2010-01-22

1

Chemia XV

Reakcje redoks

Typ reakcji

Reakcja pierwiastka cynku z pierwiastkiem siarki

w celu wytworzenia związku - siarczku
cynkowego.

Zn + S --> ZnS

Bardziej złożoną i jedną z najważniejszych reakcji

chemicznych w świecie jest reakcja fotosyntezy

6CO

2

+ 6H

2O

--> C

6

H

12

O

6

(glukoza) + 6O

2

P

roces spalania węgla kamiennego (koksu), który

w naszym kraju jest głównym źródłem energii.

C + O

2

--> CO

2

+ Q (ciepło)

2010-01-22

2

reakcji utleniania-redukcji

• zwane

reakcjami redoks

.

• Cechą charakterystyczną tej klasy reakcji

jest

przenoszenie elektronów z jednego

atomu do drugiego, czego nie
obserwujemy w reakcji zobojętniania i
wytrącania osadów.

Utlenienie i Redukcja

Utlenienie

polega na oddawaniu elektronów przez

atomy lub grupy atomów (proces
deelektronizacji).

Redukcja

polega na przyjmowaniu elektronów

przez atomy lub grupy atomów.

proces utlenienia

przebiega zawsze równolegle z

procesem redukcji i odwrotnie, redukcji
towarzyszy utlenienie

2010-01-22

3

Przykłady reakcji utleniania-

redukcji

• 1. Reakcja metalicznego wapnia z tlenem

2Ca + O

2

--> 2CaO

utlenianie

- 2Ca

0

--> 2Ca

II

+ 4e

redukcja

- O

0

2

+ 2e --> 2O

-II

2Ca

0

+ O

0

2

--> 2Ca

II

O

-II

• 2. Reakcja metalicznego wapnia z chlorem

Ca + Cl

2

--> CaCl

2

utlenianie

- Ca

0

--> Ca

II

+ 2e

redukcja

- Cl

0

2

+ 2e --> 2Cl

-I

Ca

0

+ Cl

0

2

--> Ca

II

Cl

2

-I

Stopniem utleniania

stopniem utleniania pierwiastka wchodzącego

w skład określonej substancji nazywaliśmy
liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków
elementarnych jakie przypisalibyśmy
atomom tego pierwiastka gdyby cząsteczki
tej substancji miały budowę jonową.

2010-01-22

4

• suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w

skład cząsteczki obojętnej wynosi zero, wchodzących w

skład jonu równa się całkowitej wartości jonu.

• pierwiastkom w stanie wolnym przypisuje się stopień

utlenienia O.

• fluor we wszystkich swych połączeniach występuje w

stopniu utlenienia -I.

• tlen w swych połączeniach występuje w stopniu utlenienia

-II. Wyjątek stanowią nadtlenki, np. BaO

2

, dla których

przyjmuje się stopień utlenienia -I oraz OF

2

, w którym tlen

przyjmuje stopień utlenienia II.

• wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenienia I.

Wyjątek stanowią wodorki litowców i berylowców
(np.LiH, CaH

2

), w których jego stopień utlenienia równy

jest -I oraz B

2

H

6

, AlH

3

, SiH

4

.

• stopień utlenienia litowców wynosi I a berylowców II.

• stopień utlenienia litowców wynosi I a

berylowców II.

2010-01-22

5

Przykłady obliczania stopnia

utlenienia

Wyznacz stopien utlenienia w CO

2

, CO

3

-2

MnO

4

-

.

CO

2

-

cząsteczka obojętna a więc suma stopni

utlenienia w związku wynosi 0.

[stopień utlenienia C] + [2*stopień utlenienia O] =

0

x + 2*(-II) = 0

Stopie

ń utlenienia węgla wynosi więc IV.

CO

3

-2

-

jon o ładunku -2, a więc suma stopni

utlenienia w jonie wyniesie -2.

[stopień utlenienia C] + [3*stopień utlenienia

O] = -2

x + 3*(-II) = -2

Stopie

ń utlenienia węgla wynosi więc IV.

2010-01-22

6

MnO

4

-

-

jon o całkowitym ładunku -1, a

więc suma stopni utlenienia w jonie

wyniesie -1.

[stopień utlenienia Mn] + [4*stopień

utlenienia O] = -1

x + 4*(-II) = -1

Stopie

ń utlenienia manganu wynosi więc

VII.

Utleniacze

• Zgodnie z elektronową interpretacją

procesów utlenienia-redukcji

utleniaczami są atomy, jony lub

czasteczki posiadajace zdolność

przyjmowania elektronów tzn.

odbierania ich od innych atomów lub

grup atomów, powodując w ten

sposób ich utlenienie.

2010-01-22

7

Utleniacza

mi mogą być

- pierwiastki najbardziej elektroujemne, : fluor

F

2

, Chlor Cl

2

, brom Br

2

oraz tlen O

2

,

-

związki chemiczne, w których występują

pewne pierwiastki na najwyższych stopniach
utlenienia np. nadmanganian potasowy
KMn

VII

O

4

, dwuchromian potasowy K

2

Cr

VI

2

O

7

,

nadtlenek wodoru H

2

O

-I

2

, azotan potasowy

KN

V

O

3

, kwas azotowy HN

V

O

3

i inne,

-

jony, jak na przykład N

V

O

3

-

, Mn

VII

O

4

-

Reduktory

• Reduktorami są atomy, jony lub

cząsteczki posiadające zdolność

oddawania elektronów innym

atomom, jonom lub cz

ąsteczkom,

powodując redukcję tych substancji.

