삭감 가능성

레독스 전위(산화/환원 전위, ${\displaystyle {ORP}_{}}$, $pe{\displaystyle {}_{}}$, ${\displaystyle {\mathrm{Er}}_{}}$ ${\displaystyle e_{}}$ d$(\$ E_${red$ 또는 $E{\displaystyle {}_{}}$ $(\$라고도 함)는 화학종이 전극에서 전자를 획득하거나 전극에서 전자를 손실하여 각각 감소 또는 산화되는 경향을 측정하는 척도입니다.산화환원 전위는 볼트(V) 단위로 표시됩니다.각 종은 고유의 산화환원 전위를 가지고 있다. 예를 들어 환원 전위가 더 긍정적일수록(전기화학에서의 일반적인 형식주의로 인해 환원 전위가 더 자주 사용된다), 전자에 대한 종의 친화력과 감소 경향은 더 커진다.

측정 및 해석

수용액에서 산화환원전위는 새로운 종의 도입에 의해 전자가 변화했을 때 전자를 얻거나 잃는 용액의 경향에 대한 척도이다.새로운 종보다 환원전위가 높은(양) 용액은 새로운 종으로부터 전자를 얻는 경향(즉, 새로운 종을 산화시킴으로써 환원됨)을 가지며, 환원전위가 낮은(음) 용액은 새로운 종에게 전자를 잃는 경향(즉, th를 환원함으로써 산화됨)을 가진다.e신종)절대전위는 정확한 측정이 불가능에 가깝기 때문에 기준전극에 대해 환원전위가 정의된다.용액에 접촉하는 불활성 검지 전극과 용액에 염교로 ^[1]접속되는 안정된 기준 전극의 전위차를 측정하여 수용액의 환원 전위를 구한다.

감지 전극은 기준 하프 셀에서 또는 참조 하프 셀에서 전자 전달을 위한 플랫폼 역할을 합니다. 일반적으로 백금으로 만들어지지만 금과 흑연을 사용할 수도 있습니다.기준 반전지는 알려진 전위의 산화환원 표준으로 구성됩니다.표준수소전극(SHE)은 모든 표준 산화환원 전위가 결정되는 기준이며 0.0V의 임의의 반전지 전위가 할당되어 있습니다.그러나, 이것은 깨지기 쉽고 일상적인 실험실 사용에는 실용적이지 않습니다.따라서 염화은이나 포화칼로멜(SCE)과 같은 보다 안정적인 기준전극이 일반적으로 사용되는데, 그 이유는 그 성능이 더욱 안정적이기 때문입니다.

수용액에서의 산화환원 전위 측정은 비교적 간단하지만, 용액의 온도와 pH의 영향, 불가역반응, 느린 전극속도론, 불균형, 다중 산화환원쌍의 존재, 전극중독, 소량교환전류, 불활성 산화환원쿠 등 많은 요인에 의해 해석이 제한된다.따라서 실제 측정은 계산된 값과 거의 상관관계가 없습니다.그럼에도 불구하고 환원 전위 측정은 절대값(예: 프로세스 제어 및 적정)을 결정하는 것이 아니라 시스템의 변화를 모니터링하는 분석 도구로서 유용한 것으로 입증되었습니다.

설명.

수소이온의 농도가 수용액의 산도 또는 pH를 결정하는 것과 마찬가지로 화학종과 전극 사이의 전자전달 경향에 따라 전극 쌍의 산화환원 전위가 결정된다.pH와 마찬가지로 산화환원 전위는 전자가 용액의 종으로 얼마나 쉽게 전달되는지 나타냅니다.산화환원 전위는 산화 또는 환원에 이용 가능한 전자의 양 대신 화학종이 전자를 잃거나 얻을 수 있는 특정 조건 하에서 능력을 특징으로 합니다.

pe의 개념은 Fourbaix 다이어그램과 함께 사용됩니다.pe는 무차원 수치이며 다음 관계에 의해 E와 쉽게_H 관련지을 수 있습니다.

