negatiivne. 8. Kui mõõdetava galvaanielemendi emj. On väga väike (näiteks vask- ja kalomelelentroodist koosnev element), siis lülitatakse temaga järjestikku Westoni normaalelement. 9. Pärast mõõtmist arvutatakse teoreetilised suurused, mida võrreldakse katselistega. Potentsiaali ja emj. teoreetilised väärtused arvutatakse Nernsti valemi põhjal, kusjuures standardpotentsiaalid ja aktiivsustegurid võetakse vastavatest tabelitest. Katseandmed: Katsetemperatuur: 25°C Tabel A. Emj mõõtmine Element Emõõdetud E'arv = (+)mõõdetud E''arv = (+)teoreet (-)mõõdetud (-)teoreet Zn|ZnSO4 ||KCl|| CuSO4 |Cu 1,072V 0,324+0,746=1,07V 0,284+0,817= 1,101
log = –0,509 z+ z kus ioontugevus 1 2 mizi2 I= Suurema ioontugevusega lahuste puhul tuleb kasutada käsiraamatute vastavaid tabeleid. Arvutusnäide: Arvutada elemendi Zn ZnSO4 CdSO4 Cd m=0,2 m=0,01 elektromotoorjõud temperatuuril 25°C ja kirjutada elemendis toimuva reaktsiooni võrrand. Lahendus Käsiraamatust leiame elektroodide standardpotentsiaalid ja ioonide aktiivsustegurid 0 Zn2 , Zn = –0,763 V (anood, elektronide loovutamine) 0 Cd 2 ,Cd = –0,403 V (katood) (0,2 m ZnSO4) = 0,104 (0,01 m CdSO4) = 0,399 0,059 0 Zn 2 , Zn
Vesinikuelektroodi potentsiaal standardtingimustel ( T=25ºC juures 1 M HCI lahuses, vesinikurõhul 1 atm) loetakse võrdseks nulliga: E°(2H+/H2) = 0.0 V. Teiste elektroodide potentsiaale vesinikelektroodi suhtes samadel tingimustel (1 M lahused, T=25ºC) nimetatakse standardseteks redokspotentsiaalideks. standardpotentsiaal E°– redokssüsteemi potentsiaal siduda või kaotada elektrone võrreldes vesinikuelektroodiga. standardpotentsiaalid väärtuste kasvu järgi reastades moodustub metallide elektrokeemiline pingerida. mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektronide liitmine, st tegemist on tugeva oksüdeerijaga ning seda vähemaktiivsem on metall. mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektronide loovutamine, st tegemist on tugeva redutseerijaga ning seda aktiivsem on metall.
ja teine oksüdeerub, kusjuures esimese aine oksüdatsiooniaste suureneb ja teise oksüdatsiooniaste väheneb. Redutseerija on aine, mis loovutab laengukandjaid ning ise seejuures oksüdeerub. Oksüdeeruja on aine, mis seob laengukandjaid ning ise seejuures redutseerub. 10. Mis on oksüdatsiooniaste? Määra oksüdatsiooniaste etteantud ühendites. See on elemendi aatomi laeng ühendis, eeldusel et ühend koosneb ioonidest ühe elemendi kaupa. 11. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotensiaal on redutseerimisreaktsiooni potensiaal. Mida positiivsem on standardpotensiaal, seda tugevam oksüdeeruja see aine on. Mida negatiivsem on standardpotensiaal, seda tugevam redutseeruja see aine on. 12. Mis on korrosioon? Kuidas selle vastu võidelda? Korrosioon on mittetahtlik metallide oksüdeerumine. Selle vastu võideldakse: metalli katmine värvi või anaktiivse metalliga ja katoodkaitsega, kus metall on
