Materiały pochodzą z Platformy

Edukacyjnej Portalu

www.szkolnictwo.pl

Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego
Użytkowników

wyłącznie

w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian,
przesyłanie,

publiczne

odtwarzanie

i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby
własne

oraz

do

wykorzystania

w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Ważne pojęcia

S

topień

utlenienia

Stopień utlenienia pierwiastka w dowolnym

połączeniu chemicznym jest pojęciem umownym i

określa ładunek, który istniałby na atomie tego

pierwiastka, gdyby elektrony w każdym wiązaniu

utworzonym przez dany atom należały do atomu

bardziej elektroujemnego.

U

tleniacz

Utleniaczami są atomy, jony lub cząsteczki

posiadające zdolność przyjmowania elektronów tzn.

odbierania ich od innych atomów lub grup atomów,

powodując w ten sposób ich utlenienie.
Utleniacze utleniając inne substancje, same ulegaja

redukcji

R

eduktor

Reduktorami są atomy, jony lub cząsteczki

posiadające zdolność oddawania elektronów innym

atomom, jonom lub cząsteczkom, powodując

redukcję tych substancji.
Reduktory w procesie redukcji same ulegają

utlenieniu.

U

tlenianie

(dezelektronacj
a)

Utlenianie to reakcja chemiczna, w której jakiś atom

(lub ich grupa) przechodzi z niższego na wyższy
stopień utlenienia (oddaje elektrony).

R

edukcja

( elektronacja)

Proces, w trakcie którego atom lub ich grupa

przechodzi z wyższego na niższy stopień utlenienia.

R

eakcja

utleniania-redukcji

( procesy

redoksowe, reakcja

redoks)

Reakcją utlenienia-redukcji nazywamy proces, w

którym następuje wymiana elektronów między

substancją utleniającą a substancją redukującą, na

skutek czego atomy pierwiastków biorących udział

w reakcji zmieniają swój stopień utlenienia.

P

rawo zachowania

ładunku

W układzie reagującym ilość elektronów pobranych i

oddanych jest taka sama. Oznacza to, że procesowi

utleniania zawsze towarzyszy proces redukcji.

R

eakcje

dysproporcjonowan

ia (dysmutacji,

autoredoksydacji,

samoutlenienia -

samoredukcji )

Pewien typ reakcji redoks, w którym utlenieniu i

redukcji ulegają jednocześnie różne atomy tego

samego pierwiastka, ten sam związek pełni role i
utleniacza i reduktora.

R

eakcje

synproporcjonowan
ia

W reakcji synproporcjonowania produktem procesu

utleniania i procesu redukcji jest ta sama

substancja.

Stopień utlenienia

Stopień utlenienia pierwiastka w związku chemicznym podaje się za

pomocą cyfry rzymskiej zapisanej nad symbolem pierwiastka (ujemny

stopień utlenienia poprzedza się znakiem minus).

Zasady określania stopnia utlenienia:

1.

Stopień utlenienia pierwiastków w stanie wolnym wynosi zawsze

zero, niezależnie od liczby wiązań, jakie tworzą między sobą atomy.

2.

Suma stopni utlenienia w cząsteczce obojętnej równa jest zero, a w

jonie złożonym równa jest ładunkowi tego jonu.

3.

Stopień utlenienia pierwiastka w prostym jednoatomowym jonie

równy jest ładunkowi tego jonu.

4.

Tlen w związkach z reguły ma stopień utlenienia -II, z wyjątkiem

związków, w których występuje wiązanie między dwoma atomami

tlenu oraz z wyjątkiem związków z fluorem.

5.

Wodór w związkach z reguły ma stopień utlenienia I, z wyjątkiem

wodorków metali i innych prostych związków z pierwiastkami mniej od

niego elektroujemnymi, w których ma stopień utlenienia -I.

6.

Litowce w związkach mają zawsze stopień utlenienia I, a berylowce

stopień utlenienia II.

7.

Fluor w związkach ma zawsze stopień utlenienia -I.

8.

Chlor w związkach z reguły ma stopień utlenienia -I, z wyjątkiem

związków z fluorem i z tlenem.

Przykłady określania stopnia utlenienia pierwiastka

w cząsteczce i jonie.