${\displaystyle pe=black {E_{H}}{V_{T}\lambda }}=440frac {E_{H}}{0.05916}=16.903,{\text{×}},E_{H}}$

$여기$서 V ${\displaystyle T_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \frac{R}{}}$ T ${\displaystyle \frac{}{}}${ $displaystyle$ V$$_ {$T}=440frac {RT}{F}}}$는 열전압이며, R은 기체 상수(8.314JmKmmol⁻¹⁻¹), T는 절대 온도(298.15K = 25°C = 77°F), F는 패러데이 상수(96485cool/e)이다⁻.람다, λ = ln(10) 2 2.3026.

${\displaystyle \mathrm{실제로}}$ p e $=$ - ${\displaystyle \log }$θ [${\displaystyle {}^{}}$ -$]$ {$displaystyle$ pe=-\$log[e^{-}}}$는 용액의 자유 전자 농도의 음의 로그로 정의되며 레독스 ^[1][2]전위에 정비례한다.환경화학에서는 ^[1]예를 들어 $Eh($ 스타일 $E_{h$ 대신 $(디스플레이 스타일$ pe$)$를 환원 전위 단위로 사용하는 경우가 $있습니다{\displaystyle }$.수소 $pe$를 0으로 $정규화하면{\displaystyle }$ 상온에서 ${\displaystyle \mathrm{pe}}$$$${\displaystyle =}$ $9Eh(\$ pe$= 16$.9$\E_{h$})의$$ $관계$를 구한다.이 개념은 산화환원 전위를 이해하는 데 유용하지만, 열 평형에서 자유 전자의 절대적인 집중보다는 전자의 전달이 산화환원 전위를 생각하는 방법이다.그러나 이론적으로는 두 가지 접근법이 동일합니다.

반대로 pH에 대응하는 전위는 (수소 이온에 투과할 수 있는) 다공질 막으로 분리된 용질과 pH 중성수 사이의 전위차로 정의할 수 있다.이러한 전위차는 실제로 생체막의 산도 차이에서 발생합니다.이 전위(pH 중성수가 0V로 설정됨)는 레독스 전위(표준화된 수소 용액이 0V로 설정됨)와 유사하지만 레독스 케이스에서는 전자가 가로로 전달된다.pH와 산화환원 전위는 모두 용액 자체의 성질로 원소나 화합물 자체의 성질은 아니며 농도, 온도 등에 따라 달라진다.

아래 표는 부호를 반대로 하면 산화 전위로 바뀔 수 있는 몇 가지 환원 전위를 보여줍니다.환원제는 환원제에 의해 환원되는 것으로 알려진 산화제에 전자를 기증합니다.환원제는 음의 환원 잠재력이 더 높을 때 더 강하고 양의 환원 잠재력이 더 높을 때 더 약합니다.환원 전위가 양성이 될수록 전자에 대한 종의 친화력과 감소 경향이 커진다.아래 표에는 25°C에서 표시된 환원제의 환원 전위가 나와 있습니다.예를 들어 나트륨(Na) 금속, 크롬(Cr) 금속, 제철⁺(Cu) 이온, 염화물⁻(Cl) 이온 중 가장 강한 환원제인 Na 금속이며 Cl⁻ 이온은 가장⁺ 약한 산화제이다.Cl₂ 분자가 가장 강합니다.

