नमक के घोल के बीच इंटरफेस में, एक आयन की कमी के परिणामस्वरूप धातु जमा हो जाती है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन के लिए उच्च स्वीकार्य क्षमता होती है, जो कि नाभिक के उच्च चार्ज और छोटे त्रिज्या के कारण होता है। आयन इलेक्ट्रोड को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, निकट-इलेक्ट्रोड स्थान में, अतिरिक्त नमक आयन दूसरी परत बनाते हैं, Cu2 + / Cu ° जोड़ी की इलेक्ट्रोड क्षमता उत्पन्न होती है। पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया (चित्र। 8.2) के परिणामस्वरूप क्षमता का निर्माण होता है। इलेक्ट्रोड क्षमता का तंत्र, मूल्य और संकेत इलेक्ट्रोड प्रक्रिया में प्रतिभागियों के परमाणुओं की संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है।

तो, धातु (इलेक्ट्रोड) से जुड़े ऑक्सीकरण और कमी प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप धातु और समाधान के बीच इंटरफेस में उत्पन्न होने वाली क्षमता और एक इलेक्ट्रिक डबल परत के गठन को कहा जाता है इलेक्ट्रोड क्षमता.

यदि जिंक की प्लेट से तांबे की प्लेट में इलेक्ट्रॉनों को हटा दिया जाता है, तो प्लेटों पर संतुलन गड़बड़ा जाता है। ऐसा करने के लिए, हम उनके लवण के घोल में डूबे हुए जस्ता और तांबे की प्लेटों को एक धातु कंडक्टर के साथ जोड़ते हैं, सर्किट को बंद करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट ब्रिज (K2SO4 समाधान के साथ ट्यूब) के साथ निकट-इलेक्ट्रोड समाधान। ऑक्सीकरण की अर्ध-प्रतिक्रिया जिंक इलेक्ट्रोड पर होती है:

और तांबे पर - कमी की आधी प्रतिक्रिया:

कुल रेडॉक्स प्रतिक्रिया के कारण विद्युत प्रवाह होता है:

सर्किट में एक विद्युत प्रवाह दिखाई देता है। गैल्वेनिक सेल में विद्युत धारा (ईएमएफ) की घटना और प्रवाह का कारण इलेक्ट्रोड क्षमता (ई) - अंजीर में अंतर है। 8.3.

चावल। 8.3.गैल्वेनिक सेल का विद्युत परिपथ आरेख

बिजली उत्पन्न करनेवाली सेलएक प्रणाली है जिसमें रेडॉक्स प्रक्रिया की रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। गैल्वेनिक सेल का रासायनिक परिपथ आमतौर पर एक लघु आरेख के रूप में लिखा जाता है, जहां बाईं ओर एक अधिक ऋणात्मक इलेक्ट्रोड रखा जाता है, इस इलेक्ट्रोड पर बने युग्म को इंगित करें, एक ऊर्ध्वाधर रेखा, एक संभावित छलांग दिखाएं। दो रेखाएँ समाधानों के बीच की सीमा को चिह्नित करती हैं। इलेक्ट्रोड चार्ज को कोष्ठक में दर्शाया गया है: (-) Zn ° | Zn2 + || Cu2 + | Cu ° (+) - गैल्वेनिक सेल के रासायनिक सर्किट का आरेख।

जोड़ी की ऑक्सीकरण-कमी क्षमता इलेक्ट्रोड प्रक्रिया में प्रतिभागियों की प्रकृति और समाधान में इलेक्ट्रोड प्रक्रिया में प्रतिभागियों के ऑक्सीकरण और कम रूपों के संतुलन सांद्रता के अनुपात पर निर्भर करती है, समाधान का तापमान और हैं नर्नस्ट समीकरण द्वारा वर्णित।

रेडॉक्स प्रणाली की मात्रात्मक विशेषता है रेडॉक्स संभावितचरणों के बीच इंटरफेस में उत्पन्न होने वाले प्लैटिनम - जलीय घोल। एसआई इकाइयों में क्षमता का परिमाण वोल्ट (वी) में मापा जाता है और इसकी गणना की जाती है नर्नस्ट-पीटर्स समीकरण के लिए:

जहां ए (ऑक्स) और ए (लाल) क्रमशः ऑक्सीकृत और कम किए गए रूपों की गतिविधि हैं; आर- सार्वभौमिक गैस स्थिरांक; टी- थर्मोडायनामिक तापमान, के; एफ- फैराडे स्थिरांक (96,500 C / mol); एन- प्राथमिक रेडॉक्स प्रक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या; ए - हाइड्रोनियम आयनों की गतिविधि; एमआधी प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन आयन के सामने स्टोइकोमेट्रिक गुणांक है। ° मान मानक रेडॉक्स क्षमता है, अर्थात। शर्तों के तहत मापा गया क्षमता ए (ऑक्स) = ए (लाल) = ए (एच +) = 1 और दिए गए तापमान।

2H + / H2 प्रणाली की मानक क्षमता 0 V मानी जाती है। मानक क्षमताएं संदर्भ मान हैं, जिन्हें 298K के तापमान पर सारणीबद्ध किया जाता है। जैविक प्रणालियों के लिए एक जोरदार अम्लीय वातावरण विशिष्ट नहीं है, इसलिए, जीवित प्रणालियों में होने वाली प्रक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए, औपचारिक क्षमता का अधिक बार उपयोग किया जाता है, जिसे ए (ऑक्स) = ए (लाल), पीएच 7.4 और तापमान के तहत निर्धारित किया जाता है। 310K (शारीरिक स्तर)। वाष्प क्षमता को रिकॉर्ड करते समय, इसे अंश के रूप में इंगित किया जाता है, ऑक्सीकरण एजेंट को अंश में लिखा जाता है, और कम करने वाला एजेंट हर में।