NH

3

wodór: stopień utlenienia I
ładunek cząsteczki 0
azot: x+3·(+1)= 0, x=-3
azot: stopień utlenienia -III

HClO

4

tlen: stopień utlenienia -2
wodór: stopień utlenienia +1
ładunek cząsteczki 0
x+4·(-2)+1=0, x=+7
chlor: stopień utlenienia VII

Cr

2

O

7

2-

tlen: stopień utlenienia -2
ładunek cząsteczki -2
2x+7·(-2)= -2, x=+6
chrom: stopień utlenienia VI

Na

2

S

2

O

3

sód: stopień utlenienia +1
tlen: stopień utlenienia -2
2x+2·(+1)+3·(-2)=0
siarka: stopień utlenienia II

Należy pamiętać, że stopnie
utlenienia są wielkościami
umownymi i zależą od
sposobu jak i reguł według
których się je oblicza. Służą
one jedynie do ″księgowania″
elektronów.

Metale

Chętniej oddają elektrony, dlatego najczęściej tworzą kationy i
występują w związkach na dodatnim stopniu utlenienia.

Niemetale

Chętnie przyjmują elektrony tworząc aniony i wystepują na ujemnym
stopniu utlenienia.

Półmetale

Zachowują się najczęściej jak metale i dlatego występują na dodatnim
stopniu utlenienia.

Gazy szlachetne

Mają idealną liczbę elektronów, dlatego bardzo rzadko tworzą związki,
a inne pierwiastki poprzez pobranie lub oddanie dążą do uzyskania
konfiguracji elektronowej odpowiedniego gazu szlachetnego.

Gazy szlachetne

Metale

Niemetale

Półmetale

Żaden pierwiastek nie może uzyskać
wyższego stopnia utlenienia niż
tradycyjny numer grupy
( IA, IIA itp..) do której należy.

Wyjątek stanowią Cu, Au.

UTLENIACZ

redukcja

REDUKTOR

utlenienie

Do substancji ulegających redukcji, czyli

utleniaczy

należą:



Pierwiastki najbardziej elektroujemne (niemetale) a więc: fluor F

2

, chlor

Cl

2

, brom Br

2

oraz tlen O

2

,



Jony metali na wyższym stopniu utlenienia.



Związki chemiczne ( jak również ich jony ) w których występują pewne

pierwiastki na najwyższych stopniach utlenienia np. nadmanganian
potasowy KMnO

4

( Mn

VII

), dwuchromian potasowy K

2

Cr

2

O

7

( Cr

VI

), nadtlenek

wodoru H

2

O

2

( O

-I

), azotan potasowy KNO

3

( N

V

) kwas azotowy HNO

3

( N

V

)

oraz wiele innych.

Podczas reakcji elektrony
przechodzą od

reduktora

do

utleniacza

.

Proces utlenienia przebiega
zawsze równolegle z procesem
redukcji i odwrotnie, redukcji
towarzyszy utlenienie. Utleniacze,
utleniając inne substancje, same
ulegają redukcji.

Do substancji ulegających utlenieniu, czyli

reduktorów

należą:



Przede wszystkim pierwiastki najbardziej elektrododatnie (metale)



Jony metali i niemetali na niższym stopniu utlenienia.



Niemetale ( np. C, N, S, H )



Związki chemiczne, które posiadają atomy metali lub niemetali na

niższym stopniu utlenienia, np. chlorek cynowy SnCl

2

, chlorek żelaza

FeCl

2

, kwas siarkowy (IV) H

2

SO

3

, azotan (III) sodu NaNO

2

, tlenek węgla CO

itp.

Przykłady

reduktor

utleniacz

utlenianie- 2Ca

0

--> 2Ca

II

+ 4e

redukcja- O

0

2

+ 4e --> 2O

-II

3CuCl

2

+ 2Al --> 2AlCl

3

+

3Cu

2Ca + O

2

--> 2CaO

reduktor

utleniac
z

3Cu

+II

+ 6e --> 3Cu

0

 |  redukcja,

2Al

0

 - 6e --> 2Al

+III

   | 

utlenienie,

Cu + 2H

2

SO

4

→ CuSO

4

+ SO

2

+

2H

2

O

redukto
r

utleniacz

Cu

0

– 2e --> Cu

+II

S

VI

O

4

2-

+ 2e --> S

IV

O

2

Wyznaczanie współczynników w równaniach reakcji
redoks

Metoda równań połówkowych (ion-electron method) korzysta z faktu, że
w wyniku reakcji chemicznej nie powstaje makroskopowy ładunek
elektryczny, co oznacza, że elektrony nie będą występować w bilansie
materiałowym reakcji.
Atom zwiększa swój stopień utlenienia oddając elektrony. W myśl prawa
zachowania masy i ładunku, w reakcji chemicznej ani atomy, ani
elektrony nie mogą zaginąć, więc inny atom musi te elektrony przyjąć
(ulega on redukcji).
Równanie reakcji chemicznej można rozbić na dwie części, tzw.
równania reakcji połówkowych.
W jednym równaniu reakcji zachodzi proces utlenienia, a w drugim
redukcji. Dla każdego z równań reakcji połówkowych współczynniki
równania dobiera się oddzielnie.

