پتانسیل کاهش استاندارد در شیمی بسیار مفید است. آنها همچنین به عنوان پتانسیل سلول استاندارد یا پتانسیل الکترود استاندارد شناخته می شوند. آنها در ولت اندازه گیری می شوند و به شما می گویند که چقدر احتمال دارد یک عنصر یا یون با به دست آوردن الکترون کاهش یابد. ما مفاهیم را به وضوح توضیح می دهیم و لیستی از پتانسیل های کاهش استاندارد را به شما ارائه می دهیم.

به عنوان مثال، فلوئور، در بالای جدول نشان داده شده در پایین این مقاله، میل بسیار بالایی برای الکترون ها دارد و تقریباً هر مولکولی که با آن در تماس باشد، آنها را از بین می برد. مولکول فلوئور 2 الکترون به دست می آورد، یکی برای هر اتم، که حاصل آن دو یون فلوراید است.

این جدول اغلب هنگام تلاش برای تعیین یک عامل کاهنده یا اکسید کننده به اندازه کافی قوی برای یک واکنش ردوکس یا تعیین اینکه کدام فلزات جایگزین فلزات دیگر می شوند، مورد استفاده قرار می گیرد. آنها همچنین نشان دهنده ولتاژ یک نیمه واکنش الکتروشیمیایی هستند.

تمام واکنش های ذکر شده در جدول زیر نیمه واکنش هستند، به این معنی که برای انجام یک واکنش کامل، به نیمه واکنش دیگری نیاز دارند که الکترون ها را در جهت مخالف منتقل کند.

پتانسیل کاهش استاندارد چیست؟

بیایید تعریف کنیم که پتانسیل کاهش استاندارد چیست. ردوکس خود به خود (واکنش های اکسیداسیون-کاهش) می تواند انرژی الکتریکی تولید کند. سلول ولتایی (گالوانیکی) یک سلول الکتروشیمیایی است که می تواند این انرژی را با استفاده از دو نیم سلول، یک آند، یک کاتد و یک پل نمکی جذب کند – مشابه عکس بالای این صفحه.

SRP برای یک نیمه واکنش با استفاده از نیم سلول هیدروژن، که به عنوان SHE (الکترود هیدروژن استاندارد) شناخته می شود، اندازه گیری می شود. نیم سلول هیدروژن یک الکترود دلخواه است که به عنوان یک مرجع عمل می کند و پتانسیل سلول برای نیم سلول هیدروژن روی صفر تنظیم می شود.

آنچه پتانسیل های استاندارد به شما می گویند و به شما نمی گویند

وقتی پتانسیل استاندارد یک واکنش را محاسبه می کنید، یک نتیجه مثبت به شما می گوید که واکنش باید خود به خود باشد. این بدان معنا نیست که چنین خواهد شد، و به شما نمی گوید که واکنش با چه سرعتی رخ خواهد داد.

به عنوان مثال، بر اساس محاسبات، آلومینیوم باید هیدروژن را از آب جابجا کند. با این حال، در شرایط عادی، به دلیل ریز پوشش اکسید آلومینیوم غیرفعال که تشکیل می شود، نیست. اما وقتی آلومینیوم را با گالیوم مخلوط می کنید، اجازه می دهید آب از پوشش اکسید عبور کند و می توانید واکنش را مشاهده کنید.

همچنین می توانید از پتانسیل استاندارد یک واکنش برای محاسبه ثابت تعادل برای واکنش استفاده کنید. شما می توانید تغییر انرژی آزاد گیبس را محاسبه کنید. و می‌توانید از معادله نرنست برای محاسبه پتانسیل، تغییر انرژی آزاد و ثابت تعادل در شرایط غیراستاندارد استفاده کنید، مانند غلظت‌های متفاوت واکنش‌دهنده‌ها و محصولات.

