где Е^>0 – стандартное значение окислительно-восстановительного потенциала; n – число переданных электронов; [восст. ] и [ок. ] – молярные концентрации соединения в восстановленной и окисленной формах соответственно.

Величины стандартных электродных потенциалов Е^>0приведены в таблицах и характеризуют окислительные и восстановительные свойства соединений: чем поло-жительнее величина Е^>0, тем сильнее окислительные свойства, и чем отрицательнее значение Е^>0, тем сильнее восстановительные свойства.

Например, для F_>2 + 2ē ↔ 2F¯Е^>0 = 2,87 вольт, а для Na^>+ + 1ē ↔ Na^>0Е^>0 = -2,71 вольт (процесс всегда записывается для реакций восстановления).

Окислительно-восстановительная реакция представляет собой совокупность двух полуреакций, окисления и восстановления, и характеризуется электродвижущей силой (э.д.с.) ΔЕ^>0: ΔЕ^>0= ΔЕ^>0_>ок – ΔЕ^>0_>восст, где Е^>0_>оки ΔЕ^>0_>восст – стандартные потенциалы окислителя и восстановителя для данной реакции.

Э.д.с. реакции ΔЕ^>0 связана с изменением свободной энергии Гиббса ΔG и константой равновесия реакции К:

ΔG = – nFΔЕ^>0или ΔЕ = (RT/nF)lnK.

Э.д.с. реакции при нестандартных концентрациях ΔЕ равна: ΔЕ = ΔЕ^>0 – (RT/nF) × IgK или ΔЕ = ΔЕ^>0 – (0,059/n)lgK.

В случае равновесия ΔG = 0 и ΔЕ = 0, откуда ΔЕ = (0,059/n)lgK и К = 10^>nΔE/0,059.

Для самопроизвольного протекания реакции должны выполняться соотношения: ΔG < 0 или К >> 1, которым соответствует условие ΔЕ^>0> 0. Поэтому для определения возможности протекания данной окислительно-восстановительной реакции необходимо вычислить значение ΔЕ^>0. Если ΔЕ^>0 > 0, реакция идет. Если ΔЕ^>0 < 0, реакция не идет.

Гальванические элементы – устройства, преобразующие энергию химической реакции в электрическую энергию.

Гальванический элемент Даниэля состоит из цинкового и медного электродов, погруженных в растворы ZnSO_>4 и CuSO_>4 соответственно. Растворы электролитов сообщаются через пористую перегородку. При этом на цинковом электроде идет окисление: Zn → Zn^>2+ + 2ē, а на медном электроде – восстановление: Cu^>2+ + 2ē → Cu. В целом идет реакция: Zn + CuSO_>4 = ZnSO_>4 + Cu.

Анод – электрод, на котором идет окисление. Катод – электрод, на котором идет восстановление. В гальванических элементах анод заряжен отрицательно, а катод – положительно. На схемах элементов металл и раствор отделены вертикальной чертой, а два раствора – двойной вертикальной чертой.

Так, для реакции Zn + CuSO_>4 = ZnSO_>4 + Cu схемой гальванического элемента является запись: (-)Zn | ZnSO_>4 || CuSO_>4 | Cu(+).

Электродвижущая сила (э.д.с.) реакции равна ΔЕ^>0 = Е^>0_>ок – Е^>0_>восст= Е^>0(Cu^>2+/Cu) – Е^>0(Zn^>2+/Zn) = 0,34 – (-0,76) = 1,10 В. Из-за потерь напряжение, создаваемое элементом, будет несколько меньше, чем ΔЕ^>0. Если концентрации растворов отличаются от стандартных, равных 1 моль/л, то Е^>0_>ок и Е^>0_>восст вычисляются по уравнению Нернста, а затем вычисляется э.д.с. соответствующего гальванического элемента.

Сухой элемент состоит их цинкового корпуса, пасты NH_>4Cl с крахмалом или мукой, смеси MnO_>2 с графитом и графитового электрода. В ходе его работы идет реакция: Zn + 2NH_>4Cl + 2MnO_>2 = [Zn(NH_>3)_>2]Cl + 2MnOOH.

Схема элемента: (-)Zn | NH_>4Cl | MnO_>2, C(+). Э.д.с. элемента – 1,5 В.

Аккумуляторы. Свинцовый аккумулятор представляет собой две свинцовые пластины, погруженные в 30%-ный раствор серной кислоты и покрытые слоем нерастворимого PbSO_>4. При заряде аккумулятора на электродах идут процессы:

PbSO_>4(тв) + 2ē → Рb(тв) + SO_>4^>2-

PbSO_>4(тв) + 2H_>2O → РbO_>2(тв) + 4H^>+ + SO_>4^>2- + 2ē

При разряде аккумулятора на электродах идут процессы:

РЬ(тв) + SO