Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u...
Transcript of Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u...
![Page 1: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/1.jpg)
Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopini
Latimerov dijagram
Frostov dijagram
Pourbaix-ov dijagrampE-pH dijagram
![Page 2: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/2.jpg)
Latimerov dijagram
Latimerov dijagram prikazuje standardne redukcijske potencijale za pripadajuća oksidacijska stanja
![Page 3: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/3.jpg)
Free energy of sulfur in various oxidation states. (J. Chem. Ed. 54 485 1977)
![Page 4: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/4.jpg)
Latimerovi dijagrami za klor i sumpor u vodenoj otopini
![Page 5: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/5.jpg)
Frostov dijagramFrostov dijagram pokazuje promjenu Gibsove energije kao funkciju različitih oksidacijskih stanja.
![Page 6: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/6.jpg)
Analiza Frostovog dijagramaMn (II) je najstabilnije oksidacijsko stanje mangana.MnO4
2- i Mn (III) skloni disproporcionirajuMnO2 ne disproporcioniraMnO4
- is jako oksidacijsko sredstvo.Mangan u elementarnom stanju je srednje jako redukcijsko sredstvoPremda je termodinamički pogodna redukcija permanganata do Mn (II) iona, reakcija je spora osim u prisustvu katalizatora. Radi toga su otopine permanganata stabilneU bazičnim uvjetima ne postoji Mn2+ već netopljivi Mn(OH)2
![Page 7: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/7.jpg)
Pourbaix-ovi dijagrami i redoks reakcije u vodenoj otopini
Voda može biti oksidacijsko sredstvo:H+ + e- ↔ ½ H2 pH = 7 E = -0,414
o
H2O + e- ↔ 1/2 H2 + OH- pH = 14 E =-0,828
E = -0,059 V ⋅ pH
![Page 8: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/8.jpg)
Voda može biti redukcijsko sredstvo:REDUCIRAJUĆE DJELOVANJE:
o -II1/2O2 + 2 H+ + 2e- ↔ H2O pH =0 E = 1,23
o -II1/2 O2 + 2H+ + 2e- ↔ H2O pH = 7 E = 0,82
o1/2O2 + H2O + 2e- ↔ 2 OH- pH = 14 E = 0,41
![Page 9: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/9.jpg)
Pourbeixov dijagram za voduEE = = -- 0,059 V 0,059 V ⋅⋅ pOHpOHEE = 1,23 V = 1,23 V -- 0,059 V 0,059 V ⋅⋅ pHpH
![Page 10: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/10.jpg)
Pourbaixov dijagram –svojstva voda
![Page 11: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/11.jpg)
Jednostavni Pourbaixovi dijagrami
![Page 12: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/12.jpg)
Purbeixov dijagram za mangan
![Page 13: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/13.jpg)
Analiza Pourbeixova dijagramaSvaka točka na dijagramu odgovara termodinamički najstabilnijoj i najprisutnijoj formi elementa pri odabranom potencijalu i pH vrijednostiJaka oksidacijska sredstva nalaze se samo na vrhu Pourbaixova dijagrama.Permanganat je oksidacijsko sredstvu u širokom spektru pH vrijednosti. Također je jako oksidacijsko sredstvo pri niskim vrijednostima.Reducirajuća sredstva nalaze se na dnu dijagrama.Mangan u elementarnom stanju je redukcijsko sredstvo pri svim pH vrijednostima . A posebice je jako redukcijsko sredstvu u bazičnom području.
![Page 14: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/14.jpg)
Kada dominantno područje za odabrano oksidacijsko stanje nestaje potpuno ispod ili iznad odabrane pH vrijednosti tada element podliježe disproporcioniranju MnO4
2- pokazuje tendenciju prema disproporcioniranju.Ionske vrste koje se nalaze u području od vrha prema dnu na odabranoj pH vrijednosti ne pokazuju ni oksidacijska ni redukcijska svojstva kod te vrijednosti pH.