نکات پتانسیل کاهش

در اینجا چند نکته مفید هنگام خواندن این جدول آورده شده است:

تمام پتانسیل های کاهش استاندارد نسبت به هیدروژن هستند که مقدار صفر به آن اختصاص داده شده است. پتانسیل تمام واکنش های دیگر با استفاده از آنچه به عنوان الکترود هیدروژن استاندارد شناخته می شود اندازه گیری می شود.
همه واکنش‌ها به عنوان واکنش‌های کاهش فهرست می‌شوند، جایی که یک عنصر یا یون الکترون می‌گیرد و بار منفی بیشتری به خود می‌گیرد.
توجه داشته باشید که فلوئور عنصری، در بالای جدول، قوی ترین اکسید کننده است و هیچ چیز در جدول نمی تواند فلوراید را به یون مثبت اکسید کند.
توجه داشته باشید که لیتیوم عنصری، در انتهای لیست پتانسیل های کاهش استاندارد، قوی ترین کاهنده است. حتی می توانید ببینید که لیتیوم یون های پتاسیم را به فلز پتاسیم کاهش می دهد. هنگامی که لیتیوم به عنوان یک عامل کاهنده عمل می کند، معادله و بار ذکر شده در جدول را معکوس می کنید و به واکنش پتانسیل 3.05+ ولت می دهید.
هرچه پتانسیل مثبت تر باشد، احتمال وقوع نیمه واکنش بیشتر است
این پتانسیل ها همگی در شرایط استاندارد (25 درجه سانتیگراد، فشار 1 اتمسفر، محلول غلظت 1 مولی) اندازه گیری می شوند.
واکنش با یون های H+ در معادله در محلول های اسیدی انجام می شود. واکنش‌ها با یون‌های OH- در محلول بازی انجام می‌شود.
برای بدست آوردن پتانسیل واکنش معکوس، که به عنوان “پتانسیل اکسیداسیون” شناخته می شود، به سادگی علامت پتانسیل را معکوس کنید. به عنوان مثال، پتانسیل اکسیداسیون استاندارد برای نیمه واکنش یون های فلوراید به فلوئور عنصری دارای پتانسیل 2.87- ولت است (به این معنی که انجام این واکنش بسیار دشوار است).
از این جدول می توان برای پیش بینی اینکه آیا فلزی در محلول جایگزین فلز دیگری می شود یا خیر، استفاده کرد. برای مثال، برای اینکه ببینید آیا فلز روی جایگزین یون‌های مس در محلول می‌شود و مس عنصری تولید می‌کند، بررسی کنید که آیا پتانسیل Zn->Zn+2 (+0.76) به پتانسیل Cu+2->Cu (0.34+) اضافه شده است یا خیر. بزرگتر از صفر (این است!)
پتانسیل های کاهش استاندارد برای نیمه واکنش های رایج
عوامل اکسید کننده و کاهنده رایج

اگر لیست را اسکن کنید، متوجه بسیاری از عوامل اکسید کننده قوی رایج در آزمایشگاه در بالای لیست خواهید شد، مانند پراکسید هیدروژن، یون پراکسیدی سولفات، یون پرمنگنات و یون هیپوکلریت. هر چه در لیست بالاتر باشد، عنصر/یون در سمت چپ نیمه واکنش قوی‌تر از یک عامل اکسید کننده است.

همچنین یون نیترات را خواهید دید

, NO3 – در لیست. یون نیترات یک عامل اکسید کننده با توان متوسط ​​است، به همین دلیل است که اسید نیتریک می تواند با بسیاری از فلزات مانند مس که با اسید غیر اکسید کننده مانند اسید هیدروکلریک واکنش نمی دهند، واکنش نشان دهد.

در ادامه فهرست، عوامل کاهش دهنده معمولی مانند فلز روی، یون قلع (II) و هر دو یون سولفیت و تیوسولفات را مشاهده خواهید کرد که قابلیت احیای مشابهی دارند. هرچه فهرست پتانسیل های کاهش استاندارد پایین تر باشد، عامل احیا کننده در سمت راست نیمه واکنش قوی تر است.

واکنش‌های ردوکس از هیجان‌انگیزترین واکنش‌ها در شیمی هستند. امیدواریم که اغلب با این جدول مشورت کنید!

