Критерий направления реакции в стандартных условиях

Если в реакционной смеси присутствуют как исходные вещества, так и образуемые ими при протекании ОВР продукты реакции или, иначе говоря, два окислителя и два восстановителя, то направление реакции определяется тем, какой из окислителей в данных условиях в соответствии с уравнением Нернста окажется более сильным. Особенно просто определяется направление реакции в стандартных условиях, когда все участвующие в ней вещества (частицы) находятся в своих стандартных состояниях.

Из термодинамики следует, что любой процесс может протекать самопроизвольно при определенных внешних условиях когда выполняется соотношение DG < 0. Поскольку DG=-А_мах, а работа по переносу заряда равна А_мах=qDφ, q = nF – переносимый заряд, Dφ – разность потенциалов, то условие самопроизвольного протекания ред-окс процессов оказывается:

DG=- qDφ< 0 откуда следует Δφ^о = φ^о_Ок – φ^о_вос> 0 или φ^о_Ок > φ^о_вос

Более сильным в этих условиях, очевидно, оказывается окислитель той пары, которая характеризуется более высоким стандартным потенциалом. Хотя направление реакции в стандартных условиях этим однозначно определено, мы, заранее не зная его, можем написать уравнение реакции или правильно (реакция в стандартных условиях действительно идет в принятом нами, т.е. в прямом направлении) или неправильно (реакция идет в обратном принятому нами направлении). Любая запись уравнения ОВР предполагает определенный выбор окислителя в левой части уравнения. Если в стандартных условиях этот окислитель сильнее, реакция пойдет в прямом направлении, если нет – в обратном. Стандартный потенциал окислительно-восстановительной пары, в которой окисленной формой является выбранный нами окислитель, назовем потенциалом окислителя φ^о_Ок, а стандартный потенциал другой пары, в которой восстановленной формой является выбранным нами восстановитель – потенциалом восстановителя φ^о_Вс.

Величину Δφ^о = φ^о_Ок – φ^о_Вс назовем стандартной разностью окислительно-восстановительных потенциалов. После введения этих обозначений критерию направления реакции в стандартных условиях можно придать простой вид:

Если Δφ^о > 0, реакция в стандартных условиях протекает в прямом направлении; если Δφ^о < 0, то в обратном.

В действительности в стандартных условиях реакции никогда не проводят, хотя бы уже потому, что продукты реакции в реакционной смеси первоначально отсутствуют. Даже если мы специально захотим провести реакцию в стандартных условиях, это окажется нелегким делом. Действительно, пусть мы каким-то образом обеспечили стандартные условия реакции (т.е. стандартные состояния всех участвующих в ней веществ) в первый момент времени.Но как только реакция начнется, условия перестанут быть стандартными, поскольку все концентрации изменятся. Тем не менее мысленно мы можем представить себе течение реакции в стандартных условиях. Для этого нужно считать объем реакционной смеси очень большим (в пределе - бесконечно большим), тогда концентрации веществ при протекании реакции изменяться не будут.

Действительный смысл этого критерия состоит в сопоставлении силы двух окислителей в стандартных условиях: если Δφ^о> 0, то окислитель в левой части ионного уравнения ОВР сильнее второго окислителя в правой части уравнения.