Зависимость потенциала от характера среды

Рассмотрим превращение КMnO₄ в различных средах.

1. Кислая среда.

MnO₄ ^- + 8H⁺ + 5е → Mn²⁺ + 4H₂O

Е = Е₀ + 0,059/5 ∙ lg [MnO₄ ^-] ∙ [H⁺]⁸ / [Mn²⁺]

Потенциал зависит от рН среды

Е₀= 1,51 В

2. Нейтральная среда.

MnO₄^- + 2H₂O + 3e  → MnO₂ + 4OH^-

Е = Е₀ + 0,059 / 3 ∙ lg [MnO₄ ^-] / [MnO₂] ∙ [OH^-]⁴

Е₀= 0.57 В

3. Щелочная среда.

MnO₄ ^- + e  → MnO₄ ^{2 -}

Е = Е₀ + 0,059 / 1 ∙ lg [MnO₄ ^-] / [MnO₄^{2 -}]

Е₀=0.56 В

Наибольшее значение Е₀ для КMnO₄ в кислой среде, значит, КMnO₄ будет обладать в кислой среде самыми сильными окислительными свойствами.

 

Направление протекания окислительно-восстановительных реакций

По величинам Е₀ можно определить ЭДС (∆ Е) ОВР и направление её самопроизвольного протекания. Реакция протекает самопроизвольно, если ЭДС больше нуля. Если ЭДС меньше нуля, реакция идет в обратном направлении.

ЭДС = Е₀ окисл. – Е₀ вос-ль > 0

 Т.е. для протекания окислительно-восстановительной реакции восстановительный потенциал окислителя должен быть больше восстановительного потенциала восстановителя.

Рассчитаем ЭДС реакции восстановления перманганата калия в кислой среде.

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ +3H₂O

Е₀ MnO₄^- + 8H⁺ / Mn²⁺ + 4H₂O = +1,51 В

Е₀SO₄^2- + 2H⁺ / SO₃^2- + H₂O = +0,22 В

ЭДС = Е₀ окисл. – Е₀ вос-ль > 0

KMnO4 – окислитель

Na2SO3 – восстановитель

ЭДС = 1,51 – 0,2 = 1.29 В> 0, следовательно реакция идет в прямом направлении.

    Значение ОВР в природе и сельском хозяйстве

ОВР играет важную роль в жизнедеятельности клетки и биосфере:

1) Фотосинтез – состоит из большого числа стадий. Большинство из них – ОВР. Результат этих реакций – синтез углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот.

2) Источник энергии в клетки – реакция окисления углеводов и жиров кислородом воздуха, которые происходят вследствие дыхания. Почва содержит большое число окислительно-восстановительных систем, среди которых наиболее важны системы:

Fe ⁺²; Fe ⁺³

Mn ⁺², Mn ⁺³, Mn ⁺⁴.

3). Сельскохозяйственные растения могут развиваться только в оптимальном интервале потенциала почвы. Низкие потенциалы почвы возникают в результате интенсивно идущих восстановительных процессов. Высокие потенциалы возникают в результате накопления соединения элементов в высших степенях окисления. И высокие и низкие потенциалы неблагоприятны для растений и снижают их урожайность.

        

Химия биогенных элементов и их соединений

Для жизнедеятельности животных и растительных организмов необходим целый ряд элементов: C, N, H, O, P, K, Ca, Fe, S, Mg – их содержание от целых до 0.01%. Это органогенные элементы - макроэлементы. Из них построены белки, жиры, углеводы, ферменты. Помимо перечисленных 10 макроэлементов

растениям необходимы микроэлементы: B, Cu, Mo, Mn, Co, Zn, Se - их содержание до10^-5%.

    Биологически важными являются небольшие, легкие, с небольшим зарядом ядра элементы, которые способны образовать большое число связей.

H, C, O, N – биогенные элементы, составляют 90% всех живых организмов. Ниже мы рассмотрим их химические свойства.

Химия элементов VI группы.  Халькогены

           Общая электронная формула ns²np⁴

	R (A)	I1, эВ	ЭО	DHдисс(Э2) кДж/моль	Степени окисления
O	0.60	13.6	3.5	487	-2, -1, 0,+1,+2
S	0.90	10.4	2.8	315	-2, -1, 0, +2,+4,+6
Se	1.16	9.75	2.48	258	-2, -1, 0, +2,+4,+6
Te	1.35	9.1	2.01	221	-2, -1, 0, +2,+4,+6
Po	1.64	8.43	1.76		0, +2, +4

    Халькогены – рождающие руды. Только кислород - газ, остальные твердые вещества. O, S, Se, Те – неметаллы, Po – металл.

Выводы из таблицы:

1) радиус атома увеличивается вниз по группе;

2) металлические свойства усиливаются;

3) энергия ионизации I₁ уменьшается;

4) электроотрицательность (ЭО) уменьшается;

5) энергия диссоциации молекулы Э₂ уменьшается;

6) восстановительные свойства растут вниз по группе;

7) окислительные свойства усиливаются вверх по группе.