قوی ترین عامل اکسید کننده چیست؟

فلوئور، ازن، پراکسید هیدروژن و یون پرمنگنات از قوی ترین عوامل اکسید کننده در نظر گرفته می شوند. گفته می شود، فلوئور عنصری به دلیل خطرناک بودن تقریباً هرگز به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده نمی شود.

فهرست پتانسیل های کاهش استاندارد
جدول پتانسیل کاهش استاندارد
F2(g) +  2e-1 ———> 2F-1(aq) +2.87
O3(g) + 2H+1(aq) + 2e-1 ———> O2(g) + H2O(l) +2.08
S2O82-(aq) + 2e-1 ———> 2 SO42-(aq) +2.05
Au1+(aq) + e-1 ———> Au(ها) +1.83
Co3+(aq) + e-1 ———>  Co2+(aq) +1.82
H2O2(aq) + 2 H+1(aq) + 2e-1 ———> 2 H2O(l) +1.77
MnO4-1(aq) +  4 H+1(aq) + 3e-1 ———> MnO2(s) + 2 H2O(l) +1.695
PbO2(s) + SO42-(aq) + 4 H+1(aq) + 2e-1 ———> PbSO4(s) + 2 H2O(l) +1.69
2 HOCl(aq) + 2 H+1(aq) + 2e-1 ———> Cl2(g) + 2 H2O(l) +1.63
Mn3+(aq) + e-1 ———> Mn2+(aq) +1.51
MnO4-1(aq) +  8 H+1(aq) + 5e-1 ———> Mn2+(aq) + 4 H2O(l) +1.49
ClO3-1(aq) + 12 H+1(aq) + 10e-1 ———>Cl2(g) + 6 H2O(l) +1.49
PbO2(s) + 4 H+1(aq) + 2e-1 ———> Pb2+(aq) + 2 H2O(l) +1.46
BrO3-1(aq) + 6 H+1(aq) + 6e-1 ———> Br-1(aq) + 3 H2O(l) +1.44
Ce4+(aq) + e-1 ———> Ce3+(aq) +1.44
Au3+(aq) + 3e-1 ———> Au(ها) +1.42
Cl2(g) + 2e-1 ———> 2 Cl-1(aq) +1.36
Cr2O72-(aq) + 14 H+1(aq) + 6e-1 ———> 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l) +1.33
O3(g) + H2O(l)  + 2e-1 ———> O2(g) + 2 OH-1(aq) +1.24
MnO2(s) + 4 H+1(aq) + 2e-1 ———> Mn2+(aq) + 2 H2O(l) +1.23
O2(g) +  4 H+1(aq) + 4e-1 ———> 2 H2O(l) +1.23
Pt2+(aq) + 2e-1 ———> Pt(ها) +1.20
IO3-1(aq) + 5H+1(aq) + 4e-1 ———HIO(aq) + 2 H2O(l) +1.13
Br2(aq) + 2e-1 ———> 2 Br-1(aq) +1.07
NO3-1(aq) + 4 H+1(aq) + 3e-1 ———> NO(g) + 2 H2O(l) +0.96
NO3-1(aq) + 3 H+1(aq) + 2e-1 ———> HNO2(g) + H2O(l) +0.94
2 Hg2+(aq) + 2e-1 ———> Hg22+(aq) +0.91
HO2-1(aq) + H2O(l) + 2e-1 ———> 3 OH-1(aq) +0.87
2 NO3-1(aq) + 4 H+1(aq) + 2e-1 ———> 2 NO2(g) + 2H2O(l) +0.80
Ag+1(aq) + e-1 ———> Ag(s) +0.80
Fe3+(aq) + e-1 ———> Fe2+ (aq) +0.77
O2(g) + 2H+1(aq) + 2e-1 ———> H2O2(aq) +0.69
I2(s) + 2e-1 ———> 2 I-1(aq) +0.54
NiO2(s) + 2 H2O(l) + 2e-1   ———> Ni(OH)2 + 2 OH-1(aq) +0.49