다양한^[3] 반응의 감소 가능성 v

산화제		환원제	축소 잠재력(V)
${\displaystyle {{Li+}+ e-}}$	${\displaystyle {\=}}$	$(\displaystyle {Li})$	−3.04
$({displaystyle {{Na+}+ e-})$		$(\displaystyle\ce {Na})$	−2.71
$({displaystyle {{Mg^{2+}}+2e-}})$		$(\displaystyle\ce {Mg})$	−2.38
$({displaystyle {{Al^{3+}}+3e-}})$		${\displaystyle {Al}}$	−1.66
$({displaystyle {{2H2O(l)}+2e-}})$		$({displaystyle {{H2(g)}+2OH-}})$	−0.83
$({displaystyle {{Cr^{3+}}+3e-}})$		$(\displaystyle\cr})$	−0.74
$({displaystyle {{Fe^{2+}}+2e-}})$		${\displaystyle {Fe}}$	−0.44
$({displaystyle {{2H+}+ 2e-})$		$(\displaystyle {H2}})$	0.00
$({displaystyle {{Sn^{4+}}}+2e-}})$		$(\displaystyle {Sn^{2+}})$	0.15
$({displaystyle {{Cu^{2+}}+e-})$		$(\displaystyle {Cu+})$	0.16
${\displaystyle {{Ag+}+ e-}}$		$(\displaystyle\ce {Ag}$	+0.80
$({displaystyle {{Br2}+2e-})$		$(\displaystyle\ce {2Br-})$	+1.07
$({displaystyle {{Cl2}+2e-})$		$(\displaystyle\ce {2Cl-})$	+1.36
$({displaystyle {{MnO4^{-}}+{8H+}+5e-}})$		${\displaystyle {{Mn^{2+}}}+4H2O}}}$	+1.49
$({displaystyle {{F2}+2e-})$		$(\displaystyle\ce {2F-})$	+2.87

일부 원소 및 화합물은 환원제 또는 산화제일 수 있습니다.수소 가스는 비금속과 반응할 때는 환원제, 금속과 반응할 때는 산화제이다.

2_(s) Li + H_2(g) → 2 LiH_(s)^[a]

수소(환원전위가 0.0인 경우)는 환원제 리튬(환원전위가 -3.04)으로부터 전자공여를 받아 Li를 산화시키고 수소를 환원시키기 때문에 산화제로 작용한다.

H_2(g) + F_2(g) → 2 HF_(g)^[b]

수소는 전자를 불소에 기증하여 불소를 환원시키기 때문에 환원제 역할을 한다.

표준절감전위

표준 환원 $전위{\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{Er}}_{}^{}}$ e ${\displaystyle d_{}^{}}$ ${\$ {\$displaystyle E_{red}^{\ominus$}}는 표준 조건에서 측정됩니다.T = 298.15K(25°C 또는 77°F), 반응에 참여하는 각 이온에 대한 단일 활성(a = 1), 반응에 참여하는 각 가스에 대해 1atm(1.013bar), 순수한 상태의 금속.$표준환원전위{\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{Er}}_{}^{}}$ e d ${\$ {\$displaystyle E_{$red}^{\$ominus$}}는$$ 기준전극으로 사용되는 표준수소전극(SHE)에 대해 정의되며 임의로 0.00V의 전위가 주어진다.단, 이러한 용어가 "redox potentials"라고도 할 수 있기 때문에 IUPAC에서는 "redox potentials"와 "산화 potentials"라는 용어를 선호한다.${\displaystyle {두}_{}}$ 개의 $기호$는 E ${\displaystyle o_{}}$$$x${\displaystyle {}_{}}$ - ${\displaystyle E_{}}$ ${\displaystyle r_{}}$ d \ $displaystyle$ $E$_ { $red$$$} = - $E{\displaystyle {}_{}}$ r d$$\ $displaystyle$ E _ { $}$ = - $E$_ { $red$ $e{\displaystyle {}_{}}$ e ${\displaystyle e_{}}$ e 、 E ${\displaystyle r_{}}$ ${\displaystyle d_{}}$、 E _ { displaystyle$$ } . e e e e e e e e e e e 。

반전지

서로 다른 반셀의 상대적인 반응성을 비교하여 전자 흐름의 방향을 예측할 수 있습니다.${\displaystyle E_{}^{}}$ r ${\displaystyle d_{}^{}}$ ${\$ { $display$ E$_$ { $red$}^ \ $ominus$} } } $means$ means means means a higher a a to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to to

일반 수소 전극으로부터 전자를 받아들이는 모든 시스템 또는 환경은 양의 산화 환원 전위를 갖는 것으로 정의되는 하프 셀입니다. 수소 전극에 전자를 기증하는 모든 시스템은 음의 산화 환원 전위를 갖는 것으로 정의됩니다.${\displaystyle E_{}}$h(\$displaystyle E_{h})$는 보통 볼트(V) 또는 밀리볼트(mV)로 표시됩니다.높은 $양$의 $(\$는 유리산소 등 산화반응을 선호하는 환경을 나타냅니다.${\displaystyle {낮은}_{}}$ $음$의 Eh$(\$는 유리 금속과 같은 강한 환원 환경을 나타냅니다.