Liczba elektronów pobranych przez utleniacz musi być równa liczbie
elektronów oddanych przez reduktor. Taką wspólną liczbą elektronów dla
reduktora i utleniacza jest Najmniejsza Wspólna Wielokrotność - NWW.

B

reduktor

A

utleniacz

B

utleniacz

reduktorA

B

reduktor

e

n

B

utleniacz

e

n

z A

utleniac

reduktor A



















Zapis reakcji połówkowych:

reduktor A – n

A

ē → utleniacz A

utleniacz B

+

n

B

ē

→

reduktor B

Bilansowanie reakcji redoks:

reduktor A – n

A

ē → utleniacz A

/×

n

B

utleniacz B + n

B

ē → reduktor B

/×

n

A

Zapis reakcji redoks powstaje na skutek dodania reakcji
cząstkowych stronami:

n

B

reduktor A

–

n

B

n

A

ē

+

n

A

utleniacz B

+

n

A

n

B

ē

→

n

A

reduktor B

+

n

B

utleniacz A



obliczamy stopnie utlenienia atomów po lewej i prawej stronie

równania reakcji (dla substratów i produktów)



Znajdujemy atomy, które zmieniły swój stopień utlenienia. Określamy

atom który uległ redukcji (utleniacz) i atom który uległ utlenieniu
( reduktor)



Zapisujemy połówkowe równania reakcji

- z udziałem atomu, który uległ redukcji
- z udziałem atomu, który uległ utlenieniu (kolejność dowolna)

W równaniu połówkowym jony z atomami, które zmieniły swój stopień
utlenienia powinny być zapisane w takiej postaci w jakiej występują w
równaniu reakcji.



Dodać w razie potrzeby H

2

O czy jony H

+

, OH

-

w celu zbilansowania

równania reakcji. Sprawdzamy czy każde z równań reakcji połówkowych
z osobna spełnia prawo zachowania masy i ładunku



Obliczamy NWW

(wspólną liczbą elektronów dla reduktora i utleniacza)

i mnożymy przez wyznaczone mnożniki.



Dodajemy stronami równania połówkowe, oraz zsumowujemy

wyrażenia podobne. Jeżeli po tej samej stronie równania reakcji wystąpią
jony wodorotlenowe i wodorowe, to łączymy je w cząsteczki wody.



W końcowym równaniu sprawdzamy bilans masy i ładunków.

Algorytm postępowania:

Przykłady

1.Reakcja bizmutu z siarką:

2. Substraty Bi

0

; S

0

Produkt Bi

III

2

S

-II

3

Bi

0

- 3e --> Bi

III

-

utlenianie

|×2

S

0

+ 2e --> S

-II

–

redukcja

|×3

3. 2Bi

0

-6e → 2Bi

III

3S

0

+ 6e → 3S

-II

4. 2Bi

0

+ 3S

0

- 6e +6e --> Bi

2

III

S

3

-II

Rozpatrywaną reakcję można zapisać jako:

środowisko obojętne:

dysponujemy tylko cząsteczkami wody, które

możemy dodać po stronie substratów. Z każdej cząsteczki wody
możemy wziąć jeden brakujący jon wodorowy (powstanie z niej jon
wodorotlenowy), lub przyłączyć do niej jeden atom tlenu (powstaną
dwa jony wodorotlenowe). Jeżeli w jednym równaniu połówkowym
powstają jony wodorowe lub wodorotlenowe, możemy ich użyć w
następnym równaniu połówkowym

środowisko kwaśne:

dysponujemy dowolną ilością cząsteczek wody i

jonów wodorowych. Brakującą ilość atomów tlenu uzupełniamy
dodając odpowiednią ilość cząsteczek wody. Brakującą ilość atomów
wodoru uzupełniamy jonami wodorowymi H

+

środowisko alkaliczne:

dysponujemy jonami wodorotlenowymi i

cząsteczkami wody, które możemy dodawać po stronie substratów w
takiej ilości by zbilansować równanie połówkowe pod względem prawa
zachowania masy. Brakującą ilość atomów tlenu uzupełniamy dodając
jony wodorotlenowe OH

-

w ilości dwukrotnie większej. Brakującą ilość

atomów wodoru uzupełniamy odpowiednią ilością cząsteczek wody.

Reakcja w środowisku obojętnym.

