Elektrochemický potenciál
Standardní vodíková elektroda
Oxidačně-redukční potenciály

Elektrochemie
rovnováhy a děje v soustavách nesoucích elektrický náboj
Krystal kovu ponořený do destilované vody
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
Molekula polárního rozpouštědla (např. vody)
+      -               -     +
+
uvolněný kationt kovu

Elektrická dvojvrstva
kov v destilované vodě.jpg
— Do vody se uvolní část kationtů kovu
— Elektrony do roztoku neprojdou à přebytek e- na kovu
—--> záporné nabití kovu
— Vznikne tzv. elektrická dvojvrstva
— Ustavení dynamické rovnováhy
Kov ponořený do destilované vody

Elektrická dvojvrstva
zinek v ZnSO4.jpg
—Zinek uvolňuje do roztoku své soli kationty Zn2+
—Povrch zinku se nabije záporně
—Okolí zinku se nabije kladně
—Vzniká elektrická dvojvrstva
vzniká i tehdy, ponoříme-li kov do roztoku svých iontů
Zinek ponořený v ZnSO4

Elektrická dvojvrstva
měď v CuSO4.jpg
Měď ponořená v CuSO4
některé kovy mají tendenci z roztoku své soli kationty přijímat
— Povrch mědi se nabije kladně – vyloučí se Cu2+
—Okolní roztok se nabije záporně (obsahuje nadbytek SO42-)
—vzniklá dvojvrstva má opačnou polaritu než zinek

—Poločlánek
—Článek
—Soustava, která vznikne ponořením kovu do roztoku své vlastní soli
—
—Vzniká zde elektrická dvojvrstva
—
—Elektrický potenciál dvojvrstvy nelze měřit
—
—
—Soustava dvou propojených poločlánků
—
—Existuje zde potenciální rozdíl mezi dvěma poločlánky
—
—Elektrický potenciál lze měřit
—
—DANIELLŮV ČLÁNEK (model)
Elektrochemický potenciál
veličina spojená s elektrickou prací, která je nutná k přesunu elektrického náboje

Daniellův článek
300px-Daniellův_článek_001.png
+
-
ZnSO4
CuSO4
Trubice naplněná inertním elektrolytem
à přenos náboje

Potenciál kovu
vodíková elektroda.jpg
Platinová elektroda
- pokryta platinovou černí
Skleněná trubička
Vodič à připojení elektrody do obvodu
Plynný vodík
à STANDARDNÍ POTENCIÁL E0
—hodnota potenciálního rozdílu mezi elektrodami článku sestaveného z poločlánku kovu a srovnávacího
poločlánku
—
Standardní vodíková elektroda    E0  = 0 V

Hodnoty standardních potenciálů některých kovů
Elektroda
E0 [V]
Li+/Li
-3,045
K+/K
-2,925
Ba2+/Ba
-2,900
Ca2+/Ca
-2,870
Na+/Na
-2,714
Mg2+/Mg
-2,370
Al3+/Al
-1,660
Mn2+/Mn
-1,180
Zn2+/Zn
-0,763
Cr3+/Cr
-0,740
Fe2+/Fe
-0,440
Cd2+/Cd
-0,403
Co2+/Co
-0,277
Ni2+/Ni
-0,250
Sn2+/Sn
-0,136
Pb2+/Pb
-0,126
H+/H2
0,000
Cu2+/Cu
0,337
Ag+/Ag
0,799
Hg2+/Hg
0,854
při 25° C
Řada napětí kovů
- pouze jiná forma zápisu podle potenciálů
Zn
Cr
Fe
Cd
Tl
Co
Ni
Sn
Pb
H
Cu
Ag
Au
Hg

—Kovy vlevo – nejnižší hodnoty potenciálu
—Kovy vpravo – nejvyšší hodnoty potenciálu
—Kov vlevo je schopen vytěsnit kov vpravo z jeho soli
—Kov vlevo je redukčním činidlem pro kov vpravo:
—Zn + CuSO4 à Cu + ZnSO4
—Zn0 + Cu2+ à Cu0 + Zn2+
—
—Kovy ležící před vodíkem reagují s kyselinami za uvolnění vodíku:
—Zn0 + HICl à H02 + ZnIICl2
—
—Kovy vpravo reagují pouze s kyselinami, které mají oxidační účinky:
—3Cu0 + 8HNVO3 à 3CuII(NO3)2 + 2NIIO + 4H2O
—
—Kovy s nižší hodnotou potenciálu redukují kovy s vyšší hodnotou potenciálu
—à Lze tak porovnávat redukční schopnosti kovů
—
Zn
Cr
Fe
Cd
Tl
Co
Ni
Sn
Pb
H
Cu
Ag
Au
Hg

