對(duì)于經(jīng)常為研究或電子組裝進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室，擁有一個(gè)氧化劑庫(kù)并了解它們的比較優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。然而，即使在技術(shù)和科學(xué)專業(yè)人士中，大多數(shù)沒(méi)有化學(xué)背景的人也可能不了解氧化劑是什么或它們是如何工作的。這是有問(wèn)題的，因?yàn)樵谠S多實(shí)驗(yàn)室中，技術(shù)人員需要知道為特定任務(wù)選擇哪種氧化劑——而做出錯(cuò)誤選擇的后果可能是災(zāi)難性的。

在討論哪種氧化劑適合不同類型的實(shí)驗(yàn)室任務(wù)之前，有必要探索如何測(cè)量氧化劑的強(qiáng)度，并了解什么定義了氧化劑非常適合特定的工作。

什么是氧化劑的標(biāo)準(zhǔn)還原電位，它為什么重要？

簡(jiǎn)短的分析化學(xué)課程將為氧化劑的實(shí)際使用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)一種化學(xué)物質(zhì)接收電子時(shí)，它被稱為“還原”；當(dāng)它提供電子時(shí)，它被稱為“氧化”。在化學(xué)溶液的情況下，添加氧化劑相當(dāng)于添加原子，該原子可以從溶液中的其他原子接收電子，從而使溶液中的其他原子捐贈(zèng)電子并被氧化。雖然這個(gè)術(shù)語(yǔ)有點(diǎn)違反直覺(jué)，但更多地了解如何測(cè)量氧化和還原將提供實(shí)質(zhì)性的澄清。 標(biāo)準(zhǔn)還原電位  化學(xué)物質(zhì)的 (E h ) 描述了該化學(xué)物質(zhì)從相鄰電極而不是從溶液中化學(xué)物質(zhì)的另一個(gè)原子接收或提供電子的難易程度。具有更高標(biāo)準(zhǔn)還原電位值的化學(xué)物質(zhì)是更好的氧化劑，因?yàn)樗鼈兛梢越邮芨嗟木栀?zèng)電子，從而氧化更大比例的符合捐贈(zèng)條件的潛在電子。標(biāo)準(zhǔn)還原電位以伏特為單位測(cè)量，因?yàn)樗从沉穗娮訌碾姌O流向化學(xué)物質(zhì)的流動(dòng)。

然而，精明的化學(xué)家會(huì)注意到，電子流動(dòng)的難易程度受幾個(gè)因素的影響，包括：

• 溫度

• 參與原子的純度

• 離子濃度

• 分壓

因此，標(biāo)準(zhǔn)還原電位的“標(biāo)準(zhǔn)”分量是指還原電位與特定化學(xué)品列出的伏特值相同的條件。  

這些條件是：

• 25攝氏度

• 100% 純度的參與原子

• 1 摩爾濃度的參與離子

• 參與氣態(tài)原子的分壓為 1 個(gè)大氣壓

為了使度量標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化，定義為零伏電位的一致氫電極也用作參考點(diǎn)。在現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)踐中，最重要的一點(diǎn)是具有更高標(biāo)準(zhǔn)還原電位的元素將成為更有效的氧化劑。考慮到這一指標(biāo)，可以比較氧化劑的相對(duì)能力，以找到最適合任何給定應(yīng)用的氧化劑。

哪些氧化劑最強(qiáng)，哪些最弱？

每種最常見(jiàn)的氧化劑都有特定的用例。試劑的液相或氣相、其腐蝕性能以及對(duì)人體或其他實(shí)驗(yàn)室硬件造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)都是需要考慮的相關(guān)因素。通常，大多數(shù)氧化劑對(duì)人的生命是危險(xiǎn)的，如果控制不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)周圍區(qū)域造成損害。然而，通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，大多數(shù)氧化劑可以安全地用于它們的至少一個(gè)物質(zhì)相。

硫酸 (H2SO4) 是一種中等強(qiáng)度的氧化劑，標(biāo)準(zhǔn)還原電位為 0.17 伏。因?yàn)榱蛩岣鶕?jù)定義是其水溶液形式，所以它非常適合在電極表面上積聚的殘留物被氧化的情況下，必須將其清除和沖洗掉。

然而，作為氧化劑，硫酸不一定能捕獲足夠的電子來(lái)消除高度還原的電極或溶液中的自由電子。此外，硫酸不適合與由銀或金等易腐蝕元素組成的電極或化學(xué)溶液一起使用。

過(guò)氧化氫 (H2O2) 在其水溶液中的氧化電位為 0.70 伏。與硫酸不同，過(guò)氧化氫是一種更強(qiáng)的氧化劑。由于它不是強(qiáng)酸，因此使用起來(lái)也更加安全。這意味著它也適用于氧化由容易失去光澤或腐蝕的元素制成的電極。對(duì)于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室用途，過(guò)氧化氫是理想的氧化劑，因?yàn)樗膹?qiáng)度足以完成對(duì)目標(biāo)溶液或電極的氧化任務(wù)，同時(shí)購(gòu)買成本低廉且使用起來(lái)簡(jiǎn)單安全。

然而，在某些情況下，水性氧化劑在氧化過(guò)程之后是不希望的或難以去除的。此外，可能存在過(guò)氧化氫不足以完全氧化目標(biāo)的情況。

臭氧 (O3) 是一種氣態(tài)的強(qiáng)氧化劑，具有 2.075 伏的氧化電位。臭氧對(duì)人類非常危險(xiǎn)，而且由于暴露在狹窄范圍之外的溫度下容易爆炸，因此也很難使用。當(dāng)使用正確的預(yù)防措施時(shí)，臭氧是需要極其強(qiáng)大的氣相氧化劑的工業(yè)應(yīng)用的首選。但是，臭氧的購(gòu)買成本非常高，并且在使用或儲(chǔ)存時(shí)需要非常小心，這使得它不適合使用另一種氧化劑來(lái)完成的任務(wù)。  

氟 (F2) 是最強(qiáng)大和最通用的氧化劑之一，其水溶液形式的氧化電位為 3.05 伏特，氫氟酸，其氣態(tài)形式的氧化電位為 2.87 伏特。對(duì)于需要在液相或氣相中使用最強(qiáng)氧化劑的應(yīng)用，氟是唯一的選擇。然而，氟具有極強(qiáng)的反應(yīng)性，無(wú)論其相或目標(biāo)的組成如何，都很難使用。

許多原子和分子以最小的刺激與氟發(fā)生爆炸性反應(yīng)，包括無(wú)處不在的分子，如二氧化碳。有機(jī)分子中的常見(jiàn)元素，如碳、氮和氨，也會(huì)在各種分子條件下發(fā)生爆炸性反應(yīng)。因此，明智的做法是避免使用氟作為氧化劑，如果有其他東西可以完成這項(xiàng)工作。

為工作選擇合適的氧化劑

雖然上述氧化劑列表只是可以發(fā)揮類似作用的大量市售化學(xué)品中的一小部分，但許多實(shí)驗(yàn)室可能仍然難以根據(jù)他們的需要選擇合適的氧化劑，尤其是當(dāng)他們的需求是非傳統(tǒng)的時(shí)。因此，與經(jīng)驗(yàn)豐富的氧化劑和其他實(shí)驗(yàn)室化學(xué)品供應(yīng)商合作可以大大有助于為實(shí)驗(yàn)室的預(yù)期應(yīng)用找到合適的化學(xué)工具。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室與熟悉其工業(yè)或研究需求的合格供應(yīng)商合作時(shí)，保持創(chuàng)新引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)比以往任何時(shí)候都容易。