25 ° C (298K) के लिए निरंतर मूल्यों के प्रतिस्थापन के बाद (R = = 8.31 J / mol deg; एफ= 96,500 C / mol), नर्नस्ट समीकरण निम्नलिखित रूप लेता है:

जहां ° युग्म का मानक रेडॉक्स विभव है, V; so.fyu और sv.f. - क्रमशः ऑक्सीकृत और कम रूपों के संतुलन सांद्रता का उत्पाद; और у - अर्ध-प्रतिक्रियाओं के समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक।

इलेक्ट्रोड क्षमता उसके नमक के घोल में डूबी हुई धातु की प्लेट की सतह पर बनती है और केवल ऑक्सीकृत रूप [Mn +] की सांद्रता पर निर्भर करती है, क्योंकि कम किए गए रूप की सांद्रता नहीं बदलती है। एक ही नाम के आयन की सांद्रता पर इलेक्ट्रोड क्षमता की निर्भरता समीकरण द्वारा निर्धारित की जाती है:

जहां [एमएन +] धातु आयन की संतुलन एकाग्रता है; एन- अर्ध-प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या और धातु आयन की ऑक्सीकरण अवस्था से मेल खाती है।

Redox सिस्टम को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है:

1) प्रणाली में केवल इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण होता है Fe3 + + = Fe2 +, Sn2 + - 2ē = Sn4 +। इस पृथक रेडॉक्स संतुलन;

2) सिस्टम जब इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को प्रोटॉन के हस्तांतरण द्वारा पूरक किया जाता है, अर्थात। देखे गए विभिन्न प्रकार के संयुक्त संतुलन:प्रोटोलिटिक (एसिड-बेस) और रेडॉक्स दो कणों, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की संभावित प्रतिस्पर्धा के साथ। जैविक प्रणालियों में, महत्वपूर्ण रेडॉक्स सिस्टम इस प्रकार के होते हैं।

दूसरे प्रकार की प्रणाली का एक उदाहरण शरीर में हाइड्रोजन पेरोक्साइड के उपयोग की प्रक्रिया है: Н2О2 + 2Н + + 2ē ↔ 2Н2О, साथ ही ऑक्सीजन युक्त कई ऑक्सीडेंट के अम्लीय माध्यम में कमी: CrО42-, Cr2О72- , एमएनО4-। उदाहरण के लिए, MnO4- + 8H + + 5ē = = Mn2 + + 4H2O। इस अर्ध-प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन शामिल होते हैं। जोड़ी की क्षमता की गणना सूत्र के अनुसार की जाती है:

संयुग्मित युग्मों की एक विस्तृत श्रृंखला में, जोड़ी के ऑक्सीकृत और अपचित रूप विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं (MnO4- / Mn2 +) में विलयन में होते हैं। मापने वाले इलेक्ट्रोड के रूप में

इस मामले में, एक निष्क्रिय सामग्री (पीटी) इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोड प्रक्रिया में भागीदार नहीं है और केवल एक इलेक्ट्रॉन वाहक की भूमिका निभाता है।

विलयन में होने वाली रेडॉक्स प्रक्रिया के कारण बनने वाली क्षमता कहलाती है रेडॉक्स संभावित।

इसे मापा जाता हैरेडॉक्स इलेक्ट्रोडविलयन में एक अक्रिय धातु है जिसमें युग्म के ऑक्सीकृत और अपचित रूप होते हैं। उदाहरण के लिए, मापते समय ईओ Fe3 + / Fe2 + जोड़े एक रेडॉक्स इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं - प्लैटिनम मापने वाला इलेक्ट्रोड। संदर्भ इलेक्ट्रोड हाइड्रोजन है, जिसके युग्म की विभव ज्ञात है।

गैल्वेनिक सेल में प्रतिक्रिया:

रासायनिक श्रृंखला आरेख: (-) पं | (H2 °), H + || Fe3 +, Fe2 + | Pt (+)।

रेडॉक्स पोटेंशिअल (ORP)एक प्रणाली की क्षमता है जिसमें किसी दिए गए पदार्थ के ऑक्सीकरण और कम करने वाले रूपों की गतिविधियां एकता के बराबर होती हैं। ओआरपी को मानक संदर्भ इलेक्ट्रोड के संयोजन में रेडॉक्स इलेक्ट्रोड का उपयोग करके मापा जाता है।

प्रत्येक रेडॉक्स प्रतिक्रिया का अपना होता है रेडॉक्स भाप- इस जोड़ी में ऑक्सीकृत और अपचित रूप में एक पदार्थ होता है (Fe + 3 / Fe + 2)।

रेडॉक्स जोड़ी की गतिविधि का एक मात्रात्मक माप इसके ओआरपी का मूल्य है।

ओआरपी वाष्प >>> ऑक्सीकरण एजेंट

ओआरपी जोड़े<<<восстановитель

ओआरपी इस पर निर्भर करता है:

प्रकृति रेडॉक्स वाष्प,

एकाग्रता

तापमान

ऑक्सीकरण और कम करने वाले एजेंटों की तुलनात्मक ताकत। रेडॉक्स क्षमता के मूल्यों के आधार पर रेडॉक्स प्रक्रियाओं की दिशा की भविष्यवाणी।

रेडॉक्स क्षमता पदार्थों की रेडॉक्स क्षमता का एक उपाय है। मानक जोड़ी क्षमता के मूल्यों को संदर्भ तालिकाओं में दर्शाया गया है।

हाइड्रोजन के संबंध में कम करने वाले एजेंटों के रूप में कार्य करने वाले इलेक्ट्रोड (ई °) की मानक क्षमता में "-" चिह्न होता है, और "+" चिह्न में इलेक्ट्रोड की मानक क्षमता होती है जो ऑक्सीकरण एजेंट होते हैं।

