Некоторые стандартные потенциалы восстановления

в водных растворах (298 К)

Если полуячейка представляет собой пару ион металла/металл, то активность твердого металла принимается за единицу и уравнение (15) упрощается:]

. (16)

Реакции в полуячейках представлены в табл. 3. Все реакции записаны как реакции восстановления, поэтому величины Е⁰ называются стандартными потенциалами восстановления. Положительная величина Е° означает, что восстановление термодинамически более выгодно по сравнению с восстановлением ионов Н⁺ в Н₂, а отрицательная величина Е⁰ говорит о том, что предпочтительнее восстановление ионов водорода. Окисленные формы в полуячейках указаны на левой стороне уравнения реакции, а восстановленные – на правой.

В табл.4 приводится ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов пар некоторых молекул, наблюдающихся в биологических системах.

Таблица 4

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы

некоторых биологических молекул при 298 К и рН = 7

§ 3. Гальванические элементы

Для измерения потенциала электрода составляют гальваническую цепь. Два металла, погруженные в растворы их солей, соединенные между собой электролитическим ключом, образуют гальванический элемент. Гальванический элемент – это ячейка, в которой самопроизвольно происходит окислительно-восстановительная (редокс-) реакция и вырабатывается электрический ток (работа производится системой).

Возникновение электрического тока в гальваническом элементе обусловлено разностью электродных потенциалов взятых металлов и сопровождается химическими превращениями, протекающими на электродах. Например, если взять медно-цинковый элемент (рис. 7), то в нем происходит процесс:

Zn – 2e^– = Zn²⁺ (анодный процесс); Cu²⁺ + 2e^– = Cu (катодный процесс). Гальванический элемент записывается в виде схемы:

(-) Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu (+).

Здесь одна черта означает границу между электродом и раствором, две черты – границу между растворами, в скобках знаки ионов. Всегда анод записывается слева, катод – справа.

Для работы гальванического элемента необходимым условием является наличие разности потенциалов его электродов. Она называется ЭДС гальванического элемента.

Рис. 7. Медно-цинковый гальванический элемент Даниэля-Якоби

На рис. 7 показан гальванический элемент Даниеля-Якоби, состоящий из двух полуэлементов или полуячеек. Одна полуячейка содержит медную пластинку, погруженную в водный раствор CuSO₄, а другая содержит цинковую пластинку, помещенную в водный раствор ZnSO₄. Солевой мостик соединяет оба раствора друг с другом. Контакт проводников II рода, осуществляемый посредством солевого мостика, обозначается сдвоенной вертикальной чертой . Солевой мостик содержит желатин с раствором KCl или KNO₃, что позволяет ионам перемещаться между двумя полуячейками и не способствует слишком быстрому перемешиванию растворов, содержащих ионы Cu²⁺ и Zn²⁺. Металлические пластинки соединяются проволокой и в цепь подключается вольтметр.

Границы раздела проводник I рода – проводник II рода обозначаются одной вертикальной чертой |, двух проводников II рода – пунктирной вертикальной чертой |. Например, запись гальванического элемента Даниэля-Якоби, следующая:

(-) Zn (тв.) | ZnSO₄ (водн.) KC l CuSO₄ (водн.) Cu (+)

Потенциал восстановления определяется по формуле (15).