2010-01-22

8

Reduktorami są

- przede wszystkim pierwiastki najbardziej

elektrododatnie, np. metale I grupy układu
okresowego takie jak sód Na, potas K, i inne
a także wodór i węgiel.

-

Ze związków chemicznych do reduktorów
zaliczamy te, które posiadają atomy metali
lub niemetali na niższym stopniu utlenienia,
np. chlorek cynowy Sn

II

Cl

2

, chlorek żelaza(II)

Fe

II

Cl

2

, kwas siarkowy(IV) H

2

S

IV

O

3

,

azotan(III)sodu NaN

III

O

2

, tlenek węgla C

II

O.

Przykład

4NH

3

+ 5O

2

--> 4NO + 6H

2

O

Obliczamy stopnie utlenienia pierwiastków

wszystkich reagentów, których wartości
wynoszą odpowiednio.

4N

-III

H

I

3

+ 5O

0

2

--> 4N

II

O

-II

+ 6H

I

2

O

-II

2010-01-22

9

Reakcje połówkowe

• 4N

-III

--> 4N

II

+ 20e

-

-

proces utleniania

10O

0

+ 20e

-

--> O

-II

-

proces redukcji

• Reakcje połówkowe wyrażają dwa

wkłady (utleniania i redukcji) w

sumaryczną reakcję redoks

Zasada

wyznaczania współczynników reakcji

redoks

-

rozpoznanie cząstek utlenionych i redukowanych

-

układamy równania reakcji połówkowych procesu utlenienia

i procesu redukcji (bez elektronów),

-

zbilansowanie wszystkich pierwiastków w reakcjach

połówkowych za wyjątkiem H i O,

-

uzupełnienie jonów H

+

, OH

-

lub cząsteczki H

2

O, w celu

zbilansowania równania reakcji połówkowych

-

dobieramy najniższe wspólne mnożniki, aby zrównać liczbę

elektronów oddanych przez reduktor z liczbą elektronów

przyłączonych przez utleniacz

-

mnożymy poszczególne reakcje połówkowe przez

wyznaczone mnożniki

-

dodajemy stronami reakcje połówkowe

-

sprawdzamy czy w ostatecznym równaniu są zbilansowane

masy oraz ładunki.

2010-01-22

10

Przykład

-

reakcja miedzi metalicznej z rozcieńczonym

kwasem azotowym(V)

Cu + HNO

3

--> Cu(NO

3

)

2

+ NO + H

2

O

Obliczamy stopnie utlenienia i określamy, który

pierwiastek uległ utlenieniu a który redukcji.

Cu

0

+ H

I

N

V

O

-II

3

-->

Cu

II

(N

V

O

-II

3

)

2

+

N

II

O

-II

+ H

I

2

O

-

II

• Cu

0

--> Cu

II

-

utlenienie

HN

V

O

3

--> N

II

O + 2H

2

O -

redukcja

• zbilansować atomy H, dopisując wodór

w równaniu redukcji.

• Cu

0

--> Cu

II

-

utlenienie

HN

V

O

3

+ 3H

+

--> N

II

O + 2H

2

O -

redukcja

2010-01-22

11

Bilans ładunku

• bilansujemy ładunek elektryczny. W tym

celu po lewej stronie równania redukcji i
po prawej stronie równania dopisujemy
elektrony.

• Cu

0

--> Cu

II

+ 2e

-

-

utlenienie

HN

V

O

3

+ 3H

+

+ 3e

-

--> N

II

O + 2H

2

O -

redukcja

Wyrównujemy ilości elektronów

przekazywanych w procesie utleniania i redukcji.

R

ównanie połówkowe utleniania mnożymy przez 3, a

równanie połówkowe redukcji przez 2.

• 3Cu

0

--> 3Cu

II

+ 6e

-

-

utlenienie

2HN

V

O

3

+ 6H

+

+ 6e

-

--> 2N

II

O + 4H

2

O -

redukcja

Teraz dodajemy stronami równania połówkowe.

3Cu

0

+ 2HN

V

O

3

+ 6H

+

--> 3Cu

II

+ 2N

II

O + 4H

2

O

2010-01-22

12

Ponieważ reakcja zachodzi w środowisku kwasu

azotowego(V) a miedź po prawej stronie
równania występuje w postaci kationu Cu

+2

,

jony H

+

zamieniamy na cząsteczkę HNO

3

i

uzupełniamy masy po prawej stronie równania
dopisując do kationu Cu

+2

resztę kwasu

azotowego(V).

3Cu + 2HNO

3

+ 6HNO

3

--> 3Cu(NO

3

)

2

+ 2NO + 4H

2

O

3Cu + 8HNO

3

--> 3Cu(NO

3

)

2

+ 2NO + 4H

2

O

reakcje dysproporcjonowania

• Często spośród reakcji utlenienia-redukcji

wyodrębnia

reakcje dysproporcjonowania

-

są

to reakcje wewnętrznego utlenienia-redukcji.

W reakcjach tych atomy (cząsteczki) danego

pierwiastka lub cząsteczki danego związku

ulęgają jednocześnie utlenieniu i redukcji; np.

reakcjami dysproprcjonowania są:

• 4KClO

3

--> 3KClO

4

+ KCl

Cl

2

+ 2OH

-

--> ClO

-

+ H

2

O + Cl

-

3MnO

4

2-

+ 4H

+

--> 2MnO

4

-

+ MnO

2

+ 2H

2

O