Przeczytaj

bg‑gray1

Reakcje utleniania i redukcji

Reakcje utleniania‑redukcji (reakcje redoks) to takie, w których dochodzi do zmiany stopnia utlenienia atomu w danym reagencie. W celu wyjaśnienia, czym jest reakcja utleniania‑redukcji, zdefiniujmy najpierw oddzielnie proces utleniania i proces redukcji.

Przykład 1

Jak zmieniają się stopnie utlenienia atomów pierwiastków chemicznych w reakcji syntezy chlorku magnezu?

Mg + {Cl}_{2} \to {MgCl}_{2}

Analizę problemu postawionego w pytaniu warto rozpocząć od określenia stopni utlenienia atomów w poszczególnych reagentach. Równanie można zatem zapisać w postaci:

{Mg}^{0} + {Cl}_{2}^{0} \to {Mg}^{II} {Cl}_{2}^{-I}

Z równania wynika, że atom magnezu podwyższył swój stopień utlenienia z $0$ do $II$ , natomiast atom chloru obniżył swój stopień utlenienia z $0$ do - $I$ . Zapiszmy teraz schematy procesów utleniania i redukcji:

{Mg}^{0} \to {Mg}^{II} + 2 e^{-} proces utlenienia

{Cl}^{0} + e^{-} \to {Cl}^{-I} proces redukcji

Ważne!

W każdej reakcji utleniania‑redukcji liczba elektronów oddanych w procesie utleniania musi być równa liczbie elektronów pobranych w procesie redukcji. Jest to tzw. bilans elektronowy reakcji. Bilans ten, równy sumie elektronów pobranych i oddanych, powinien wynosić zero.

Z zapisów tych wynika, że:

1. W procesie utleniania reduktorreduktorreduktor ( $Mg$ ) zwiększył swój stopień utlenienia (z $0$ na $II$ ) i oddał (dwa) elektrony.

2. W procesie redukcji utleniaczutleniaczutleniacz ( $Cl$ ) obniżył swój stopień utlenienia (z $0$ na - $I$ ) i przyjął (jeden) elektron.

Wymiana elektronów w omawianej reakcji zachodzi pomiędzy reduktorem, który oddaje elektrony, a pobierającym elektrony utleniaczem. Reakcje te nie mogą przebiegać niezależnie, ponieważ elektrony oddane (przez atomy magnezu) w reakcji utlenianiautlenianiereakcji utleniania są pobrane (przez atomy chloru) w reakcji redukcjiredukcjareakcji redukcji.

R1QuViNl5jzRl1

Na ilustracji przedstawiono równanie reakcji: <math aria‑label="em gie na zerowym stopniu utlenienia dodać ce el indeks dolny dwa koniec indeksu na zerowym stopniu utlenienia, strzałka w prawo,em gie na drugim stopniu utlenienia ce el indeks dolny dwa koniec indeksu na minus pierwszym stopniu utlenienia ">Mg0+Cl20→MgIICl2-I. Od atomu magnezu na zerowym stopniu utlenienia poprowadzono strzałkę do atomu magnezu w chlorku magnezu, gdzie atom magnezu przyjmuje drugi stopień utlenienia. Nad strzałką napis "utlenianie". Od cząsteczki chloru, w której chlor znajduje się na zerowym stopniu utlenienia, poprowadzono strzałkę do atomu chloru w chlorku magnezu, gdzie atom chloru znajduje się na minus pierwszym stopniu utlenienia. Utlenianie to proces oddawania elektronów związany z podwyższaniem stopnia utlenienia reduktora. Redukcja to proces przyjmowania elektronów związany z obniżaniem stopnia utlenienia utleniacza. — Czym jest utlenianie i redukcja?
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑gray1

Reakcje dysproporcjonowania i synproporcjonowania

Wśród reakcji redoks można wyróżnić dwa specjalne typy reakcji:

1. Reakcja dysproporcjonowania (dysmutacji) jest szczególnym rodzajem reakcji utleniania‑redukcji, w której atomy tego samego pierwiastka (na tym samym stopniu utlenienia) jednocześnie ulegają procesowi utlenianiautlenianieutleniania oraz redukcjiredukcjaredukcji, np.:

3 {HCl}^{I} O →2 HC l^{- I} + {HCl}^{V} O_{3}

atomy $C l^{I}$ są równocześnie utleniaczemutleniaczutleniaczem i reduktoremreduktorreduktorem.

