Utlenianie (dezelektronacja)
Wstęp do elektrochemii
proces polegający na utracie elektronów przez obojętne atomy, cząsteczki lub
-1 0 1
jony, w którym następuje podwyższenie stopnia utlenienia reduktora
Redukcja (elektronacja)
REDUKCJA UTLENIANIE
proces polegający na pobieraniu elektronów przez atomy lub jony, w którym
następuje obniżenie stopnia utlenienia utleniacza
-e
S ®ð SO42- ®ð S2-
Fe2+ Ûð Fe3+
Fe ®ð Fe2+ ®ðFe3+ Utleniacz (dezelektronator)
+e
substancja ulegajÄ…ca redukcji, pobierajÄ…cÄ… elektrony od substancji utlenionej i
Mn ®ð Mn2+ ®ð Mn4+ ®ðMn7+
obniżającą swój stopień utlenienia
N ®ð N3+
Reduktor (elektronator)
FeS2 ®ð SO42- (utlenianie)
substancja ulegajÄ…cÄ… utlenieniu, oddajÄ…cÄ… elektrony substancji redukowanej i
SO42- ®ð S2- (redukcja)
podwyższającą swój stopień utlenienia
stopnie utlenienia
utlenianie redukcja pierwiastka wchodzącego w skład określonego związku
liczba dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jakie
przyłączanie tlenu oddanie tlenu
zyskałby atom, gdyby wszystkie wiązania w cząsteczce były jonowe
oddanie wodoru przyłączanie wodoru
oddanie elektronów przyłączanie elektronów FeS, H2CO3, H2O
1. stopień utlenienia pierwiastka w stanie wolnym = 0
2. stopień utlenienia pierwiastka w postaci jonu prostego równa się jego
elektrowartościowości (wartościowości jonu)
do substancji ulegających redukcji czyli utleniaczy należą
3. suma stopnia utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład
1. pierwiastki najbardziej elektroujemne
jonu złożonego równa jest ładunkowi jonu
(np. F2, Cl2, Br2, J2, O2)
4. suma stopnia utleniania wszystkich atomów wchodzących w skład
2. jony metali na wyższym stopniu utlenienia, jony metali szlachetnych i
cząsteczki obojętnej = 0
jon wodorowy
5. fluor we wszystkich swych połączeniach występuje na -1 stopniu
(np. Fe3+, Cu2+, Ag+, H+)
utlenienia
3. związki chemiczne, w których pewne pierwiastki występują na
6. wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenianie równy +1, z wyjątkiem
najwyższych stopniach utlenienia
wodorków litowców i berylowców, gdzie stopień utlenienia wynosi  1
(np. KClO4)
7. stopień utlenienia
litowców = +1,
KMnO4 w zależności od
berylowców = +2, (metale przyjmują dodatnie stopnie utlenienia)
środowiska może ulegać
8. tlen w połączeniach ma stopień utlenienia  2
redukcji do różnych stopni
wyjÄ…tki: luorek tlenu OF2 - O2+, ponadtlenki np. KO2  O-1/2
utlenienia
nadtlenki np. H2O2, Na2O2, BaO2 - O-1
zmiana zabarwienia
roztworu
9. H2O2 w reakcjach chemicznych:
utleniacz lub reduktor
do substancji ulegających utlenieniu, czyli reduktorów należą
reakcje utleniania i redukcji (redox)
1. pierwiastki najbardziej elektrododatnie
(np. Na, K, Mg, Ca, Al) przemiana, w czasie której jedna substancja ulega
redukcji, a druga utlenianiu
2. niemetale (np. C, N, S, H)
CuO + H2 ®ð Cu + H2O
3. jony metali i niemetali na niższym stopniu utlenienia
(np. Fe2+, Sn2+, S2-)
4. związki chemiczne, które posiadają atomy metali i
