氧化還原化學與電化學
弗羅斯特圖
/ FROST /
拉蒂默圖把數字列出來;弗羅斯特圖則把它們變成一幅你能一眼讀懂的「地形圖」。你為某元素的每個氧化態,在縱軸上畫出一種相對能量,對橫軸上的氧化態作圖。點坐得越低,那個氧化態就越穩定——所以一個元素最穩定的物種,就是曲線上最低的那個點,像山谷底部、球會停下來的地方。
縱軸上畫的量是 nE°,即氧化態 n 乘以從單質到達該態所需的電位(它正比於由單質形成該態的自由能)。這張圖的精妙之處在於:任意兩點之間連線的斜率,等於這兩個態之間的還原電位。這就把讀氧化還原化學變成了讀圖:陡峭的下坡斜率意味著一個強而急切的還原;上坡斜率則意味著該還原不利。坐在它兩個相鄰點連線之上的物種是一個凸起的「鼓包」,會發生歧化(它能向兩側的更低能態滾下去);坐在那條連線之下的物種處在凹下的「窪地」中,是穩定的,於是它的相鄰物種反而會歸中化合來生成它。
弗羅斯特圖是描述氧化還原化學中最直觀的工具,讓你一眼就能比較一個元素的全部氧化態,甚至跨族比較不同元素。它適用的老實告誡與拉蒂默圖相同:曲線是為某個特定 pH 畫的,而縱軸是一種導出的記帳能量(正比於自由能),不是直接測得的。它顯示的是熱力學穩定性,絕非反應速率。
在氮的弗羅斯特圖上,最低點是 N2(氧化態 0)——這正是二氮如此穩定的原因——而 NH2OH(羥胺)位於一個凸起的鼓包,表明它會歧化。
最低點 = 最穩定;凸起鼓包 = 歧化;凹陷窪地 = 穩定。
縱軸是 nE°(正比於自由能),不是 E° 本身;正是這種加權,才使點與點之間的斜率能讀作電位。和拉蒂默圖一樣,每張弗羅斯特圖只在它標明的 pH 下有效。
又稱
另見