धातु, उनके मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के आरोही क्रम में व्यवस्थित, तथाकथित बनाते हैं धातु वोल्टेज की विद्युत रासायनिक श्रृंखला: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, एजी, पीडी, पीटी, एयू।

रेडॉक्स क्षमता के बीच, निम्नलिखित नियमितताएँ नोट की जाती हैं।

1. यदि किसी युग्म का मानक रेडॉक्स विभव ऋणात्मक है, उदाहरण के लिए ° (Zn2 + (p) / Zn ° (t)) = -0.76 V, तो हाइड्रोजन युग्म के संबंध में जिसकी विभव अधिक है, यह जोड़ी एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करती है। क्षमता पहले तंत्र (ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया) द्वारा बनाई गई है।

2. यदि युग्म का विभव धनात्मक है, उदाहरण के लिए ° (Cu2 + (p) / Cu (t)) = +0.345 V हाइड्रोजन या अन्य संयुग्मित युग्म के संबंध में, जिसकी विभव कम है, यह युग्म है एक ऑक्सीकरण एजेंट। इस जोड़ी की क्षमता दूसरी तंत्र (कमी प्रतिक्रिया) द्वारा बनाई गई है।

3. किसी युग्म के मानक विभव का बीजगणितीय मान जितना अधिक होगा, ऑक्सीकृत रूप की ऑक्सीडाइज़िंग क्षमता उतनी ही अधिक होगी और इस युग्म के अपचित रूप की अपचायक क्षमता उतनी ही कम होगी। सकारात्मक क्षमता के मूल्य में कमी और नकारात्मक में वृद्धि ऑक्सीडेटिव में गिरावट और रिडक्टिव गतिविधि में वृद्धि से मेल खाती है। उदाहरण के लिए:

मानक रेडॉक्स क्षमता के मूल्यों की तुलना हमें इस प्रश्न का उत्तर देने की अनुमति देती है: क्या यह या वह रेडॉक्स प्रतिक्रिया होती है?

ऑक्सीकृत और अपचित अर्ध-युग्मों के मानक ऑक्सीकरण विभवों के बीच के अंतर को विद्युत वाहक बल (EMF) कहा जाता है।

E0 = Eok-Evosst

एक विशेष रेडॉक्स प्रतिक्रिया की संभावना का आकलन करने के लिए एक मात्रात्मक मानदंड ऑक्सीकरण और कमी की अर्ध-प्रतिक्रियाओं की मानक रेडॉक्स क्षमता के बीच अंतर का सकारात्मक मूल्य है।

ओआरआर की मानक शर्तों के तहत सहज प्रवाह की संभावना स्थापित करने के लिए यह आवश्यक है:

जी0298 = - पी एफ ई0

ई> 0 जी< 0 - самопроизвольно

इ< 0 G>0 - पीछे

ई = 0 जी = 0 - रासायनिक संतुलन

माइटोकॉन्ड्रिया की इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन परिवहन के भौतिक-रासायनिक सिद्धांत.

माइटोकॉन्ड्रिया में सब्सट्रेट के ऑक्सीकरण के दौरान सभी प्रकार की रेडॉक्स प्रक्रियाएं होती हैं, जिनमें से आंतरिक झिल्ली पर एंजाइमों के समूह होते हैं - डिहाइड्रोजनेज, कोएंजाइम (एनएडी +, एफएडी, यूबीएच), साइटोक्रोमेस बी, सी 1, सी और एक एंजाइम की एक श्रृंखला - साइटोक्रोम ऑक्सीडेज। वे सेलुलर श्वसन श्रृंखला की एक प्रणाली बनाते हैं, जिसकी सहायता से कोशिका में हीमोग्लोबिन द्वारा वितरित ऑक्सीजन अणुओं को सब्सट्रेट से प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का रिले स्थानांतरण होता है।

श्वसन श्रृंखला के प्रत्येक घटक को रेडॉक्स क्षमता के एक निश्चित मूल्य की विशेषता है। श्वसन श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों की गति कम क्षमता वाले पदार्थों (-0.32 वी) से उच्च क्षमता वाले पदार्थों (+0.82 वी) के लिए चरणबद्ध होती है, क्योंकि कोई भी यौगिक केवल उच्च रेडॉक्स क्षमता वाले यौगिक को इलेक्ट्रॉनों का दान कर सकता है (तालिका) एक)।

तालिका नंबर एक

श्वसन श्रृंखला बायोमोलेक्यूल्स की मानक रेडॉक्स क्षमता

प्रणाली

अर्ध-प्रतिक्रिया

रेडॉक्स संभावित, वी

ओवर + / ओवर × एन

ओवर + + एन + + 2 ē → ओवर × एन

एफएडी / एफएडी × एच 2

एफएडी + + 2 एच + + 2 ē → एफएडी × एच 2

यूबीएच / यूबीएच × एच2

यूबीएच + 2एच + + 2 → यूबीएच × एच2

साइटोक्रोम बी

साइटोक्रोम c1

साइटोक्रोम सी

साइटोक्रोम ए + ए3

2 + 4 + + 4 ē → 2 Н2О

ऊतक श्वसन श्रृंखला को आरेख के रूप में दर्शाया जा सकता है:

जैविक ऑक्सीकरण (डीहाइड्रोजनीकरण) के परिणामस्वरूप, सब्सट्रेट से दो हाइड्रोजन परमाणु (दो प्रोटॉन और दो इलेक्ट्रॉनों के रूप में) श्वसन श्रृंखला में प्रवेश करते हैं। सबसे पहले, एनएडी + अणु में एक प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी का रिले स्थानांतरण होता है, जो एनएडी के कम रूप में बदल जाता है × एच, फिर फ्लेविन बेस सिस्टम (एफएडी / एफएडी .) × H2 या FMN / FMN × H2), दो प्रोटॉन और दो इलेक्ट्रॉनों का अगला स्वीकर्ता ubiquinone (UBH) है। इसके अलावा, केवल इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जाता है: यूबीएच . से दो इलेक्ट्रॉन × H2 क्रमिक रूप से साइटोक्रोम द्वारा उनकी रेडॉक्स क्षमता (तालिका 1) के मूल्यों के अनुसार ग्रहण किया जाता है। घटकों में से अंतिम, साइटोक्रोम ऑक्सीडेज, इलेक्ट्रॉनों को सीधे ऑक्सीजन अणु में स्थानांतरित करता है। यूबीएच से दो प्रोटॉन के साथ कम ऑक्सीजन × H2 एक जल अणु बनाता है।

1/2 O2 + 2H + + 2 → H2O

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रत्येक ऑक्सीजन अणु दो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखलाओं के साथ बातचीत करता है, क्योंकि साइटोक्रोम की संरचना में केवल एक-इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण Fe3 + → Fe2 + संभव है।

जटिल यौगिकों का रसायन मानव शरीर में रेडॉक्स (रेडॉक्स) प्रतिक्रियाओं के प्रकार। रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं जो दो या दो से अधिक पदार्थों के ऑक्सीकरण अवस्था को बदल देती हैं।

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रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के तीन मुख्य प्रकार हैं:

1. इंटरमॉलिक्युलर (इंटरमॉलिक्युलर ऑक्सीकरण - कमी)।

इस प्रकार में सबसे अधिक प्रतिक्रियाएं शामिल हैं जिनमें ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट के परमाणु पदार्थों के विभिन्न अणुओं में निहित होते हैं। ऊपर चर्चा की गई प्रतिक्रियाएं इस प्रकार की हैं।

2. इंट्रामोल्युलर (इंट्रामोलेक्यूलर ऑक्सीकरण - कमी)।

इनमें ऐसी प्रतिक्रियाएं शामिल हैं जिनमें एक ऑक्सीकरण एजेंट और विभिन्न तत्वों के परमाणुओं के रूप में एक कम करने वाला एजेंट एक ही अणु का हिस्सा होता है। यौगिकों की ऊष्मीय अपघटन प्रतिक्रियाएं इस प्रकार के अनुसार आगे बढ़ती हैं, उदाहरण के लिए:

2केसीआईओ 3 = 2केसीआई + 3ओ 2.

3. अनुपातहीनता (स्व-ऑक्सीकरण - स्व-उपचार)।

ये ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं जिनमें ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट एक ही मध्यवर्ती ऑक्सीकरण अवस्था में एक ही तत्व होते हैं, जो प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, दोनों एक साथ घटते और बढ़ते हैं। उदाहरण के लिए:

3सीआई 0 2 + 6 केओएच = 5 केसीआई + केसीआईओ 3 + 3एच 2 ओ,

3HCIO = HCIO 3 + 2HCI।

रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं प्रकृति और प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। प्राकृतिक जैविक प्रणालियों में होने वाले ओआरआर के उदाहरण पौधों में प्रकाश संश्लेषण की प्रतिक्रिया और जानवरों और मनुष्यों में श्वसन की प्रक्रियाएं हैं। ताप विद्युत संयंत्रों के बॉयलरों की भट्टियों और आंतरिक दहन इंजनों में होने वाली ईंधन दहन प्रक्रियाएं OVR का एक उदाहरण हैं।

OVR का उपयोग धातुओं, कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के उत्पादन में किया जाता है, विभिन्न पदार्थों, प्राकृतिक और अपशिष्ट जल को शुद्ध करता है।

9.5 ऑक्सीकरण - कमी (इलेक्ट्रोड) क्षमता

पदार्थों की रेडॉक्स क्षमता का माप उनके इलेक्ट्रोड या रेडॉक्स क्षमता जे ऑक्स / रेड (रेडॉक्स क्षमता) है। 1 ऑक्सीकरण-कमी क्षमता पदार्थ (ऑक्स) के ऑक्सीकृत रूप से युक्त रेडॉक्स प्रणाली की विशेषता है, कम रूप (लाल) ) और इलेक्ट्रॉन। यह रेडॉक्स सिस्टम को प्रतिवर्ती कमी प्रतिक्रियाओं के रूप में लिखने के लिए प्रथागत है:

ओह + ने - डी रेड।

इलेक्ट्रोड क्षमता की उत्पत्ति का तंत्र... आइए हम एक धातु के उदाहरण का उपयोग करके इलेक्ट्रोड या रेडॉक्स क्षमता के घटित होने की क्रियाविधि की व्याख्या करें, जो इसके आयनों वाले विलयन में डूबी हुई है। सभी धातु क्रिस्टलीय हैं। किसी धातु के क्रिस्टल जालक में धनावेशित आयन Me n+ तथा मुक्त संयोजकता इलेक्ट्रॉन (इलेक्ट्रॉन गैस) होते हैं। जलीय विलयन के अभाव में धातु के धनायनों का धातु की जाली से बाहर निकलना असंभव है, क्योंकि इस प्रक्रिया के लिए उच्च ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है। जब धातु को धातु के धनायनों, ध्रुवीय पानी के अणुओं से युक्त नमक के जलीय घोल में डुबोया जाता है, तो क्रमशः धातु की सतह (इलेक्ट्रोड) पर उन्मुख होते हैं, सतह धातु के पिंजरों के साथ बातचीत करते हैं (चित्र 9.1)।