![Page 15: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/15.jpg)
Electronska aktivnost i pE
Kemijske reakcije koje se zbivaju spontano imaju negativnu ∆G (te radi toga pozitivnu vrijednost ∆E)∆G = -nFEU ravnoteži nema daljnjih promjena u kemijskom sastavu te je:∆G = 0Korištenjem tih informacija koristimo se kako bismo predviđali kemijski sastav u ravnoteži:E je proporcionalan G, odnosno G = -nFEE je proporcionalan pE (pE = -log ae-)
![Page 16: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/16.jpg)
elektron –ne postoji kao vrsta u otopini
[e°]- aktivnost elektrona nema fizički smisao
e- označava redukcijsku sposobnost otopine
![Page 17: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/17.jpg)
Niska vrijednost pE izražena redukcijska svojstva otopine(niska vrijednost pH – označava kisela svojstva).Za izračunavanje pE pri nestandarnim uvjetima aktiviteta i tlaka rabi seNernstova jednadžba
Niski pE – redukcijska svojstvaVisoki pE- oksidacijska svojstva
![Page 18: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/18.jpg)
pE-pH dijagram vode
Voda se može oksidirati
Voda se može reducirati
Oksidacijski limit
![Page 19: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/19.jpg)
pE = 20.75 + log(H+) ili pE = 20.75 - pH
Oksidacijski limit vode
![Page 20: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/20.jpg)
Redukcijski limit vode
Granične vrijednosti
![Page 21: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/21.jpg)
Grafički prikaz pE-pH dijagrama za vodu
![Page 22: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/22.jpg)
pE-pH dijagram za Fe-O2-H2O
Fe2+ / Fe3+
Nernstovom jednadžbom se izražava pE za vrijednosti aktivnosti i tlaka koji nisu standardni odnosno:
Granične koncentracija reaktanata i produkata su jednakeIznad granične vrijednost- stabilniji oksidacijski oblikIspod granične vrijednosti- stabilniji reducirani oblik
pE = ( E0/ 0.0591) = 13.2 V
Fe3+ + e- → Fe2+ E0 = 0.780 V
![Page 23: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/23.jpg)
U vodenoj otopini nalaze se ionske vrste:Fe2+ , Fe3+ , OH- , H+
Maksimalna konc (Fe2+ , Fe3+ = 10-5 M)U otopini se nalaze ionske vrste:Fe2+, Fe3+ Fe(OH)3 ,Fe(OH)2
Kemijske reakcije na granici faza su:
![Page 24: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/24.jpg)
Izračunavanje granice faza Fe3+/Fe2+
![Page 25: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/25.jpg)
Izračunavanje granice faza Fe3+/Fe(OH)3
![Page 26: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/26.jpg)
Izračunavanje granice faza Fe2+/ Fe(OH)2
![Page 27: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/27.jpg)
Izračunavanje granice faza Fe2+/ Fe(OH)3
![Page 28: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/28.jpg)
Izračunavanje granice faza Fe(OH)3/ Fe(OH)2
![Page 29: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/29.jpg)
pE-pH dijagram zaFe-O2-CO2-H2O
[Fe2+] = 1* 10 –6 M, [C] = 1*10-3 MFeCO3 (s) + H+ ↔ Fe2+ + HCO3
-
log K = -0.6pH = log K – log [Fe2+] - log [HCO3
-]= -0.6 + 6 +3 = 8.4
FeCO3 (s) + H+ + 2 e- ↔ Fe(s) + HCO3
- log K = -14-4pE = 0.5 log K –0.5 pH - 0.5 log [HCO3
-] =-7.2-0.5 pH +1.5 = -5.7 - 0.5 pH
FeCO3 (s) + 2 H2O ↔ Fe(OH)2 + H+ + HCO3
- log K = -13pH = -log K + log[HCO3
-] = 13-3= 10.00
![Page 30: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/30.jpg)
pE-pH dijagram zaFe-O2-CO2-H2O
![Page 31: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/31.jpg)
Praktična primjena pE-pHdijagrama
pE/pH dijagrami- grafički prikaz termodinamičkih podatakapE/pH dijagrami- ne daju informacije o brzini kemijskih reakcijaUpućuju – što se može očekivati u prirodnom okolišuOmogučuju- tumačenje mnogih prirodnih fenomena, ali ne mogu odgovoriti na pitanje kako će se brzo te pojave dogoditi Geokemičari koriste pE/pH dijagrame za predviđanje vrste nastalih stijena
![Page 32: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/32.jpg)
Ilustracija stanja oksidacijskog i redukcijskog okoliša
![Page 33: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/33.jpg)
pE-pH dijagram za Ca-S-C-O-H
Stabilna forma kalcija - Ca2+ zapH = 0-14
Niski pH - Ca2+ (ion)-otopljeni oblikpH = 3.75 – 6.50- gipspH≥ 6.5 kalcit (Ca CO3)
![Page 34: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/34.jpg)
pE-pH dijagram za Fe-C-O-H sustav
Postoje četiri područja u kojima egzistiraju-Fe2+, Fe3+ Fe(OH)3 ,Fe(OH)2-Podzemna voda sadrži veliku količinu Fe(OH)2-Aeracijom prelazi Fe(OH)2 u Fe(OH)3 –brzo-Precipitacija Fe(OH)3 –neposredno nakon
-aeracije
-Nastanak FeCO3 (s) smanjuje područje Fe2+
- iona- važnost karbonata u prirodnim vodama
![Page 35: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/35.jpg)
Standardni redukcijski potencijali i pE vrijednosti zanajčešće rabljene redoks sustave
![Page 36: Dijagrami-korisne informacije o redoks reakcijama u otopinizoak.fkit.hr/nastava/kem_okolisa/3.kemija-okolisa.pdf · redoks reakcijama u otopini ... Kemijske reakcije koje se zbivaju](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033122/5e18a9451988500f8802b3ff/html5/thumbnails/36.jpg)
pE u vodi i prirodnim vodenim sustavima
Primjer:
Izračunaj vrijednost pE jezerske vode pri 10 C ako je pH = 6.4 i ako je ta voda u ravnoteži s atmosferskim kisikom pri PO2 = 0.21 atm.