koostamisel võrdluselektroodi abil. Kahe viimase galvaanielemendi mõõdetud elektromotoorjõudu ja võrdluselektroodi standardpotentsiaali väärtust kasutatakse uuritavate elektroodide potentsiaalide arvutamiseks. Arvutamisel tuleb tähele panna, kas uuritav elektrood on elemendis positiivne (katood) või negatiivne (anood) elektrood. Pärast mõõtmisi arvutatakse Nernsti võrrandit kasutades potentsiaalide ja emj. teoreetilised suurused, mida võrreldakse katselistega. Selleks vajalikud standardpotentsiaalid ja aktiivsustegurid võetakse käsiraamatu vastavatest tabelitest. Teoreetilised põhjendused, valemid. Galvaanielemendi elektromotoorjõud E võrdub juhul, kui difusioonipotentsiaali ei arvestata, elektroodide potentsiaalide vahega: E = 2 - 1 (1) kus 2 ja 1 on vastavalt positiivse elektroodi (katoodi) ja negatiivse elektroodi (anoodi) potentsiaalid Kui elektroodil toimub reaktsioon
Fe2+ + 2 e- - Fe E = 0,44 V Cu2+ + 2 e- - Cu E = +0,37 V Negatiivsema elektroodipotentsiaaliga metall on aktiivsem. YKI0020 Keemia alused Toomas Tamm 2011 S 2011/2012 18. Elektrokeemia 10 Nernsti v~orrand Standardpotentsiaalid kehtivad juhul, kui iooni kontsentratsioon on 1M. Muu kontsentratsiooni korral saab elektroodi potentsiaali arvutada Nernsti v~orrandist RT 1 E = E - ln z+ zF M Nersti v~orrandist on kasutusel ka plussm¨argiga variant, milles ioonide kontsentratsioon on murrujoone peal. M~olemad annavad sama tulemuse.
19. Redoksreaktsioonid. Redoksreaktsioon on keemiline reaktsioon, mille juures elektronid lähevad üle redutseerijalt oksüdeerijale ning esimese oksüdatsiooniaste suureneb, teise oma samal ajal väheneb (elektronide üleminek ühelt aatomilt teisele). 20. Mis on oksüdatsiooniaste? Määra oksüdatsiooniaste etteantud ühendites. Oksüdatsiooniaste on elemendi aatomi laeng ühendis, eeldusel, et ühend koosneb ioonidest ühe elemendi kaupa. 21. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotentsiaal on metallide pingerida. Mida vasemal vesinikust metall paikneb, seda aktiivsem ta on, seda kergemini ta oksüdeerub ja tõrjub hapetest välja vesiniku. Pingereas vesinikust paremal asuvad metallid vesinikkloriidhappega ja lahjendatud väävelhappega ei reageeri. Teise rühma kuuluvad metallide reaktsioonid hapetega, mille anioon on tugevam oksüdeerija kui vesinikioon. Antudreaktsioonides vesinikku ei eraldu. Nende
a. võrdub rühma numbriga Kolmandaks määrata, milliste elementide o.a. muutub reaktsiooni käigus. Neljandaks koostada vastavad oksüdatsiooni- ja reduktsiooniprotsesse väljendavad elektronvrrandid ja leida koefitsiendid oksüdeerijale, redutseerijale. Tavalised keemilised redoksreaktsioonid toimuvad ühtlaselt kogu lahuse vi gaasi faasis. Galvaanielemendis on reduktsioonireaktsioon ruumiliselt eraldatud oksüdatsioonireaktsioonist. 17. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Metallide reastamisel standardpotentsiaali E° väärtuse järgi saadakse metallide pingerida, mis iseloomustab metallide keemilist aktiivsust: 1. Mida negatiivsem on antud metalli standardpotentsiaal, seda aktiivsem on ta keemiliselt ning seda tugevamad on tema taandavad omadused. 2. Iga metall trjub pingereas temale järgnevad metallid nende soolade vesilahustest välja. 3
