Введение
Редоксный потенциал (также известный как окислительно-редукционный потенциал, ORP, pe, или) - это мера тенденции химического вида приобретать электроны от или терять электроны на электроде и тем самым быть уменьшенным или окисленным соответственно. Редокс-потенциал выражается в вольт (V). Каждый вид имеет свой собственный внутренний окислительно-восстановительный потенциал; например, чем более положительным является потенциал редукции (потенциал редукции чаще используется из-за общего формализма в электрохимии), тем больше родство вида к электронам и тенденция к его уменьшению.
Redox potential (also known as oxidation / reduction potential, ORP, pe, , or ) is a measure of the tendency of a chemical species to acquire electrons from or lose electrons to an electrode and thereby be reduced or oxidised respectively. Redox potential is expressed in volts (V). Each species has its own intrinsic redox potential; for example, the more positive the reduction potential (reduction potential is more often used due to general formalism in electrochemistry), the greater the species' affinity for electrons and tendency to be reduced.
Измерение и интерпретация
В водных растворах окислительно-восстановительный потенциал является мерой тенденции раствора либо набирать, либо терять электроны в реакции. Раствор с более высоким (более положительным) потенциалом редукции, чем какая-либо другая молекула, будет иметь тенденцию к получению электронов от этой молекулы (т. е. быть уменьшенным путем окисления этой другой молекулы), а раствор с более низким (более отрицательным) потенциалом редукции будет иметь тенденцию к потере электронов для других веществ (т. е. быть окисленным путем уменьшения другой субстанции). Поскольку абсолютные потенциалы практически невозможно точно измерить, потенциалы уменьшения определяются относительно эталонного электрода. Потенциалы снижения водных растворов определяются путем измерения разности потенциалов между инертным датчиком электрода, контактирующим с раствором, и стабильным эталонным электродом, соединенным с раствором соляным мостом. Получающий электрод действует как платформа для передачи электронов в или из эталонной полуклетки; он обычно изготовлен из платины, хотя золото и графит также могут использоваться. Справочная полуклетка состоит из окислительно-восстановительного стандарта известного потенциала. Стандартный водородный электрод (SHE) является эталоном, из которого определяются все стандартные окислительно-восстановительные потенциалы, и ему присвоен произвольный потенциал полуклетки 0.0 V. Однако он хрупкий и непрактичен для обычного лабораторного использования. Поэтому обычно используются другие более стабильные эталонные электроды, такие как хлорид серебра и насыщенный каломель (SCE), из-за их более надежной производительности. Хотя измерение редоксового потенциала в водных растворах относительно просто, многие факторы ограничивают его интерпретацию, такие как влияние температуры раствора и pH, необратимые реакции, медленная кинетика электрода, неравновесие, наличие нескольких редоксовых пар, отравление электрода, небольшие обменные токи и инертные редоксовые пары. Следовательно, практические измерения редко коррелируют с расчетными значениями. Тем не менее, измерение потенциала сокращения оказалось полезным в качестве аналитического инструмента для мониторинга изменений в системе, а не для определения их абсолютного значения (например, управления процессом и титрования).
Биохимия
Многие ферментативные реакции являются окислительно-восстановительными реакциями, в которых одно соединение окисляется, а другое соединение восстанавливается. Способность организма проводить реакции окисления-редукции зависит от состояния окружающей среды, состояния окисления-редукции, или его потенциала редукции. Строго аэробные микроорганизмы обычно активны при положительных значениях, тогда как строго анаэробные микроорганизмы обычно активны при отрицательных значениях. Редокс влияет на растворимость питательных веществ, особенно ионов металлов. Существуют организмы, которые могут приспосабливать свой метаболизм к окружающей среде, например, факультативные анаэробы. Факультативные анаэробы могут быть активны при положительных значениях Eh и при отрицательных значениях Eh в присутствии неорганических соединений, содержащих кислород, таких как нитраты и сульфаты. В биохимии, видимые стандартные потенциалы редукции, или формальные потенциалы, (, отмеченные с простым знаком в надпись) рассчитываются при pH 7 ближе к pH биологических и внутриклеточных жидкостей, используются для более легкой оценки, если данная биохимическая окислительно-восстановительная реакция возможна. Их не следует путать с общими стандартными потенциалами снижения, определяемыми при стандартных условиях (;), при этом концентрация каждого растворенного вида принимается как 1 М, и таким образом .
Strictly aerobic microorganisms are generally active at positive values, whereas strict anaerobes are generally active at negative values. Redox affects the solubility of nutrients, especially metal ions. There are organisms that can adjust their metabolism to their environment, such as facultative anaerobes. Facultative anaerobes can be active at positive Eh values, and at negative Eh values in the presence of oxygen bearing inorganic compounds, such as nitrates and sulfates. In biochemistry, apparent standard reduction potentials, or formal potentials, (, noted with a prime mark in superscript) calculated at pH 7 closer to the pH of biological and intra cellular fluids are used to more easily assess if a given biochemical redox reaction is possible. They must not be confused with the common standard reduction potentials determined under standard conditions (; ) with the concentration of each dissolved species being taken as 1 M, and thus .
Химия окружающей среды
В области экологической химии потенциал редукции используется для определения окислительных или редукционных условий в воде или почве и для прогнозирования состояний различных химических видов в воде, таких как растворенные металлы. значения пе в воде колеблются от 12 до 25; уровни, при которых сама вода становится уменьшенной или окисленной, соответственно.
Качество воды
Потенциал снижения оксидов (ORP) может использоваться для систем мониторинга качества воды с преимуществом единого значения для измерения дезинфекционного потенциала, показывающего эффективную активность дезинфицирующего средства, а не применяемую дозу. Например, у E. coli, Salmonella, Listeria и других патогенных микроорганизмов время выживания составляет менее 30 секунд при ОРП выше 665 мВ, по сравнению с более чем 300 секунд при ОРП ниже 485 мВ.
Геохимия и минералогия
Диаграммы EhpH (Pourbaix) обычно используются в горнодобывающей промышленности и геологии для оценки полей стабильности минералов и растворенных видов. В условиях, когда минеральная (твердая) фаза предсказывается как наиболее стабильная форма элемента, эти диаграммы показывают этот минерал. Поскольку прогнозируемые результаты получены в результате термодинамических оценок (в равновесном состоянии), эти диаграммы следует использовать с осторожностью. Хотя формирование минерала или его растворение может быть предсказано в определенных условиях, процесс может быть практически незначительным, потому что его скорость слишком медленная. Следовательно, необходимо одновременно проводить кинетические оценки. Тем не менее, условия равновесия могут быть использованы для оценки направления спонтанных изменений и величины движущей силы, лежащей за ними.