66981 str009 (4)

14 Ćwiczenie nr 2

i

3. STOPNIE UTLENIENIA PIERWIASTKÓW

Stopniem utleniania pierwiastka, wchodzącego w skład określonej substancji, nazywamy liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków elektrycznych, jakie przypisalibyśmy atomom tego pierwiastka, gdyby cząsteczki tej substancji miały budowę jonową. Z definicji stopnia utlenienia wynika, że jest to pojęcie umowne, a przypisywanie stopni utlenienia poszczególnym pierwiastkom w związkach chemicznych odbywa się według następujących reguł:

1.    Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki obojętnej wynosi zero, natomiast wchodzących w skład jonu równa się ładunkowi jonu.

2.    Pierwiastkom w stanie wolnym przypisuje się stopień utlenienia zero.

3.    We wszystkich połączeniach fluor przyjmuje stopień utlenienia -1.

4.    Tlen w swych połączeniach przyjmuje stopień utlenienia -2. Wyjątek stanowią nadtlenki, np. BajO, H₂0,, dla których przyjmuje się stopień utlenienia -1, ponadtlenki, np. K0₂, dla których przyjmuje się stopień utlenienia -1/2 oraz OF₂, w którym tlen przyjmuje stopień utlenienia +2.

5.    Wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenienia +1. Wyjątek stanowią wodorki litowców lub berylowców, w których stopień utlenienia równy jest -1.

Z przytoczonych reguł wynika prosty sposób określania stopni utlenienia pierwiastków w ich związkach. Zilustrujemy go dwoma przykładami:

Przykład 5. Znaleźć stopień utlenienia azotu w kwasie azotowym (HN0₃).

Rozwiązanie

f

r

Oznaczamy stopień utlenienia wodoru symbolem S_H, stopień utlenienia tlenu S_Q, a stopień utlenienia azotu S_N. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero, więc Sn + S_H + 3S₀ = 0 S_N + 1 - 6 = 0 S_N = +5

Odpowiedź. Azot w kwasie azotowym znajduje się na +5 stopniu utlenienia.

Przykład 6. Obliczyć stopień utlenienia manganu w jonie MnOf.

Rozwiązanie Smu "P 4S₀ =

Sm„ = +7

Odpowiedź. Stopień utlenienia Mn w jonie Mn0₄' wynosi +7.

Stopień utlenienia poszczególnych pierwiastków w związku chemicznym oznaczamy cyfra-

4* 1 +6 -2

mi arabskimi ze znakiem " + ” lub Na przykład: zapis H₂ S 0₄ oznacza, że w kwasie siarkowym wodór ma +1 stopień utlenienia, siarka +6, a tlen -2.

4. RÓWNANIA REAKCJI CHEMICZNYCH

Do opisu reakcji chemicznych używa się równań chemicznych. Równania reakcji chemicznych podają rodzaje i ilości substancji reagujących (substratów) oraz rodzaje i ilości produktów. Aby reakcję chemiczną opisać równaniem, należy przyjąć następujący tok postępowania:

a)    wypisać wzory oraz symbole chemiczne substratów i produktów,

b)    zestawić schemat równania chemicznego,

c)    dobrać współczynniki stechiometryczne przy poszczególnych wzorach i symbolach chemicznych schematu równania.

Reakcje chemiczne można klasyfikować w różny sposób. Jedną z możliwych klasyfikacji reakcji chemicznych jest ich podział na dwa następujące rodzaje:

1.    Reakcje przebiegające bez wymiany elektronów miedzy reagującymi atomami, cząsteczkami lub jonami.

2.    Reakcje, w których zachodzi wymiana elektronów między reagującymi ze sobą atomami, cząsteczkami lub jonami (reakcje utleniania i redukcji).

Dobór współczynników stechiometrycznych w równaniach reakcji pierwszego rodzaju

dokonuje się przez porównanie ilości atomów lub grup atomów po stronach substratów i produktów.

Przykład 7. Trudno rozpuszczalny siarczan baru można otrzymać przez działanie roztworem azotanu baru na roztwór siarczanu glinu. Ułożyć równanie tej reakcji, stosując:

wzory chemiczne substratów: A1₂(S0₄)₃, Ba(N0₃)₂

wzory chemiczne produktów: BaS0₄, A1(N0₃)₃

Rozwiązanie

Schemat tej reakcji chemicznej można zapisać w następujący sposób:

A1₂(S0₄)₃ + Ba(N0₃)₂-» łBaSO„ + A1(N0₃)₃

Z lewej strony schematu znajdują się 2 atomy Al i 3 grupy S0₄. Tyle samo tych grup atomów powinno być po prawej stronie. Powstają zatem 3 cząsteczki BaS0₄ i 2 cząsteczki A1(N0₃)₃. Aby powstały 3 cząsteczki BaS0₄, należy zużyć 3 cząsteczki Ba(N0₃)₂. Stąd równanie reakcji będzie miało następującą postać:

A1₂(S0₄)₃ + 3Ba(NO_a)₂-* 3łBaS0₄ + 2A1(N0₃)₃

Ilości atomów poszczególnych pierwiastków po lewej i prawej stronie równania są takie same, zatem równanie napisane zostało poprawnie.(Uwaga: Strzałka pionowa skierowana w dół l w równaniu reakcji występująca obok BaS0₄ mówi iż sól ta wytrąca się w układzie w postaci osadu.)

Dobór współczynników stechiometrycznych w równaniach reakcji utleniania i redukcji

jest bardziej złożony.

W tym przypadku należy:

1.    Ustalić stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w związkach chemicznych, występujących z lewej i prawej strony schematu równania.

2.    Ustalić, które pierwiastki zmieniają swoje stopnie utlenienia, czyli znaleźć utleniacz i reduktor. (Utleniacz to pierwiastek, który w wyniku reakcji chemicznej obniża swój stopień utlenienia, tzn. pobiera elektrony, a reduktor podwyższa swój stopień utlenienia. Reakcja utlenienia to reakcja, w wyniku której następuje podwyższenie stopnia utlenienia pierwiastka, natomiast w wyniku reakcji redukcji pierwiastek obniża swój stopień utlenienia.)

3.    Ustalić, ile elektronów oddają atomy reduktora, a ile elektronów pobierają atomy utleniacza.

4.    Dobrać takie współczynniki dla utleniacza i reduktora, aby liczba elektronów pobranych przez utleniacz i oddanych przez reduktor była jednakowa.

5.    Dobrać współczynniki stechiometryczne pozostałych reagentów zarówno po stronie substratów, jak i produktów tak, aby po obu stronach równania reakcji, liczby atomów poszczególnych pierwiastków były jednakowe.

6.    Sprawdzić poprawność doboru współczynników.

Przykład 8. Znaleźć utleniacz i reduktor w równaniu reakcji: H₂ + CI₂ = 2 HC1 Rozwiązanie

Stopnie utlenienia pierwiastków w substratach i produktach są następujące:

0 0 +1-1 H₂ + Cl₂ = 2 HC1