Elektrodové potenciály
Jaký bude potenciál soustavy, která obsahuje chlorid železnatý a železitý v molárním poměru 1:10? Standardní potenciál soustavy Fe3+/Fe2+ je 0,771 V.
Elektrodové potenciály
Galvanický článek je tvořen dvěma elektrodami, kovovými vodiči ponořenými do roztoku vhodného elektrolytu. Při tomto ponoření nepatrné množství kationtů přejde z elektrody do roztoku. Povrch elektrody je nyní záporně nabit vůči roztoku a ustaví se na něm elektrický potenciál – elektrodový potenciál. Pokud jsou do roztoku ponořeny dva odlišné kovy, každý se nabije různě. Rozdíl potenciálů je rovnovážné napětí. Galvanickým článek je např. Daniellův článek.
Vztah mezi potenciálem kovové elektrody a aktivitou jejich iontů v roztoku u jejího povrchu vyjadřuje Nernstova-Petersova rovnice:
Standardní elektrodový potenciál E0 najdeme v tabulkách, je dán jednotkovým poměrem koncentrací oxidované a redukované složky redoxního systému a je vztažen k potenciálu standardní vodíkové elektrody.
Při nízkých koncentracích roztoků je možné při výpočtech místo aktivit dosadit koncentrace redoxních párů, potom bude rovnice vypadat:
\[\boldsymbol{{\color{DarkRed} E =E^{0}+\frac{R \cdot T}{z \cdot F}ln\frac{[ox]}{[red]} }\ }\tag{1.6}\]
Rovnici můžeme uvést ve zjednodušeném tvaru po dosazení konstant (platí pro 25 °C):
\[\boldsymbol{{\color{DarkRed} E =E^{0}+\frac{0,0592}{z}log\frac{[ox]}{[red]} }\ }\tag{1.7}\]
Výpočetní vztah za předpokladu, že se redukovaná koncentrace bere jako jednotková:
\[\boldsymbol{{\color{DarkRed} E =E^{0}+\frac{0,0592}{z} log c }\ }\tag{1.8}\]
Vysvětlivky k použitým značkám:
E0...standardní elektrodový potenciál [V]
E...elektrodový potenciál [V]
R...molární plynová konstanta 8,314 [J·K-1·mol-1]
T... teplota (273,15 + °C) [K]
z... počet vyměněných elektronů
F...Faradayova konstanta 96 487 [C·mol-1]
Ze zadání víme, že molární poměr Fe2+ a Fe3+ je 1:10.
Vycházíme ze vztahu (1.7): \[\boldsymbol{{\color{DarkRed} E =E^{0}+\frac{0,0592}{z}log\frac{[ox]}{[red]} }\ }\]
Po dosazení: \[E =0,771+\frac{0,0592}{1}log\frac{10}{1}= {\color{DarkGreen}\mathbf{0,8302 V}}\]
Potenciál soustavy bude 0,8302 V.
Bude se daný kov rozpuštět ve zředěné kyselině chlorovodíkové, jestliže standardní potenciál Mn2+/Mn je -1,180 V?
K odpovědi nám dopomůže Becketova řada. Jedná se o řadu kovů seřazených dle hodnot jejich standardního elektrodového potenciálu. Z řady vyčteme informace o oxidačně-redukčních vlastnostech kovů a o jejich reaktivitě. Na základě ní dělíme kovy na ušlechtilé a neušlechtilé, vodík je odděluje. Kovy nalevo od vodíku mají záporný elektrodový potenciál, jsou neušlechtilé, budou se rozpouštět ve zředění HCl. Kovy napravo od vodíku mají kladný elektrodový potenciál, jsou ušlechtilé, tudíž se nebudou rozpouštět ve zředěné HCl.
Becketova řada
Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Be Al Ti Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Mo Cu Ag Hg Pd Ir Pt Au
Nejreaktivnější jsou kovy první a druhé skupiny, budou vyvíjet vodík i ze slabých kyselin. Čím více se budou kovy v řadě zleva blížit k vodíku, tím budou s neoxidujícími kyselinami reagovat neochotněji.
Mn2+/Mn má záporný standardní potenciál, stojí v Becketově řadě nalevo od vodíku, je neušlechtilý, bude se tudíž ve zředěné HCl rozpouštět.