बातचीत के परिणामस्वरूप, धातु का ऑक्सीकरण होता है और इसके हाइड्रेटेड आयन धातु में इलेक्ट्रॉनों को छोड़कर समाधान में चले जाते हैं:

е (к) + m Н 2 ऑक्सीकरण е n + * m Н 2 (р) + n-

धातु ऋणावेशित हो जाती है और विलयन धनात्मक हो जाता है। विलयन से धनावेशित आयन ऋणात्मक रूप से आवेशित धातु की सतह (Me) की ओर आकर्षित होते हैं। धातु-समाधान इंटरफेस पर एक दोहरी विद्युत परत दिखाई देती है (चित्र 9.2)। धातु और विलयन के बीच उत्पन्न होने वाले विभवान्तर को कहते हैं इलेक्ट्रोड क्षमता या इलेक्ट्रोड की रेडॉक्स क्षमता φ Me n + / Me(φ सामान्य स्थिति में बैल / लाल)। अपने स्वयं के नमक के घोल में डूबी हुई धातु एक इलेक्ट्रोड है (खंड 10.1)। धातु इलेक्ट्रोड Me / Me n + का पारंपरिक पदनाम इलेक्ट्रोड प्रक्रिया में प्रतिभागियों को दर्शाता है।

जैसे-जैसे आयन विलयन में जाते हैं, धातु की सतह का ऋणात्मक आवेश और विलयन का धनात्मक आवेश बढ़ता है, जो धातु के ऑक्सीकरण (आयनीकरण) को रोकता है।

ऑक्सीकरण प्रक्रिया के समानांतर, एक विपरीत प्रतिक्रिया होती है - धातु की सतह पर हाइड्रेशन शेल के नुकसान के साथ धातु आयनों को घोल से परमाणुओं (धातु जमाव) में कमी:

е n + * m Н 2 (р) + n- е (к) + m Н 2 की कमी।

इलेक्ट्रोड और समाधान के बीच संभावित अंतर में वृद्धि के साथ, आगे की प्रतिक्रिया की दर कम हो जाती है, और रिवर्स प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। इलेक्ट्रोड क्षमता के एक निश्चित मूल्य पर, ऑक्सीकरण प्रक्रिया की दर कमी प्रक्रिया की दर के बराबर होगी, संतुलन स्थापित होता है:

मी एन + * एम एच 2 ओ (पी) + ने - डी मी (के) + एम एच 2 ओ।

सरलता के लिए, जलयोजन जल आमतौर पर प्रतिक्रिया समीकरण में शामिल नहीं होता है और इसे इस प्रकार लिखा जाता है

मी एन + (पी) + ने - डी मी (के)

या किसी अन्य रेडॉक्स सिस्टम के लिए सामान्य शब्दों में:

ओह + ने - डी रेड।

इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया की संतुलन स्थितियों के तहत स्थापित क्षमता को कहा जाता है संतुलन इलेक्ट्रोड क्षमता।माना मामले में, समाधान में आयनीकरण प्रक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से संभव है, और धातु की सतह को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है। कुछ धातुओं (कम सक्रिय) के लिए, हाइड्रेटेड आयनों की धातु में कमी की प्रक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से अधिक संभावित है, फिर उनकी सतह को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, और आसन्न इलेक्ट्रोलाइट की परत को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है।

हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड डिवाइस।इलेक्ट्रोड क्षमता के निरपेक्ष मूल्यों को मापा नहीं जा सकता है, इसलिए, इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए, उनके सापेक्ष मूल्यों का उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, मापा इलेक्ट्रोड और संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर का पता लगाएं, जिसकी क्षमता को पारंपरिक रूप से शून्य माना जाता है। एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड, जिसे गैस इलेक्ट्रोड कहा जाता है, को अक्सर संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है। सामान्य स्थिति में, गैस इलेक्ट्रोड में एक धातु कंडक्टर होता है जो एक साथ गैस के संपर्क में होता है और एक समाधान जिसमें एक तत्व का ऑक्सीकरण या कम रूप होता है जो गैस का हिस्सा होता है। धातु कंडक्टर इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति और हटाने के लिए कार्य करता है और इसके अलावा, इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक है। धात्विक चालक को विलयन में अपने स्वयं के आयन नहीं भेजने चाहिए। प्लेटिनम और प्लेटिनम धातुएं इन शर्तों को पूरा करती हैं।

हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (चित्र.9.3) एक प्लेटिनम प्लेट है जो एक ढीली झरझरा प्लेट की एक पतली परत से ढकी होती है (बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोड की सतह) और एकता के बराबर एच + आयनों की गतिविधि (एकाग्रता) के साथ सल्फ्यूरिक एसिड के जलीय घोल में डुबोया जाता है।

वायुमंडलीय दबाव पर सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के माध्यम से हाइड्रोजन पारित किया जाता है। प्लेटिनम (पीटी) एक अक्रिय धातु है जो व्यावहारिक रूप से विलायक, समाधान (समाधान में अपने आयनों को नहीं भेजता) के साथ बातचीत नहीं करता है, लेकिन यह अणुओं, परमाणुओं, अन्य पदार्थों के आयनों को सोखने में सक्षम है। जब प्लेटिनम आणविक हाइड्रोजन के संपर्क में आता है, तो प्लैटिनम पर हाइड्रोजन का अधिशोषण होता है। अधिशोषित हाइड्रोजन, पानी के अणुओं के साथ परस्पर क्रिया करके, आयनों के रूप में विलयन में चला जाता है, जिससे प्लैटिनम में इलेक्ट्रॉन निकल जाते हैं। इस मामले में, प्लेटिनम को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, और समाधान को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है। प्लेटिनम और समाधान के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है। आयनों के विलयन में संक्रमण के साथ-साथ विपरीत प्रक्रिया चल रही है - हाइड्रोजन अणुओं के बनने के साथ विलयन से H+ आयनों का ह्रास . हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड पर संतुलन को समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है

2एच + + 2ई - डी एच 2।

हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड प्रतीकएच 2, पीटी│एच +। मानक परिस्थितियों में हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की क्षमता (T = 298 K, P H2 = 101.3 kPa, [H +] = 1 mol / L, यानी pH = 0) को पारंपरिक रूप से शून्य के बराबर माना जाता है: j 0 2H + / एच2 = 0 बी.

