還元電位は、化学種が電極から電子を獲得または喪失し、還元または酸化する傾向を測定します。酸化還元電位はボルトまたはミリボルトで表すことができます。
これは、すべての種が独自の固有の酸化還元電位を持っていることを意味します。たとえば、還元電位が大きい種は、電子に対する親和性が高く、還元される可能性が高くなります。
酸化還元電位は、物質の化学的または電気化学的反応性に対する環境条件の影響を測定します。したがって、さまざまな物質やシステムの腐食保護を予測するためにも使用できます。
以下は、潜在的な削減の例です:
| リアクション | 還元電位 (ボルト) |
| Cl2 + 2e- →2 Cl- | +1.36 |
| O2 + 4H+ +4e-→ 2H2 | +1.23 |
測定と解釈
酸化還元電位は、新しい種を水溶液に導入するときに電子を獲得または失う傾向があります。したがって、正の還元電位ソリューションは、新しい種の電子をより簡単に受け入れます。絶対電位を測定することは事実上不可能であるため、参照電極を使用して還元電位を定義できます。代わりに、塩橋で接続された安定した参照電極と不活性な検出電極との間の電位差を測定して、水溶液の還元電位を決定できます。
プラチナ、金、またはグラファイトで作られた電子転送プラットフォームを使用して、参照ハーフセルとの間で電子を転送できます。参照ハーフセルには、既知の酸化還元標準電位があります。 0.0 mV の任意の半電池電位を割り当てる標準水素電極 (SHE) は、すべての標準酸化還元電位の基準として機能します。しかし、それは壊れやすく、毎日の実験室での使用には実用的ではありません.より安定した参照電極として、塩化銀 (SC) と飽和カロメル (SCE) を使用しています。
水溶液の酸化還元電位の測定は非常に簡単ですが。非平衡、いくつかの酸化還元対の存在、電極の被毒、電流の小さな交換、溶液温度の影響と pH、遅い電極動力学、不可逆反応、および不活性な酸化還元対など、いくつかの問題が水溶液の酸化還元電位の解釈を制限します。その結果、実際の測定値が計算値と一致することはめったにありません。ただし、削減ポテンシャル測定は、絶対値を決定するのではなく、システムの変更を監視するための分析ツールとして有益であることが証明されています.
削減可能性の説明
金属がイオン溶液に浸されると、金属と溶液の界面に電位差が生じます。電位差の大きさは、電極が電子を酸化、喪失、獲得する傾向を明らかにします。
イオンと金属は半電池を表し、反応は半反応と見なされます。浸漬された金属は電極と呼ばれます。溶液と電極が反応した後の電位を電極電位といいます。ここで、電子の損失または獲得は、電極電位として知られています。電極で起こる還元は、還元電位として知られています。
電極で酸化が発生すると、酸化電位が発生します。
M ⇢ M2 + + 2e
金属イオンが金属表面に堆積し始めると、金属棒に正電荷が蓄積します。酸化は還元の逆であるため、符号を変えると還元電位が得られます。
電極の場合、一般的に
酸化ポテンシャル =–還元ポテンシャル
例として、亜鉛の標準酸化電位は
Eo (Zn/Zn) =0.76V
としての標準的な削減の可能性と同様に
Eo (Zn/Zn) =-0.76V
通常、すべての電極電位は還元電位として表されます。
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) は最近、還元電位を電極電位の指定として採用しました。
298 K で半電池反応を行い、電極を 1 モル濃度の溶液に懸濁したときの標準電極電位を E で表すことができます。標準電極電位Eを用いて、様々な化学物質の熱力学的活性を評価することができます。しかし、その絶対値を決定する方法はありません。水素電極を使って電極の電位を測定できます。
金属と接触する溶液中の濃度が電極電位を決定します。イオン濃度が上がると電極の酸化電位が下がり、イオン濃度が下がると還元電位が上がります。
ハーフ セル
電解質はバッテリー内の 2 つの半セルを分離し、バッテリーをセルにします。電極は、半電池を電池の外側の回路に接続します。必須ではありませんが、各電極は酸化還元対の一部である可能性があります。
H+(aq) 濃度、水素ガス圧 (105Pa)、および温度 (298) K は、水素ハーフセルの標準動作パラメータです。
各半電池を参照水素半電池まで測定し、標準水素半電池の電極電位のリストを作成します。この半細胞半反応は
2H(aq) + 2e ⇌ H2 (g)
電極の電位は温度によって変化するため、標準温度を 298K と定義します。半反応のイオン濃度を変えると電圧に影響するため、標準イオン濃度として 1.00 mol dm を使用します。標準圧力は 105 Pa です。
- 標準的な水素ハーフセルの電位は 0.0V で、便宜上選択されています。
- ハーフセルと標準水素ハーフセルの差は、標準電極電位 E です。
- 298K で 1.00 mol dm の金属塩溶液に浸すと、Eo 値の符号が変わります。
結論
電子を獲得して失う能力が還元電位です。 「ボルトまたはミリボルトは、この電圧を表すために使用される単位です。正の還元ポテンシャル値は、還元する傾向がより強いことを示します。錯体形成の結果、金属のイオン活性が低下します。したがって、錯体形成は金属イオンの還元電位を低下させます。
遊離 Co イオンの標準的な還元電位は 1.853 V です。ただし、錯化状態 [Co(NH3 )6 ]、標準還元電位は 0.1 V に低下します。 [Fe(CN)6 ] 還元電位は 0.36 V です。比較すると、遊離 Fe の標準的な還元電位は 0.771 V です。
一般に、錯体形成は金属イオンの還元電位を低下させます。これは、金属イオンの酸化状態が高いほど、錯体形成後により安定することを示しています。したがって、この還元電位の変化を利用して、合成配位化学における複合体形成を検出できます。