수용액에서 전기분해가 이루어지면 용질이 아닌 물이 산화되거나 환원되는 경우가 있습니다.예를 들어 NaCl 수용액을 전해하면 Na가 Na로 환원되는_(s) 대신⁺ 음극에서 물을 환원시켜 H, OH 이온을⁻ 생성해도_2(g) 된다.어떤 종이 산화되거나 감소하는지를 결정하는 것은 존재하는 각 종의 감소 잠재력이다.

전극과 전해질 사이의 실제 1회 반응에 대한 전위를 알면 절대 환원 전위를 결정할 수 있다.표면 편광은 측정을 방해하지만 다양한 공급원이^{[citation needed]} 표준 수소 전극의 추정 전위를 4.4V~4.6V(전해질은 양)로 제공합니다.

산화제에 의해 주어진 각 전자가 산화제에 의해 받아들여지도록 산화에 대응하는 것을 반전시키면 반전지 방정식을 조합할 수 있다.이런 식으로, 전지구적 결합 방정식은 더 이상 전자를 포함하지 않습니다.

네른스트 방정식

솔루션의 ${\displaystyle {Eh}_{}}$$(\$$displaystyle E_{h})$와 pH(\displaystyle ${\displaystyle {E\_}_{}}${h})는 $일반적$으로 Pourbaix 다이어그램(\$displaystyle E_{h$}$$ – pH 플롯)으로 나타나는 Nernst 방정식으로 관련지어집니다.일반적으로 환원 반응으로 표기되는 반세포 방정식의 경우(즉, 왼쪽의 산화제가 받아들이는 전자):

$(\displaystyle a, A+b, B+h, {\ce {H+}}+z, e^{-}\quad {=>}\cisco c,C+d,D})$

반전지 표준 환원 $전위{\displaystyle {}_{}^{}}$ E ${\displaystyle {\text{red}}_{}^{}}$ ${\$ { $displaystyle E_{\text{red}^{\ominus }}$는 다음과 같다.

$\displaystyle E_{\text{red}^{\ominus}({\text{red})=-{\frac {Delta G^{\ominus}}{z}F}}}$

여기서 ${\displaystyle {}^{}}$ G$$δ ${\display$ \$Delta$ G$^{\ominus$}}는$$ 표준 Gibbs 자유 에너지 변화, n은 관련된 전자 수, F는 패러데이 상수입니다.Nernst 방정식은 $pH$와 $(\$에 관련되어 있습니다.

${\displaystyle E_{h}=E_{\text{red}}=E_{\text{red}^{\ominus}-{\frac {0.05916}{z}}\log \left({\frac {{C\}^{c}\{D\}^{d}}}{\\\\}{A\}^{a}\{B\}^{b}}\오른쪽)-{\frac {0.05916,h}{z}}{\text{p}H}}}$ ^{[필요한 건]}

여기서 괄호는 액티비티를 나타내며 지수는 일반적인 방법으로 표시됩니다.
이 방정식은 기울기가${\displaystyle -0.05916(\frac{h}{}}$z$)\$인 pH의 함수로서 $(\$에 $대한{\displaystyle {}_{}}$ 직선의 방정식입니다(pH는 단위가 없습니다).

이 방정식은 높은 pH 값에서 $(\$ E_${h})$를 예측합니다.이는 O를₂ HO 또는₂ OH로⁻ 환원하고 H를⁺ H로₂ 환원하는 경우에 관찰된다.