मानक इलेक्ट्रोड क्षमता . मानक परिस्थितियों में एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के खिलाफ मापा गया इलेक्ट्रोड क्षमता(T = 298K; विलेय के लिए, सांद्रता (गतिविधि) लाल = ऑक्स = 1 mol / l या धातुओं के लिए е n + = 1 mol / l, और गैसीय पदार्थों के लिए Р = 101.3 kPa), मानक इलेक्ट्रोड विभव कहलाते हैं और j 0 O x / Red को निरूपित करते हैं।ये संदर्भ मान हैं।

पदार्थों की ऑक्सीकरण क्षमता जितनी अधिक होती है, उनके मानक इलेक्ट्रोड (रेडॉक्स) क्षमता का बीजगणितीय मान उतना ही अधिक होता है। इसके विपरीत, अभिकारक के मानक इलेक्ट्रोड विभव का मान जितना कम होगा, उसके अपचायक गुण उतने ही अधिक स्पष्ट होंगे। उदाहरण के लिए, सिस्टम की मानक क्षमता की तुलना

एफ 2 (जी) + 2ई - डी 2 एफ (पी।) जे 0 = 2.87 वी

एच 2 (आर।) + 2 ई - डी 2 एच (पी।) जे 0 = -2.25 वी

यह दर्शाता है कि F 2 अणुओं में अत्यधिक स्पष्ट ऑक्सीडेटिव प्रवृत्ति होती है, और H आयनों में कम करने की प्रवृत्ति होती है।

कई धातु तनाव।धातुओं को एक पंक्ति में व्यवस्थित करके जैसे-जैसे उनकी मानक इलेक्ट्रोड क्षमता का बीजगणितीय मूल्य बढ़ता है, व्यक्ति तथाकथित "मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की श्रृंखला" या "वोल्टेज की श्रृंखला", या "धातु गतिविधि की श्रृंखला" प्राप्त करता है।

"मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की श्रृंखला" में धातु की स्थिति धातु परमाणुओं की कम करने की क्षमता के साथ-साथ मानक परिस्थितियों में जलीय घोल में धातु आयनों के ऑक्सीकरण गुणों की विशेषता है। मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के बीजीय मूल्य का मूल्य जितना कम होगा, एक साधारण पदार्थ के रूप में इस धातु के कम करने वाले गुण उतने ही अधिक होंगे, और इसके आयनों के ऑक्सीकरण गुण कमजोर होंगे और इसके विपरीत। .

उदाहरण के लिए, लिथियम (ली), जिसमें सबसे कम मानक क्षमता है, सबसे मजबूत कम करने वाले एजेंटों में से एक है, जबकि सोना (एयू), जिसमें उच्चतम मानक क्षमता है, एक बहुत ही कमजोर कम करने वाला एजेंट है और बहुत मजबूत ऑक्सीडेंट के साथ बातचीत करने पर ही ऑक्सीकरण होता है। . "श्रृंखला के तनाव" के आंकड़ों से यह देखा जा सकता है कि लिथियम (ली +), पोटेशियम (के +), कैल्शियम (सीए 2+), आदि के आयन आयनित होते हैं। - सबसे कमजोर ऑक्सीकरण एजेंट, और सबसे मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों में पारा के आयन (एचजी 2+), चांदी (एजी +), पैलेडियम (पीडी 2+), प्लैटिनम (पीटी 2+), सोना (एयू 3+, एयू +) शामिल हैं। )

नर्नस्ट समीकरण।इलेक्ट्रोड क्षमता स्थिर नहीं है। वे पदार्थ के ऑक्सीकरण और कम रूपों की सांद्रता (गतिविधियों) के अनुपात पर, तापमान पर, विलेय और विलायक की प्रकृति, माध्यम के पीएच आदि पर निर्भर करते हैं। इस निर्भरता का वर्णन किया गया है नर्नस्ट समीकरण द्वारा:

,

जहां j 0 x / Red प्रक्रिया की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता है; आर सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है; टी परम तापमान है; n इलेक्ट्रोड प्रक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या है; ए ओह, और रेड इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में पदार्थ के ऑक्सीकरण और कम रूपों की गतिविधियां (एकाग्रता) हैं; इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया समीकरण में x और y स्टोइकोमीट्रिक गुणांक हैं; F फैराडे नियतांक है।

मामले के लिए जब इलेक्ट्रोड धात्विक होते हैं और उन पर स्थापित संतुलन को सामान्य रूप में वर्णित किया जाता है

е n + + ne - D е,

नर्नस्ट समीकरण को इस बात को ध्यान में रखकर सरल बनाया जा सकता है कि ठोस के लिए गतिविधि स्थिर और एकता के बराबर है। 298 K के लिए, प्रतिस्थापन के बाद एक Me = 1 mol / l, x = y = 1 और स्थिर मान R = 8.314 J / K * mol; F = 96485 C / mol, C Me n + के घोल में धातु आयनों की दाढ़ सांद्रता के साथ Me n + की गतिविधि को प्रतिस्थापित करना और 2.303 (दशमलव लघुगणक में संक्रमण) का कारक पेश करना, हम नर्नस्ट समीकरण को रूप में प्राप्त करते हैं

j е n + / е = j 0 е n + / Ме + लॉग е n +।

प्रतिक्रियाओं को अलग करें इंटरमॉलिक्युलर, इंट्रामोल्युलर और सेल्फ-ऑक्सीडेशन-सेल्फ-हीलिंग (या अनुपातहीन):

