Transcript Kemalap14_6
Az elemek lehetséges oxidációs számai H 1 Li 1 Na 1 Be 2 Mg 2 K Ca Sc Ti V 1 2 3 4,3 5,4 3,2 Rb Sr Y Zr Nb 1 2 4 4,2 Cr Mn 6,3,2 7,6, 4,3,2 Mo Tc 6,5, 7 4,3,2 Cs Ba La Hf Ta W Re 1 2 3 4 5 6,5, 7,6,4, 4,3,2 2,-1 Fe 2,3 Ru 2,3, 4,6,8 Os 2,3, 4,6,8 Co Ni Cu 2,3 2 2 3 1 Rh Pd Ag 2,3, 2 1 4 4 Ir Pt Au 2,3, 2 3 4,6 2 1 Zn 2 1 Cd 2 Hg 2 1 B C N O F 3 -4, 2,4 -3,3, 5,4,2 -2 -1 Al Si P S Cl 3 4 -3,3, 5,4 -2,2, -1,1, 4,6 3,5,7 Ga Ge As Se Br 3 4 -3,5 -2 -1 4,6 1,5 In Sn Sb Te J 3 4,2 -3, 3,5 -2, -1,1, 4,6 5,7 Tl Pb Bi Po At 3 4,2 3,5 2,4 -1,1, 1 3,5,7 Redoxi folyamatok a talajban Elektronakceptorok – Oxidálószerek: O2, NO3-, MnIII, MnIV, FeIII vegyületek, SO42- Elektrondonorok - Redukálószerek: • növényi maradványok • talaj szervesanyag C tartalma • szerves N, S (-NH2, -NH, -SH, NH4+, S2-) •, Mn2+, Fe2+ A talaj színe: vörös – FeIII szürke, fekete (Fe-humát) - FeII A nitrogén oxidációs állapotai • HNO2 salétromossav • HNO3 salétromsav Nitrogén körforgalom Denitrifikáció Szennyvíztisztitásban is NO3- + CH3OH → N2 + CO2 + H2O + OH- denitrifikáló baktériumok A NOx kibocsátás %-os megoszlása Közlekedés Erőmű Ipar Hulladékkezelés Mezőgazdaság Redoxireakciók Redoxireakció: elektronátadási folyamat Oxidáció: elektronleadás (oxidációs szám nő) Redukció: elektronfelvétel (oxidációs szám csökken) szinproporció OCl(aq) + Cl(aq) + 2H+(aq) Cl2(g) + H2O Redoxititrálások: pl. [Fe2+] meghatározása KMnO4-gyel diszproporció Egyenletek rendezése az oxidációs szám változások legkisebb közös többszöröse alapján! Redukáló- és oxidálószerek Hogyan lehetne számmal jellemezni az oxidáló/redukáló képességet? Elektródok G alvani potenciál (belsõ pot. ) M e M + M+ - M felületi potenciál V olta pot. (külsõ pot. ) M+ eM+ M FÉM OLDAT r M + (aq ) + e - M (s) G alvani potenciál különbség AM+ AM+ Elektród: olyan rendszer, amelyben elsőrendű vezető (fém) érintkezik másodrendű vezetővel (fémionok vizes oldata) A- http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction.html Galváncellák Zn(sz) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(sz), két folyamat térbeli elválasztása: _ oxidáció + cinkanód rézkatód sóhíd Zn(sz) = Zn2+(aq) +2e– redukció Cu2+(aq) +2e– = Cu(sz) vatta (1 M) -oldat (1 M) -oldat Celladiagram: Zn | Zn2+(aq) Cu2+(aq) | Cu Elektromotoros erő (E): az a feszültség, ami akkor mérhető, amikor a cellán nem folyik át áram A standard hidrogénelektród H+(aq) + e =1/2 H2(g) Megállapodás szerint: eºH+/H2 := 0 Félcella-reakciója: Pt | H2 | 1 M H+(aq) pontosabban(!): Pt | H2 | 1 mol H+ /1 kg oldat Az elektródpotenciál Az elektród potenciálja (e): annak a galváncellának az elektromotoros ereje, amelynek az egyik elektródja a kérdéses elektród, a másik pedig a standard hidrogénelektród Standardpotenciál (eº): egységnyi koncentrációjú (aktivitású) oldat elektród potenciálja Nernst-egyenlet: e e RT zF ln a M z híg oldatban : aM z cM z F=96485 C / mol Negatívabb oxidálódik, pozitívabb redukálódik. Elektromotoros erő cinkanód EMF = εkatód – εanód pl.: Daniell-elem e Cu e E MF e E MF e 0 Cu 0 Cu 0 Cu e 0 Zn RT zF RT zF ln c Cu e zF sóhíd vatta e Zn e ln c Cu RT rézkatód 0 Zn RT zF 0 Zn ln zF ln c Zn ln c Zn (ln c Cu - ln c Zn ) e Ha minkét koncentráció=1 RT c Cu 0 Cu e 0 Zn RT ln zF ln( 1) ? c Zn (EMF)Daniell = εCu – εZn = 0,337V – (-0,763V) = 1,10 V c Cu c Zn Az üvegelektród Elsőfajú elektród, pl.: Ag+(sz) + e = Ag(sz) Ag(sz) | Ag+ (aq) e függ a koncentrációtól Másodfajú elektród, pl.: Ag+(sz) + e = Ag(sz) AgCl(sz) Ag+(aq) + Cl(ag) Ag(sz) | AgCl | KCl 1 mol / kg (aq) AgCl oldatbeli koncentrációja jó közelítéssel állandó → e állandó Jó referenciaelektród! De konstans klorid-ion konc.! [Ag+] [Cl-] = 10-10 Korrózióvédelem hátrány: Passzív: festék, v. nagy eº-ú fém (pl. Sn), vagy tömör oxidréteg (pl. Al2O3) kis eº-ú fém H+, H2O Sn2+, Fe2+ Sn Fe helyi elem: Fe + Sn2+ = Sn + Fe2+ Aktív: Fe csővezeték H+, H2O Zn2+, Fe2+ Zn Fe helyi elem: Zn + Fe2+ = Fe + Zn2+ Mg vagy Zn Fe belül zinkrúd Elektrokémiai korrózió két fém csatlakozásakor ++ Elektrokémiai korrózió két fém csatlakozásakor ++ Koncentrációkülönbség okozta korrózió (alározsdásodás) Biológiai korrózió Biológiai folyamat által előidézett elektrokémiai korrózió Szulfátredukáló baktériumok: oxigénmentes környezetben a katódon képződő hidrogént használják fel szulfát redukcióra 8 Hadszorbeált + SO42- → S2- + 4H2O A katódon adszorbeálódott hidrogént, amely fékezi a korróziót eltávolítja, így a korrózió gyorsul A képződő szulfid megtámadja fémet és laza fém-szulfidot képez Fe csővezeték Zn – 2.e- = Zn2+ Fe2+ + 2.e- = Fe 2.H+ + 2.e- = H2 Mg vagy Zn Fűtőolaj tartály kilyukadt fala. Gyakori korróziót okoz az olajiparban. Biológiai korrózió A kénbaktérium oxigén tartalmú környezetben szulfid-iont kénsavvá tud oxidálni kénbaktérium telepek a falon betoncső Csatorna csövek korróziója Korrózió a földgáz vezetéken A csőben van víz és hidrogén-szulfid, amelyet a kénbaktérium kénsavvá oxidál. A képződő sav miatt lyukad ki a cső.