SO2(aq) + 4 H+1(aq) + 4e-1 ———> S(s) + 2 H2O(l) +0.45
O2(g) + 2 H2O(l) + 4e-1 ———> 4 OH-1(aq) +0.401
Cu2+(aq) + 2e-1 ———> Cu(s) +0.34
Hg2Cl2(s) + 2e-1 ———> 2 Hg(l) + 2 Cl-1(aq) +0.27
PbO2(s) + H2O(l) + 2e-1 ———> PbO(s) + 2 OH-1(aq)  +0.25
AgCl(s) + e-1 ———> Ag(s) + Cl-1(aq) +0.2223
SO42-(aq) + 4H+1(aq) + 2e-1 ———> H2SO3(aq) + H2O(l) +0.172
S4O62-(aq) + 2e-1 ———> 2 S2O32-(aq) +0.169
Cu2+(aq) + e-1 ———> Cu+1(aq) +0.16
Sn4+(aq) + 2e-1 ———> Sn2+(aq) +0.15
S(s) + 2H+1(aq) + 2e-1 ———> H2S(g) +0.14
AgBr(s) + e-1 ———> Ag(s) + Br-1(aq) +0.07
2 H+1(aq) + 2e-1 ———> H2(g)    0.00
Pb2+(aq) + 2e-1 ———> Pb(s) -0.13
Sn2+(aq) + 2e-1 ———> Sn(s) -0.14
AgI(s) + e-1 ———> Ag(s) + I-1(aq) -0.15
Ni2+(aq) + 2e-1 ———> Ni(s) -0.25
Co2+(aq) +2e-1 ———> Co(s) -0.28
In3+(aq) + 3e-1 ———> In(s) -0.34
Tl+1(aq) + e-1 ———> Tl(s) -0.34
PbSO4(s) + 2e-1 ———> Pb(s) + SO42-(aq) -0.36
Cd2+(aq) + 2e-1 ———> سی دی (ها) -0.40
Fe2+(aq) + 2e-1 ———> Fe(s) -0.44
Ga3+(aq) + 3e-1 ———> Ga(s) -0.56
PbO(s) + H2O(l) + 2e-1 ———> Pb(s) + 2 OH-1(aq) -0.58
Cr3-(aq) + 3e-1 ———> Cr(s) -0.74
Zn2+(aq) + 2e-1 ———> Zn(s) -0.76
2 H2O(l) + 2e-1 ———> H2(g) + 2 OH-1(aq) -0.83
Fe(OH)2(s) + 2e-1 ———> Fe(s) + 2 OH-1(aq) -0.88
Cr2+(aq) + 2e-1 ———> Cr(s) -0.91
N2(g) + 4 H2O(l) + 4e-1 ———> N2O4(aq) +4 OH-1(aq) -1.16
V2+(aq) + 2e-1 ———> V(s) -1.18
ZnO2-1(aq) + 2 H2O(l) + 2e-1 ———> Zn(s) + 4OH-1(aq) -1.216
Ti2+(aq) + 2e-1 ———> Ti(s) -1.63
Al3+(aq) + 3e-1 ———> Al(s) -1.66
U3+(aq) + 3e-1 ———> U(s) -1.79
Sc3+(aq) + 3e-1 ———> Sc(s) -2.02
Er3+(aq) + 3e-1 ———> Er(s) –2.33
Ce3+(aq) + 3e-1 ———> Ce(s) –2.34
Pr3+(aq) + 3e-1 ———> Pr(s) -2.35
La3+(aq) + 3e-1 ———> La(s) -2.36
Y3+(aq) + 3e-1 ———> Y(s) -2.37
Mg2+(aq) + 2e-1 ———> Mg(s) -2.37
Na+1(aq) + e-1 ———> Na(s) -2.71
Ca2+(aq) + 2e-1 ———> Ca(s) -2.76
Sr2+(aq) + 2e-1 ———> Sr(s) -2.89
Ba2+(aq) + 2e-1 ———> Ba(s) -2.90
Cs+1(aq) +e-1 ———> Cs(s) -2.92
K+1(aq) + e-1 ———> K(s) -2.92
Rb+1(aq) + e-1 ———> Rb(s) -2.93
Li+1(aq) + e-1 ———> Li(s) -3.05
فهرست پتانسیل های کاهش استاندارد
قرائت های مشابه