यदि ऑक्सीकरण और कम करने वाले एजेंट ऐसे तत्व हैं जो बनाते हैं विभिन्नयौगिक, तब अभिक्रिया कहलाती है अंतर-आणविक।

उदाहरण: ना 2 एसहे 3 + हे 2 ना 2 इसलिए 4

वोस-एल ओके-एल

यदि ऑक्सीकरण और कम करने वाले एजेंट ऐसे तत्व हैं जो एक ही यौगिक का हिस्सा हैं, तो प्रतिक्रिया को इंट्रामोल्युलर कहा जाता है।

उदाहरण: ( एन एच 4) 2 करोड़ 2 ओ 7 एन 2 + करोड़ 2 ओ 3 + एच 2 ओ।

इन-एल ओ-ली

यदि ऑक्सीकरण और कम करने वाला एजेंट है एक ही तत्व,जबकि इसके परमाणुओं का एक भाग ऑक्सीकृत हो जाता है और दूसरा अपचयित हो जाता है, तो अभिक्रिया कहलाती है आत्म-ऑक्सीकरण-स्व-उपचार.

उदाहरण: एच 3 पी ओ 3 एच 3 पी हे 4 + पी एच 3

इन-एल / ​​ओ-एल

प्रतिक्रियाओं का ऐसा वर्गीकरण दिए गए पदार्थों के बीच संभावित ऑक्सीकरण और कम करने वाले एजेंटों को निर्धारित करने में सुविधाजनक साबित होता है।

4 रेडॉक्स की संभावना का निर्धारण

प्रतिक्रियाओंतत्वों के ऑक्सीकरण राज्यों द्वारा

रेडॉक्स प्रकार के अनुसार पदार्थों की बातचीत के लिए एक आवश्यक शर्त एक संभावित ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट की उपस्थिति है। उनकी परिभाषा को ऊपर माना गया था, अब हम दिखाएंगे कि रेडॉक्स प्रतिक्रिया (जलीय समाधान के लिए) की संभावना का विश्लेषण करने के लिए इन गुणों को कैसे लागू किया जाए।

इसके उदाहरण

1) एचएनओ 3 + पीबीओ 2 ... - प्रतिक्रिया नहीं जाती है, क्योंकि नहीं

ओ - एल ओ - एल संभावित रिडक्टेंट;

2) Zn + KI ... - प्रतिक्रिया नहीं जाती है, क्योंकि नहीं

इन-एल इन-एल संभावित ऑक्सीडेंट;

3) केएनओ 2 + केबीआईओ 3 + एच 2 एसओ 4  ...- प्रतिक्रिया संभव है यदि एक ही समय में

इन-एल ओ-एल केएनओ 2 एक कम करने वाला एजेंट है;

4) केएनओ 2 + केआई + एच 2 एसओ 4  ... - एक ही समय में प्रतिक्रिया संभव है

ओ - एल इन - एल केएनओ 2 एक ऑक्सीकरण एजेंट है;

5) केएनओ 2 + एच 2 ओ 2 ... - एक ही समय में प्रतिक्रिया संभव है

सी - एल ओ - एल एच 2 ओ 2 एक ऑक्सीकरण एजेंट होगा, और केएनओ 2

पुनर्स्थापक (या इसके विपरीत);

6) KNO 2 ... - प्रतिक्रिया संभव

ओ - एल / डब्ल्यू - एल अनुपातहीन

एक संभावित ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट की उपस्थिति प्रतिक्रिया के आगे बढ़ने के लिए एक आवश्यक लेकिन अपर्याप्त स्थिति है। तो, ऊपर दिए गए उदाहरणों में, केवल पांचवें में हम कह सकते हैं कि दो संभावित प्रतिक्रियाओं में से एक होगा; अन्य मामलों में, अतिरिक्त जानकारी की आवश्यकता है: क्या यह प्रतिक्रिया होगी ऊर्जावान रूप से फायदेमंद।

5 इलेक्ट्रोड क्षमता की तालिकाओं का उपयोग करके ऑक्सीकरण एजेंट (कम करने वाले एजेंट) का चयन। रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की पसंदीदा दिशा का निर्धारण

प्रतिक्रियाएं अनायास चलती हैं, जिसके परिणामस्वरूप गिब्स ऊर्जा कम हो जाती है (G c.r.< 0). Для окислительно–восстановительных реакций G х.р. = - nFE 0 , где Е 0 - разность стандартных электродных потенциалов окислительной и восстановительной систем (E 0 = E 0 ок. – E 0 восст.) , F - число Фарадея (96500 Кулон/моль), n - число электронов, участвующих в элементарной реакции; E часто называют ЭДС реакции. Очевидно, что G 0 х.р. < 0, если E 0 х.р. >0.

