Picture3 (2)

2.3. Reakcje utleniania i redukcji (redoks)

Reakcje redoks przebiegają ze zmianą stopni utlenienia atomów i towarzyszą im istotne przemiany kwasowo-zasadowe. Zachodzą one pomiędzy czynnikami redukującymi, tj. reduktorami, i utleniającymi, tj. utleniaczami. Reduktor oddaje w czasie reakcji elektrony i jego stopień utlenienia rośnie, natomiast utleniacz przyjmuje elektrony i jego stopień utlenienia maleje.

Atomy pierwiastków w stanie wolnym, a także w powiązaniu między sobą (np. Hi, N₂, 0₂, F₂, Cl₂, Br₂, J₂) mają stopień utlenienia równy zeru. W połączeniach z atomami innych pierwiastków przyjmują stopnie utlenienia dodatnie, gdy mają niższą elektroujemność od kopartnera, oraz ujemne, gdy mają wyższą elektroujemność. Suma stopni utlenienia w obojętnym elektrycznie związku chemicznym wynosi zero. W połączeniu KMn0₄ każdy atom tlenu jest na stopniu utlenienia 2-, mangan 7+ i potas 1+. Stopnie te podano nad symbolami atomów': K^l+ Mn⁷’ 0.|²\

Najprostszym przykładem reakcji redoks jest łączenie się wodoru z tlenem, prowadzące do utworzenie dwóch cząsteczek w'ody:

1+ 2-

2 H₂° + 0₂° = 2 H₂0

H₂° - 2e = 2 H^,+ /4/2 proces utleniania, H₂° utlenia się do H’,

0₂° + 4e = 2 O² /2/1 proces redukcji, O₂⁰ redukuje się do O² .

Stopień utlenienia wodoru w H₂ wyrasta od 0 do 1+ w H₂0, czyli wodór H₂° jest reduktorem dla 0₂¹¹. Stopień utlenienia tlenu w' 0₂ wynosi 0, gdy tymczasem w H₂0 wynosi 2- Hen O₂⁰ jest utleniaczem dla H₂°. Zgodnie z definicją Lewisa wodór zachowuje się jak zasada, gdyż oddaje elektrony, a tlen jak kwas, gdyż je przyjmuje. W cząsteczce wody jon H" ma właściwości kwasowe, natomiast O² zasadowe. Następuje więc w czasie reakcji istotna przemiana właściwości kwasowych i zasadowych czynników.

Właściwości zasadowe O² ujawniają się głównie np. w reakcji:

.»    CaO + S0₃ = CaS0₄.

W połączeniu CaS0₄ występuje jon Ca²⁺ i S0₄² . Zgodnie z definicją Luxa i Flooda CaO oddaje jon tlenkowy O" , czyli działa jak zasada, i ten jon zostaje przyłączony przez S0₂, który działa jak kwas. Powstały jon SO.₍ ’ jest zasadą według Lewisa, a jon Ca^2f kwasem.

Bardzo często w chemii, w tym chemii analitycznej, przeprowadza się reakcje redoks w roztworze wodnym. Przykładowo reakcję nadmanganianu potasu KMn0₄ z jodkiem potasu KJ, w obecności kwasu siarkowego (VI) II SO., zapi-stije się cząsteczkowo następująco (nad czynnikami redoks podano stopnic nl nicnia ulegające zmianie):

7+    i    2+0

2 KMnOj + 10 KJ + 8 H₂S0₄ = 2 MnSO,, + 5 J₂ + 6 K₂SO., + 8 IM >

Mn" + 5e = Mn²'    /2 proces redukcji, Mn⁷' redukuje się do Mn

2 r¹ - 2e = J₂°    /5 proces utleniania, J utlenia się do J^H.

Utleniaczem jest Mn" dla J”, reduktorem jest natomiast .1 dla Mn

Reakcję tę można zapisać krócej jonowo, uwzględniając jedynie istni czynniki reakcji:

2MnCV+ 10J-+ 16 H_;,0‘ = 2 Mn²¹ + 5 J₂ + 16 H₂0.

Mn0₄‘ + 8 H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4 H,0 U

+7    +2 różnica 5 elektronów

2 r - 2e = J₂°    /5

Oznacza to, że w zasadzie obojętne są kationy przy Mn0₄ i J oraz anion pi H\ Istotnymi czynnikami są Mn⁷ ' w jonie Mn0₄, J oraz jony II (11,0 ). kić wiążą jony tlenkowe z Mn0₄ tworząc cząsteczki wody. Obok więc reakcji i doks ma miejsce równocześnie reakcja zobojętniania kwasowo-zasadowa

16 H⁺ + 8 O²" = 8 H₂0.

Wiele reakcji redoks może przebiegać jedynie w środowisku kwasowym li zasadowym. Obecność kwasu w środowisku jest potrzebna do zobojętniania . sad powstających w wyniku reakcji redoks, i odwrotnie. Powstające w > /a reakcji redoks zasady lub kwasy będą hamowały bieg głównej reakcji

W szeregu przypadkach reakcje redoks biegną z lewej strony równania i prawą bądź z prawej strony na lewą, zależnie od środowiska kwaśnego lub /a dowego. Dotyczy to przede wszystkim czynników o właściwościach amloi rycznych. Przykładowo, reakcja As⁵' w AsO,³ z jonem jodkowym J przebici w środowisku kwaśnym:

K₃As0₄ + 2 KJ + 8 HCI = AsCb + KC1 + J₂ + 4 11₂0

AsQ₄³' + 8 H' + 2e = As³' + 4 H₂0    /2/1

^J w . . -- +5	+3 różnica 2 elektronów
2 J - 2e = J2°	/2/1
i jonowo:

AsO,' i 2 I 'Sil¹ As" i J_; i A HjO.