Fe0
Fe + S = FeS  2e ®ð Fe+2 1
niemetali na niższym stopniu utlenienia
S0 + 2e ®ð S-2 2 1
(np. SbCl2, FeCl2, CO, NaNO2, aldehydy)
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 =
5. jony ujemne fluorowców, dla których rosną zdolności
= 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 +8H2O
redukcyjne wraz ze wzrostem mas atomowych
Fe+2  1e ®ð Fe+3 5 10
(np. Cl-, Br-, J-)
5
Mn+7 + 5e ®ð Mn+2 1 2
1
ogniwo galwaniczne
reakcje dysproporcjonowania
ogniwo galwaniczne (elektryczne)
ten sam atom w jednej czÄ…steczce (jonie) ulega utlenieniu, a
układ elektrod, z których każda zanurzona jest w
w drugiej czÄ…steczce (jonie) ulega redukcji
roztworze elektrolitu i stanowi półogniwo
Cl+5  2e ®ð Cl+7 3
M Ûð M+n + ne
KClO3 ®ð KClO4 + KCl 6
Cl+5 +6e ®ð Cl-1 1
(-)ELEKTRODA 1 ½ðELEKTROLIT 1½ð½ðELEKTROLIT 2 ½ð ELEKTRODA 2(+)
ogniwo Daniela
4KClO3 ®ð 3KClO4 + KCl
(-) Zn½ðZnSO4 aq ½ð½ð CuSO4 aq ½ðCu (+)
Zn  2e = Zn2+ Cu2+ + 2e = Cu
Hg2Cl2 ®ð HgCl2 + Hg Hg+1  1e ®ð Hg+2 1
1
Hg+1 + 1e ®ð Hg0 1
ogniwo Volty (-) Zn½ðH2SO4 aq ½ðCu (+)
Alessandro Giuseppe
Antonio Anastasio Volta
(1745-1827)
siła elektromotoryczna ogniwa
RT
SEM lub E
0
EMe =ð EMe +ð ln cMe
z+ð
SEM
nF
różnica potencjałów elektrody dodatniej (o wyższej wartości
potencjału EMeI) i ujemnej (EMeII) dla ogniwa otwartego, czyli
DðE = EMe(1) - EMe(2)
takiego, w którym obwód elektryczny nie jest zamknięty, a
opór miedzy biegunami ogniwa jest nieskończenie wielki
Jaką wartość ma siła elektromotoryczna ogniwa Daniela w przypadku gdy
roztwory soli mają stężenie
SEM = EMe(I) - EMe(II) = E
cCu2+ = cZn2+ = 1mol/dm3
Dð Eogn. = ECu - EZn = Eo + 0,059/2lgcCu2+ - Eo - 0,059/2lgcZn2+
Cu Zn
równania Nernsta
Dð Eogn. = Dð Eo = Eo - Eo = +0,34V - (-0,76V) = 1,10 V
ogn. Cu Zn
RT
0
EMe =ð EMe +ð ln aMe
Eo = +0,34V
z+ð
Cu
nF
Eo = -0,76V
Zn
roztworów rozcieńczonych aktywność jest równa stężeniu
elektroda wodorowa - elektroda standardowa
aMez+ = CMez+
wartości standardowych potencjałów metali
standardowa elektroda wodorowa
Półogniwo Reakcja elektrodowa E0 [V]
standardowa elektroda wodorowa składa się z płytki
Li I Li+ Li+ + e- =Li -3,01
platynowej pokrytej warstewkÄ… czerni platynowej (absorbuje
K I K+ K+ + e- = K -2,93
ona gazowy wodór) opłukiwanej wodorem gazowym pod
Ba l Ba2+ Ba2+ + 2e- = Ba -2,92
ciśnieniem 1013 hPa
Ca l Ca2+ Ca2+ + 2e- = Ca -2,84
Na l Na+ Na+ + e- = Na -2,71
potencjał elektrody wodorowej przyjęto umownie jako równy
Al l Al3+ Al3+ + 3e- = Al -1,66
zero, w każdej temperaturze
Mg l Mg2+ Mg2+ + 2e- = Mg -2,38
ponieważ potencjał normalnej elektrody wodorowej równa się 0
Zn l Zn2+ Zn2+ + 2e- = Zn -0,76
to zmierzona wartość SEM jest normalnym względnym
Sn l Sn2+ Sn2+ + 2e- = Sn -0,14
potencjałem danej elektrody
Fe l Fe3+ Fe3+ + 3e- = Fe -0,04
Warunki standardowe szereg napięciowy metali
H2 l H+ 2H+ + 2e- = H2 0,00
25oC 298K
Cu l Cu2+ Cu2+ + 2e- = Cu +0,34
1013hPa
Ag l Ag+ Ag+ + e- = Ag +0,80
1mol/dm3
K Na Mg Al Zn Cr Cd Ni Fe H Bi As Cu Hg Ag Pt Au
2