इन-एल ओ-एल दो का संयोजन

अर्ध-प्रतिक्रियाएँ:

Zn Zn 2+ और Cu 2+  Cu;

इनमें से पहला, सहित संदर्भ पुस्तकें(Zn) और इसका ऑक्सीकृत रूप (Zn 2+) कहलाता है मज़बूत कर देनेवाला प्रणाली, दूसरा, सहित ऑक्सीकरण एजेंट(Cu 2+) और इसका छोटा रूप (Cu), - ऑक्सीडेटिवप्रणाली।

इन अर्ध-प्रतिक्रियाओं में से प्रत्येक को इलेक्ट्रोड क्षमता के मूल्य की विशेषता है, जो क्रमशः निरूपित करता है,

ई बहाल = ई 0 जेडएन 2+ / जेडएन और ई लगभग। = ई 0 घन 2+ / घन।

E 0 के लिए मानक मान हैंडबुक में दिए गए हैं:

ई 0 जेडएन 2+ / जेडएन = - 0.77 वी, ई 0 क्यू 2+ / क्यू = + 0.34 वी।

ईएमएफ = .E 0 = ई 0 लगभग। - ई0 आराम। = ई 0 क्यू 2+ / क्यू - ई 0 जेडएन 2+ / जेडएन = 0.34 - (-0.77) = 1.1 वी।

जाहिर है, E 0> 0 (और, तदनुसार, G 0 .)< 0), если E 0 ок. >ई0 आराम। , अर्थात। रेडॉक्स प्रतिक्रिया उस दिशा में आगे बढ़ती है जिसके लिए ऑक्सीकरण प्रणाली की इलेक्ट्रोड क्षमता कमी प्रणाली की इलेक्ट्रोड क्षमता से अधिक होती है।

इस मानदंड का उपयोग करके, यह निर्धारित करना संभव है कि कौन सी प्रतिक्रिया, प्रत्यक्ष या विपरीत, मुख्य रूप से आगे बढ़ती है, साथ ही एक ऑक्सीकरण एजेंट चुनें (या कम करने वाला एजेंट)किसी दिए गए पदार्थ के लिए।

उपरोक्त उदाहरण में, ई 0 लगभग। > ई 0 आराम। इसलिए, मानक परिस्थितियों में, तांबे के आयनों को धातु जस्ता (जो विद्युत रासायनिक श्रृंखला में इन धातुओं की स्थिति से मेल खाती है) के साथ कम किया जा सकता है।

इसके उदाहरण

1. निर्धारित करें कि क्या Fe 3+ आयनों के साथ आयोडाइड आयनों का ऑक्सीकरण संभव है।

समाधान:

ए) हम एक संभावित प्रतिक्रिया की एक योजना लिखेंगे: I - + Fe 3+  I 2 + Fe 2+,

इन-एल ओ-ली

बी) हम ऑक्सीकरण और कमी प्रणाली और संबंधित इलेक्ट्रोड क्षमता के लिए अर्ध-प्रतिक्रियाएं लिखते हैं:

Fe 3+ + 2e -  Fe 2+ E 0 = + 0.77 B - ऑक्सीकरण प्रणाली,

2I - I 2 + 2e - E 0 = + 0.54 B - कमी प्रणाली;

ग) इन प्रणालियों की क्षमता की तुलना करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि एक दी गई प्रतिक्रिया संभव है (मानक स्थितियों के तहत)।

2. किसी पदार्थ के दिए गए परिवर्तन के लिए ऑक्सीडेंट (कम से कम तीन) चुनें और वह चुनें जिस पर प्रतिक्रिया पूरी तरह से आगे बढ़े: Cr (OH) 3  CrO 4 2 -।

समाधान:

ए) हम संदर्भ पुस्तक ई 0 सीआरओ 4 2 - / सीआर (ओएच) 3 = - 0.13 वी में पाते हैं,

बी) संदर्भ पुस्तक की मदद से, सबसे विशिष्ट, "गैर-कमी" ऑक्सीडेंट (हैलोजन - सरल पदार्थ, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, पोटेशियम परमैंगनेट,) पर ध्यान केंद्रित करते हुए उपयुक्त ऑक्सीडेंट (उनकी क्षमता - 0.13 वी से अधिक होनी चाहिए) का चयन करें आदि))।

यह पता चला है कि यदि परिवर्तन Br 2 2Br - एक संभावित E 0 = + 1.1 V से मेल खाता है, तो परमैंगनेट आयनों और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के लिए निम्नलिखित विकल्प संभव हैं: E 0 MnO 4 - / Mn 2+ = + 1.51 B - वी खट्टावातावरण,

ई 0 एमएनओ 4 - / एमएनओ 2 = + 0.60 बी - सी तटस्थवातावरण,

ई 0 एमएनओ 4 - / एमएनओ 4 2 - = + 0.56 बी - सी क्षारीयवातावरण,

ई 0 एच 2 ओ 2 / एच 2 ओ = + 1.77 बी - सी खट्टावातावरण,

ई 0 एच 2 ओ 2 / ओएच - = + 0.88 बी - सी क्षारीयवातावरण।

यह देखते हुए कि स्थिति द्वारा निर्दिष्ट क्रोमियम हाइड्रॉक्साइड उभयचर है और इसलिए केवल कमजोर क्षारीय या तटस्थ माध्यम में मौजूद है, चयनित ऑक्सीडेंट के लिए, निम्नलिखित उपयुक्त हैं:

ई 0 एमएनओ4 - / एमएनओ 2 = + 0.60 बी और। ई 0 बीआर2 / बीआर - = + 1.1 बी ..

सी) अंतिम स्थिति, कई में से इष्टतम ऑक्सीकरण एजेंट की पसंद, इस आधार पर तय की जाती है कि प्रतिक्रिया अधिक पूरी तरह से आगे बढ़ती है, इसके लिए अधिक नकारात्मक G 0, जो बदले में E 0 के मान से निर्धारित होता है। :

बीजगणितीय मान जितना बड़ा होगा इ 0 , ख़ास तौर पर रेडॉक्स प्रतिक्रिया पूरी तरह से आगे बढ़ती है, उत्पादों की उपज जितनी अधिक होगी।

ऊपर चर्चा किए गए ऑक्सीकरण एजेंटों में से, E 0 ब्रोमीन (Br 2) के लिए सबसे बड़ा होगा।