(poolreaktsioonide võrrandid). Redoksreaktsioonide tasakaalustamise pohimote: liidetud ja loovutatud elektronide arvud on vordsed. oksudeerija ja redutseerija maaratakse oksudatsiooniastme muutuse jargi. Poolreaktsioonid on redoksreaktsiooni osad, mis iseseisvalt ei eksisteeri. Poolreaktsioonis osalevad redutseerija ja oksudeerija moodustavad redokspaari. Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) + e- redokspaar Fe3+ / Fe2+ 54. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui ANOODI suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents tegemist on tugeva oksudeerijaga. Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni loovutamise tendents tegemist on tugeva redutseerijaga. 55
see aine koosneb ioonidest. Lihtainete oksüdatsiooniaste on 0. Liitainetes on kõigi aatomite oksüdatsiooniastmete summa 0 44. Tuntumad tugevad oksüdeerijad ja redutseerijad. Redoksreaktsioonide tasakaalustamine elektronide bilansi meetodi abil, poolreaktsioonide võrrandid. Tuntuimad oksüdeerijad: Cl, Br, O, HNO3 Tuntumad redutseerijad: H, CO, C, metallid, Tasakaalustamine elektronide bilansi meetodil: 45. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui ANOODI suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents – tegemist on tugeva oksüdeerijaga. Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas
Fe 3+ -iooni) aktiivsus lahuses; a red - redutseeritud vormi (nt. Fe 2+ -iooni) aktiivsus lahuses. Lahjades lahustes, kus 1, võime aktiivsuse võtta võrdseks kontsentratsiooniga. Mida suurem on redokspotentsiaali väärtus, seda tugevam oksüdeerija on oksüdeeritud vorm ja seda nõrgem redutseerija on redutseeritud vorm. Redokspotentsiaalide järgi saame otsustada, kas antud tingimustes on võimalik redoksprotsessi läbi viia soovitud suunas. Redokssüsteemide standardpotentsiaalid standardvesinikelektroodi suhtes temperatuuril 25 o C Oksüdeeritud vorm z Redutseeritud vorm E o ,V H 2 O 2 + 2H + 2 2H 2 O +1,78 MnO 4- + 4H + 3 MnO 2 + 2H 2 O +1,69 MnO 4- + 8H + 5 Mn 2+ + 4H 2 O +1,51 28
teist 2-ga: 3Cu0 – 6e- = 3CuII 2NV + 6e- = 2NII 3Cu + 2HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO Vorrandist nahtub, et lammastikhapet kulub ka vasknitraadimoodustamiseks, 3 mooli Cu(NO3)2 saamiseks kulub 6 mooli NHO3,jarelikult kulub uldse kokku 6+2 mooli HNO3: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO 4) Vorrandi vasakul poolel on 8 vesiniku aatomi sumbolit, selle arvelt tekib 4 mooli vett: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 53. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui ANOODI suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents – tegemist on tugeva oksüdeerijaga. Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni loovutamise tendents – tegemist on tugeva redutseerijaga.