Jeśli środowisko reakcji jest obojętne, do substratów możemy dodawać
tylko wodę.

2KOH

SO

3K

2MnO

O

H

SO

3K

2KMnO

2KOH

SO

3K

2MnO

O

H

SO

3K

2KMnO

2OH

3SO

2MnO

O

H

3SO

2MnO

6H

3SO

8OH

2MnO

O

3H

6e

3SO

O

4H

6e

2MnO

6H

3SO

O

3H

6e

3SO

8OH

2MnO

O

4H

6e

2MnO

2H

SO

O

H

2e

SO

4OH

MnO

O

2H

3e

MnO

KOH

SO

K

MnO

O

H

SO

K

KMnO

4

2

w

6elektronó

redukcja

2

2

3

2

4

4

2

2

2

3

2

4

2
4

2

2

2
3

4

2
4

2

2

2
3

2

4

2
4

2

2
3

2

2

4

2
4

2

2
3

2

2

4

4

2

2

2

3

2

4





































































































































































Utlenienie -6 elektronów

Reakcja w środowisku kwaśnym

Brakującą ilość atomów tlenu uzupełniamy dodając odpowiednią ilość
cząsteczek wody. Brakującą ilość atomów wodoru uzupełniamy jonami
wodorowymi H

+

O

3H

SO

6K

2MnSO

SO

3H

SO

5K

2KMnO

O

3H

SO

6K

2MnSO

SO

3H

SO

5K

2KMnO

O

3H

5SO

2Mn

6H

5SO

2MnO

10H

5SO

O

8H

2Mn

O

5H

10e

5SO

16H

10e

2MnO

10H

5SO

O

5H

10e

5SO

O

8H

2Mn

16H

10e

2MnO

5

2H

SO

O

H

2e

SO

2

O

4H

Mn

8H

5e

MnO

O

H

SO

K

MnSO

SO

H

SO

K

KMnO

2

4

2

4

4

2

3

2

4

2

4

2

4

4

2

3

2

4

2

2
4

2

2
3

4

2
4

2

2

2

2
3

4

2
4

2

2
3

2

2

4

2
4

2

2
3

2

2

4

2

4

2

4

4

2

3

2

4





















































































































































































elektronów

10

redukcja

Utlenianie – 10e

Reakcja w środowisku zasadowym

Brakującą ilość atomów tlenu uzupełniamy dodając jony wodorotlenowe
OH- w ilości dwukrotnie większej. Brakującą ilość atomów wodoru
uzupełniamy odpowiednią ilością cząsteczek wody.

O

H

SO

K

MnO

K

2KOH

SO

K

KMnO

2

O

H

SO

2MnO

2OH

2e

SO

2e

2MnO

O

H

SO

2OH

2e

SO

2MnO

2e

2MnO

O

H

SO

2OH

2e

SO

MnO

e

MnO

O

H

SO

K

MnO

K

KOH

SO

K

KMnO

2

4

2

2e

redukcja

4

2

3

2

4

2

2
4

2
4

2
3

4

2

2
4

2
3

2
4

4

2

2
4

2
3

2
4

4

2

4

2

4

2

3

2

4





























































































































Utlenienie – 2e

Mały Pomocnik:

http://www.webqc.org/balance.php

Podsumowanie



Stopień utlenienia to umowny ładunek atomów obliczany przy

założeniu, że cząsteczka składa się z samych jonów.



Stopień utlenienia zaznaczamy liczbą rzymską nad symbolem, a

przy stopniu ujemnym poprzedzamy ją znakiem „-”.



Algebraiczna suma stopni utlenienia w cząsteczce zawsze równa

jest „0”.



W związku ze stopniem utlenienia reakcje chemiczne można

podzielić na dwa rodzaje:
-reakcje zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia atomów,
- reakcje zachodzące ze zmianą stopnia utlenienia atomów.



W reakcjach redoks liczba oddanych i pobranych elektronów musi

być taka sama.



Utleniacz pobiera elektrony sam się redukując, a reduktor oddaje

elektrony ulegając utlenieniu.



Atomy na najwyższym stopniu utlenienia mogą być tylko

utleniaczami a na najniższym tylko reduktorami.

Literatura

„ Repetytorium chemia od A do Z” M. Klimaszewska

„Układ okresowy, stopnie utlenienia, tworzenie jonów.” N. Kuźnik

Politechnika Śląska Wydział Chemiczny

„Chemia 3”– podręcznik ( zakres rozszerzony) S. Hejwowska, R.

Marcinkowski,J. Staluszka

http://www.chemorganiczna.com/