Příklad
—1) Vypočtěte potenciální rozdíl mezi elektrodami článku sestaveného ze standardní zinkové a měděné
elektrody, ponořených do roztoku svých solí (o jednotkové molární koncentraci kationtů)
—Řešení:
—Vyhledáme standardní potenciály Cu a Zn:
—Zn2+/Zn = -0,763 V ...redukční činidlo…záporná elektroda
—Cu2+/Cu = 0,337 …oxidační činidlo…kladná elektroda
—
—
—
—
—Výpočet:
—0,337 – (-0,763) = 1,1 V
—(od vyšší hodnoty odečítáme hodnotu nižší)
Elektroda
E0 [V]
Li+/Li
-3,045
K+/K
-2,925
Ba2+/Ba
-2,900
Ca2+/Ca
-2,870
Na+/Na
-2,714
Mg2+/Mg
-2,370
Al3+/Al
-1,660
Mn2+/Mn
-1,180
Zn2+/Zn
-0,763
Cr3+/Cr
-0,740
Fe2+/Fe
-0,440
Cd2+/Cd
-0,403
Co2+/Co
-0,277
Ni2+/Ni
-0,250
Sn2+/Sn
-0,136
Pb2+/Pb
-0,126
H+/H2
0,000
Cu2+/Cu
0,337
Ag+/Ag
0,799
Hg2+/Hg
0,854
potenciální rozdíl
-0,763
0,337
uvedeno ve směru redukce

Příklad
—2) Vypočtěte potenciální rozdíl mezi elektrodami článku sestaveného ze standardní hliníkové a
olověné elektrody, ponořených do roztoku svých solí (o jednotkové molární koncentraci kationtů)
—Řešení:
—Vyhledáme standardní potenciály Al a Pb:
—Al3+/Al =  -1,660...redukční činidlo
—Pb2+/Pb =  -0,126…oxidační činidlo
—
—
—
—
—Výpočet:
—-0,126 – (-1,660) = 1,5 V
—(od vyšší hodnoty odečítáme hodnotu nižší)
Elektroda
E0 [V]
Li+/Li
-3,045
K+/K
-2,925
Ba2+/Ba
-2,900
Ca2+/Ca
-2,870
Na+/Na
-2,714
Mg2+/Mg
-2,370
Al3+/Al
-1,660
Mn2+/Mn
-1,180
Zn2+/Zn
-0,763
Cr3+/Cr
-0,740
Fe2+/Fe
-0,440
Cd2+/Cd
-0,403
Co2+/Co
-0,277
Ni2+/Ni
-0,250
Sn2+/Sn
-0,136
Pb2+/Pb
-0,126
H+/H2
0,000
Cu2+/Cu
0,337
Ag+/Ag
0,799
Hg2+/Hg
0,854
potenciální rozdíl
-1,660
-0,126
uvedeno ve směru redukce

Redoxní potenciály a průběh oxidačně-redukčních reakcí
2 H2O + 2 e- -----> H2(g) + 2 OH-(aq)
-0.83
Cr3+(aq) + 3 e- -----> Cr(s)
-0.74
Sn4+(aq) + 2 e- -----> Sn2+(aq)
+0.13
Cu2+(aq) + e- -----> Cu+(aq)
+0.13
SO42-(aq) + 4 H+(aq) + 2 e- -----> SO2(g) + 2 H2O
+0.20
I2(s) + 2 e- -----> 2 I-(aq)
+0.53
MnO4-(aq) + 2 H2O + 3 e- -----> MnO2(s) + 4 OH-(aq)
+0.59
Fe3+(aq) + e- -----> Fe2+(aq)
+0.77
2 Hg2+(aq) + 2 e- -----> Hg22+(aq)
+0.92
NO3-(aq) + 3 H+(aq) + 2 e- -----> HNO2(aq) + H2O
+0.94
NO3-(aq) + 4 H+(aq) + 3 e- -----> NO(g) + 2 H2O
+0.96
Br2(l) + 2 e- -----> 2 Br-(aq)
+1.07
Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 e- -----> 2 Cr3+(aq) + 7 H2O
+1.33
Cl2(g) + 2 e- -----> 2 Cl-(aq)
+1.36
MnO4-(aq) + 8 H+(aq) + 5 e- -----> Mn2+(aq) + 4 H2O
+1.51
Co3+(aq) + e- -----> Co2+(aq)
+1.82
F2(g) + 2 e- -----> F-(aq)
+2.87
Příklad
3) Doplňte do rovnice reakce šipku, která bude    vyjadřovat směr, kterým bude uvedená reakce
samovolně probíhat
2 KBr + Cl2   …   Br2 + 2KCl
Řešení:
Zapíšeme princip reakce:
2Br- + Cl2   …   Br2 + 2Cl-
Z tabulky vyčteme:
Br2 + 2e- --> 2 Br-   E0 = 1.07
Cl2 + 2e- --> 2 Cl-   E0 = 1.36
Br- je silnější redukční činidlo než Cl- - reakce probíhá tím směrem, kde dochází k oxidaci Br- a
redukci Cl2
         oxidace: 2Br- - 2e- --> Br2
         redukce: Cl2 + 2e- --> 2Cl-
2KBr + Cl2  -->   Br2 + 2KCl
E0Br
1,07
E0Cl
1,36
potenciální rozdíl
(děje vyjadřujeme jako redukce)

Použitá literatura
—http://www.fpv.umb.sk/kat/kch/elektrochem/Elektrochemia/Teoria/3.1.html
—http://www.gnj.cz/projekt1/elektrochem/index.html
—http://www.wikiskripta.eu/index.php/Elektrodov%C3%A9_d%C4%9Bje
—http://chemprof.tripod.com/redtable.htm
—http://dragonadam.wz.cz/elektrolyza.html
—http://users.prf.jcu.cz/sima/analyticka_chemie/elektroa.htm
—