3 {HN}^{III} O_{2} \to {HN}^{V} O_{3} + 2 N^{II} O + H_{2} O

atomy $N^{III}$ są równocześnie utleniaczem i reduktorem.

Analizując powyższe przykłady, można zauważyć, że reakcje dysproporcjonowania zachodzą, gdy atom pierwiastka może występować na co najmniej trzech różnych stopniach utlenieniastopień utlenieniastopniach utlenienia oraz gdy związek, w którym atom pierwiastka występuje na pośrednim stopniu utlenienia, jest mniej trwały od związków pierwiastka, w których ten pierwiastek występuje na pozostałych stopniach utlenienia.

2. Reakcja synproporcjonowania jest reakcją utleniania‑redukcji, w której atomy tego samego pierwiastka z dwóch różnych stopni utlenieniastopień utlenieniastopni utlenienia przechodzą na jeden wspólny, np.:

{CO}_{2}^{IV} + C^{0} \to 2 {CO}^{II}

bg‑gray1

Charakterystyczne cechy utleniaczy i reduktorów

Utleniacze	Reduktory
mają właściwości utleniające	mają właściwości redukujące
mają możliwość obniżenia stopnia utlenienia	mają możliwość podwyższenia stopnia utlenienia
przykłady: ${SO}_{4}^{2 -}$ , ${NO}_{3}^{-}$ , ${MnO}_{4}^{-}$ , ${Cr}_{2} {O_{7}}^{2 -}$	przykłady: ${NO}_{2}^{-}$ , ${SO}_{3}^{2 -}$ , $S^{2 -}$ , $Na$ , $K$ , $Ba$

Przeanalizuj znane Ci indywidua chemiczne zawierające siarkę i zastanów się, w których z nich siarka może ulegać utlenieniu, a w których redukcji.

RJgneTA8WVmRO1

Ilustracja przedstawiająca stopnie utlenienia siarki, siarka ma symbol S, oraz ich podatność na reakcje utlenienia i redukcji. Siarka na minus drugim stopniu utlenienia: może się tylko utlenić, jest reduktorem, na przykład anion S2-. Symbol siarki S na zerowym stopniu utlenienia: może się zarówno utlenić, jak i zredukować, może być i reduktorem, i utleniaczem, na przykład siarka elementarna. Siarka na czwartym stopniu utlenienia: może się zarówno utlenić, jak i zredukować, może być i reduktorem, i utleniaczem, na przykład anion SO32-. Siarka na szóstym stopniu utlenienia: może się tylko zredukować, jest utleniaczem, na przykład anion SO42-. — Stopnie utlenienia siarki
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

stopień utlenienia

ładunek, jaki zgromadziłby się na atomie danego pierwiastka wchodzącego w skład związku chemicznego, przy założeniu, że wszystkie wiązania chemiczne w związku mają charakter wiązań jonowych

reduktor

atom, jon lub cząsteczka, które w reakcji redoks są donorem elektronu (elektronów)

utleniacz

atom, jon lub cząsteczka, które w reakcji redoks są akceptorem elektronu (elektronów)

redukcja

proces przyjmowania elektronów, związany z obniżaniem stopnia utlenienia utleniacza

utlenianie

proces oddawania elektronów, związany z podwyższaniem stopnia utlenienia reduktora

Bibliografia

Bielański A., Podstawy Chemii nieorganicznej, t. 1‑2, Warszawa 2010.

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the Elements, 2nd edition, Oxford 1997,

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Chemia. Repetytorium. Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.

Lautenschläger K. H., Schröter W., Wanninger A., Nowoczesne kompendium chemii, tłum. A. Dworak, Warszawa 2014.

Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 2, Warszawa 2016.

Wprowadzenie

Animacja

Reakcje utleniania i redukcji

Reakcje dysproporcjonowania i synproporcjonowania

Charakterystyczne cechy utleniaczy i reduktorów

Słownik

Bibliografia