O₂ + 4⁺ H + 4⁻ e 2 2 HO₂

O₂ + 2₂ HO + 4⁻ e 4 4 OH⁻

2⁺ H + 2⁻ e † H₂

중심 레독스 활성 원자와의 옥시 음이온을 포함한 환원 반응의 대부분은(전부는 아니더라도) 중심 원자가 환원되면 과잉인 산화 음이온(O²⁻
)이 해방된다.각 산화물 이온의 산염기 중화 작용은 다음과 같이 2 H⁺ 또는 1₂ HO 분자를 소비합니다.

O²⁻
+ 2⁺
H † HO
₂

O²⁻

₂ + HO 2 2 OH⁻

따라서 일반적으로 표준 환원 전위 표(데이터 페이지)에서 볼 수 있듯이 양성자가 항상 환원 반응의 왼쪽에 시약으로 결합됩니다.

매우 드문 환원 반응 사례에서 H가⁺ 환원 반응에 의해 형성되어 방정식의 오른쪽에 나타난다면 라인의 기울기는 반전이므로 양수($높은{\displaystyle {}_{}}$ pH에서 $\$가 된다.

예를⁺ 들어 마그네타이트(FeO₃₄ fe₂₃ FeO·FeO 2Fe³⁺
및 1Fe²⁺
)를 환원 용해시켜 3HFeO⁻
_{2 (aq)}(용존 철, Fe(II)는 2가성이고 Fe(III)보다 훨씬 용해성이 높은 반면 H:^[4]

FeO
_3
4 + 2
₂ HO + 2 e⁻ $†$ (\ $displaystyle$\$rightleftharp }$ 3$$ HFeO⁻
₂ + H⁺)

여기서:

E_h = -1.1819 - 0.0885 log [HFeO⁻
₂]³ + 0.0296 pH

h/z = -1/2이므로 선의 기울기 0.0296은 위의 -0.05916 값의 -1/2입니다.또한 값 -0.0885는 -0.05916 × 3/2에 해당합니다.

생화학

많은 효소 반응은 산화 환원 반응으로, 한 화합물은 산화되고 다른 화합물은 환원된다.유기체의 산화 환원 반응 능력은 환경의 산화 환원 상태 또는 환원 잠재력에 따라 달라집니다($E$h \ displaystyle $E_{h}).$

엄밀한 호기성 미생물은 $일반적$으로 ${\displaystyle {양}_{}}$의$$Eh({$displaystyle E_{h})$ 값에서$$ 활성화되며, 엄밀한 혐기성 미생물은 일반적으로 $음$의 $({$}) 값에서 활성화된다.레독스는 영양소, 특히 금속 ^[5]이온의 용해성에 영향을 미친다.

통성 혐기성 생물과 같이 그들의 신진대사를 환경에 맞게 조절할 수 있는 생물들이 있다.통성 혐기류는 질산염 및 ^{[citation needed]}황산염과 같은 산소를 함유한 무기화합물의 존재 하에서 양의_h E값과 음의_h E값으로 활성될 수 있다.

생화학에서는 생화학적 산화환원반응이 가능한지 여부를 보다 쉽게 평가하기 위해 생화학 및 세포내 유체의 pH에 가까운 pH7로 계산한 외관표준환원전위 또는 형식전위(${\displaystyle {\mathrm{Er}}_{}^{}}$ ${\displaystyle e_{}^{}}$ d ${\$ {$style E_{red}^{\ominus$를 사용한다.각 용해종의 농도를 [1]로 하여 표준 조건(T = 298.15 K = 25 °C = 77 °F, P_gas = 1 atm = 1.013 bar)에 따라 측정된 공통 표준 환원 전위(${\displaystyle E_{}^{}}$ r ${\displaystyle e_{}^{}}$ d $†$ {$displaystyle E_{red}^{\ominus$와 혼동해서는 안 된다.

환경화학

환경화학 분야에서는 환원전위를 이용하여 물 또는 토양에 산화 또는 환원조건이 존재하는지 여부를 판단하고 용해금속 등 물 중의 다른 화학종의 상태를 예측한다.물의 pe 값 범위는 -12 ~ 25이며,^[1] 물 자체가 감소하거나 산화되는 수준입니다.

