氧化还原化学与电化学
弗罗斯特图
/ FROST /
拉蒂默图把数字列出来;弗罗斯特图则把它们变成一幅你能一眼读懂的「地形图」。你为某元素的每个氧化态,在纵轴上画出一种相对能量,对横轴上的氧化态作图。点坐得越低,那个氧化态就越稳定——所以一个元素最稳定的物种,就是曲线上最低的那个点,像山谷底部、球会停下来的地方。
纵轴上画的量是 nE°,即氧化态 n 乘以从单质到达该态所需的电位(它正比于由单质形成该态的自由能)。这张图的精妙之处在于:任意两点之间连线的斜率,等于这两个态之间的还原电位。这就把读氧化还原化学变成了读图:陡峭的下坡斜率意味着一个强而急切的还原;上坡斜率则意味着该还原不利。坐在它两个相邻点连线之上的物种是一个凸起的「鼓包」,会发生歧化(它能向两侧的更低能态滚下去);坐在那条连线之下的物种处在凹下的「洼地」中,是稳定的,于是它的相邻物种反而会归中化合来生成它。
弗罗斯特图是描述氧化还原化学中最直观的工具,让你一眼就能比较一个元素的全部氧化态,甚至跨族比较不同元素。它适用的老实告诫与拉蒂默图相同:曲线是为某个特定 pH 画的,而纵轴是一种导出的记账能量(正比于自由能),不是直接测得的。它显示的是热力学稳定性,绝非反应速率。
在氮的弗罗斯特图上,最低点是 N2(氧化态 0)——这正是二氮如此稳定的原因——而 NH2OH(羟胺)位于一个凸起的鼓包,表明它会歧化。
最低点 = 最稳定;凸起鼓包 = 歧化;凹陷洼地 = 稳定。
纵轴是 nE°(正比于自由能),不是 E° 本身;正是这种加权,才使点与点之间的斜率能读作电位。和拉蒂默图一样,每张弗罗斯特图只在它标明的 pH 下有效。
又称
另见