· Elektroode nimetatakse võrdluselektroodiks ja indikaatorelektroodiks. süsteemi (millest koosneb, mis on elektroodide erinevused) · Joonisel kujutatud susteem on moeldud vesinikioonide kontsentratsiooni mootmiseks lahuses. · Kujutatud susteemis toimuvad mootmised kalomelelektroodi suhtes, st. Kalomelelektrood on võrdluselektroodiks. · Indikaatorelektroodiks on antud juhul vesinikioonide suhtes tundlik klaaselektrood. 27. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijadredutseerijad? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui ANOODI suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. · Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents tegemist on tugeva oksüdeerijaga. F2/F- E0 = +2,87 V MnO4-,H+/Mn2+, H2O E0 = +1,51 V Fe3+/Fe2+ E0 = +0,77 V
• liidetud ja loovutatud elektronide arvud on võrdsed. • oksüdeerija ja redutseerija määratakse oksüdatsiooniastme muutuse järgi. Näiteks II VII II III Fe SO4 + K Mn O4 + H2SO4 =2 Mn SO4 +5 Fe2 (SO4)3 + K2SO4 + H2O +5e -2*1e 10 Fe SO4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4 =2 Mn SO4 +5 Fe2 (SO4)3 + K2SO4 + 8 H2O 53. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui ANOODI suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents – tegemist on tugeva oksüdeerijaga. Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni loovutamise tendents – tegemist on tugeva redutseerijaga. 54. Redokspotentsiaal
52. Tuntumad tugevad oksüdeerijad ja redutseerijad. Redoksreaktsioonide tasakaalustamine, osavõrrandid (poolreaktsioonide võrrandid). Tuntumad oksüdeerijad on kloor, broom, hapnik, lämmastikhape, kaaliumpermanganaat, kaaliumdikromaat. Tuntumad redutseerijad on vesinik, süsinikoksiid, süsinik, metallid, sulfiidioonid 53. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotensiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi anoodi suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents – tegemist on tugeva oksüdeerijaga Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugeval on vastavas poolreaktsioonis
viisil kasutatakse elektrokeemilist rakku ehk elektrood. Elektrood on elektrijuht, mille ülesandeks on kontakti loomine vooluringi mittemetalse osaga (nt pooljuht, elektrolüüt, vaakum). Kui vooluring on mõeldud alalisvoolu jaoks, siis on selle elektroodid vastavalt elektrilaengule anood (+) ja katood (-). Anood elektrood, mille pinnal toimub oksüdeerimine. Katood elektrood, mille pinnal toimub redutseerimine, 43. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad redutseerijad? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui anoodi suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents tegemist on tugeva oksüdeerijaga. Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni loovutamise tendents tegemist on tugeva redutseerijaga.
3. Elektronide tasakaalustamiseks leida ühine kordaja (liidetud ja loovutatud elektronidearvud peavad võrduma). 4. Saadud koefitsiendid kanda võrrandisse. 5. Tasakaalustada ülejäänud reaktsioonivõrrand. 6. Tasakaalustamiseks võib vajadusel lisada vee molekule või vesinikioone happeliseskeskkonnas. Aluselises keskkonnas võib lisada hüdroksiidioone või vee molekule (3. loengu slaidid). 54. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? ● Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui ANOODI suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. ● Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents – tegemist on tugeva oksüdeerijaga. ● Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni loovutamise
oksüdatsiooniaste muutus!) kordajateks. 4. Aseta need võrrandisse vastavate valemite ette. 5. Ülejäänud kordajad leia tavalisel teel. (Jäta viimaseks hapnik, et seda kasutada kontrolliks). Poolreaktsioonid on redoksreaktsiooni osad, mis iseseisvalt ei eksisteeri. Poolreaktsioonis osalevad redutseerija ja oksüdeerija moodustavad redokspaari. Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) + e- redokspaar Fe3+ / Fe2+ 53. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui ANOODI suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents tegemist on tugeva oksüdeerijaga. Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni loovutamise tendents tegemist on tugeva redutseerijaga.
Tasakaalustamine põhineb laengu jäävuse seadusel, st liidetud ja loovutatud elektronide arvud peavad olema võrdsed. Nt: KOH+Cl₂→KCl+KClO₃ • on ükskõik, kas alustada tasakaalustamist vasakult või paremalt, mugavam sealt, kus mingi element on erineva o-a-ga ühendite koostises • kui elemendi aatomeid on mitu, tuleb seda arvestada elektronide arvu leidmisel 54. Mis on standardpotentsiaal? Kuidas on seotud standardpotentsiaalid ja oksüdeerijad (redutseerijad)? Standardpotentsiaal defineeritakse standardse vesinikelektroodi kui anoodi suhtes ehk kui redutseerumisreaktsiooni potentsiaal. Mida positiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni liitmise tendents – tegemist on tugeva oksüdeerijaga. Mida negatiivsem on standardpotentsiaal, seda tugevam on vastavas poolreaktsioonis elektroni loovutamise tendents – tegemist on tugeva redutseerijaga
annaabi.ee 