자연계의 환원 전위는 물의 안정성 영역 경계 중 하나에 비교적 가까운 경우가 많다.통기성 지표수, 하천, 호수, 해양, 빗물 및 산성 광산수는 일반적으로 산화 조건(양전위)을 갖는다.물에 잠긴 토양, 늪, 해양 퇴적물과 같이 공기 공급이 제한적인 곳에서는 환경(음전위)을 감소시키는 것이 일반적이다.중간값은 드물며 일반적으로 pe ^[1]값이 높거나 낮은 시스템으로 이동하는 경우 일시적인 상태입니다.

환경적 상황에서는 많은 종 사이에 복잡한 비균형 조건을 갖는 것이 일반적이며, 이는 종종 환원 전위의 정확하고 정확한 측정이 불가능하다는 것을 의미한다.그러나 일반적으로는 대략적인 값을 얻어 산화 또는 환원 ^[1]상태에 있는 것으로 정의할 수 있다.

토양에는 두 가지 주요 레독스 성분이 있다. 1) 유기 레독스 시스템(주로 Fe 및 Mn의 황소/적색 화합물)과 물 추출물 측정, 2) 모든 미생물 및 뿌리 성분을 포함한 천연 토양 샘플 및 직접 ^[6]방법에 의한 측정.

수질

옥시도 환원 퍼텐셜(ORP)은 소독 퍼텐셜에 대한 단일 값 측정의 장점을 이용하여 수질 모니터링 시스템에 사용할 수 있으며, 적용 ^[7]선량보다는 소독제의 유효 활성을 보여줍니다.예를 들어, 대장균, 살모넬라, 리스테리아 및 기타 병원균은 ORP가 665mV 이상일 때 30초 미만이지만, ORP가 485mV ^[7]미만일 때는 300초 이상이다.

미네소타 헤네핀 카운티에서 전통적인 백만분율(ppm) 염소 처리 수치와 ORP를 비교한 연구가 수행되었습니다.이 연구의 결과는 650mV 이상의 ORP를 국소 건강 규제 ^[8]코드에 포함시키는 것에 찬성하는 주장을 제시한다.

지질학

E-pH(Pourbaix) 다이어그램은_h 광물 및 용해종의 안정성장을 평가하기 위해 광업과 지질학에서 일반적으로 사용된다.광물(고체)상이 원소의 가장 안정적인 형태라고 예측되는 조건 하에서, 이 그림들은 그 광물을 보여준다.예측 결과는 모두 열역학적(균형 상태) 평가에서 나온 것이므로 이 도표는 주의하여 사용해야 한다.광물의 형성이나 용해가 일련의 조건하에서 일어날 것으로 예측될 수 있지만, 속도가 너무 느리기 때문에 그 과정은 사실상 무시할 수 있을 것이다.따라서 동시에 운동학적 평가가 필요하다.그럼에도 불구하고, 평형 조건은 자발적 변화의 방향과 그 뒤에 있는 구동력의 크기를 평가하기 위해 사용될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

• 전기화학 퍼텐셜
• 전해조
• 기전력
• 페르미 준위
• 갈바닉 전지
• 산소 래디칼 흡광도 용량
• 푸르베이 도표
• 레독스
• 레독스 그라데이션
• 용해 전자
• 표준전극전위
• 표준 전극 전위 표
• pH 7에서의 생화학에서의 표준 겉보기 감소 잠재력

웹 링크

• 온라인 계산기 Redoxpotential("Redox 보정")

레퍼런스

메모들

기타 주의사항

Onishi, j; Kondo W; Uchiyama Y (1960). "Preliminary report on the oxidation-reduction potential obtained on surfaces of gingiva and tongue and in interdental space". Bull Tokyo Med Dent Univ (7): 161.

외부 링크

• Redox 잠재적 정의
• 큰 잠재력 표(데드 링크, 인터넷 아카이브의 아카이브 버전 참조)