Przeczytaj

bg‑green

Czym są reakcje utleniania‑redukcji?

Reakcje utleniania‑redukcji zwane inaczej reakcjami redoks są to reakcje chemiczne, w których zmienia się stopień utlenieniastopień utlenieniastopień utlenienia. W tego typu reakcji chemicznej równocześnie zachodzą procesy utleniania oraz redukcji.

Ważne!

UtlenianieutlenianieUtlenianie polega na oddawaniu elektronów przez atomy lub jony pierwiastka, w wyniku czego jego stopień utlenienia zwiększa się.

RedukcjaredukcjaRedukcja polega na przyjmowaniu elektronów przez atomy lub jony pierwiastka, w wyniku czego jego stopień utlenienia zmniejsza się.

W reakcjach redoks wyróżnia się dwa indywidua biorące udział w reakcji:

R1JcVzuvGKgmF

Ważne!

Aby zaszła reakcja redoks, wymagana jest obecność utleniacza oraz reduktora.

Reakcje typu redoks biegną z przeniesieniem elektronu:

RXn4sVjq0rBR4

Schemat reakcji redoks. Reduktor A w postaci niebieskiej kulki z przyczepioną małą szarą kulką oznaczoną jako e indeks górny minus dodać Utleniacz B w postaci żółtej kulki daje Utlenioną postać A w postaci niebieskiej kulki bez małej szarej kulki dodać Zredukowana postać B w postaci żółtej kulki z małą szarą kulką e indeks górny minus, która przeszła z Reduktora A. Podczas reakcji zaszło utlenianie pomiędzy Reduktorem A oraz Utlenioną postacią A. Zaszła redukcja pomiędzy Utleniaczem B a Zredukowaną postacią B. — Schematyczne przedstawienie reakcji redoks
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reduktor A jest dawcą elektronu. Oddaje on swój elektron utleniaczowi B, w wyniku czego utlenia się do utlenionej postaci A (utrata elektronu). Utleniacz B przyjmuje elektron od reduktora A, w wyniku czego redukuje się do zredukowanej postaci B (przyjęcie elektronu).

bg‑green

Omówmy przebieg reakcji redoks na przykładzie

Przykład 1

Zapisz równanie reakcji syntezy chlorowodoru z gazowych pierwiastków. Określ który z pierwiastków pełni rolę utleniacza, a który reduktora. Zapisz reakcje utleniania oraz redukcji.

Rozwiązanie

Zapiszmy równanie reakcji.

H_{2} + {Cl}_{2} \to HCl

Wiedząc, że powyższa reakcja jest reakcją typu redoks, należy określić stopnie utlenienia pierwiastków po stronie substratów oraz produktów:

Substraty:

{\overset{0}{H}}_{2} + {\overset{0}{Cl}}_{2} \to \overset{I - I}{HCl}

$H_{2}$ – pierwiastek w stanie wolnym, stopień utlenienia = 0
${Cl}_{2}$ – pierwiastek w stanie wolnym, stopień utlenienia = 0

Produkty:

$H$ w $HCl +I$ stopień utlenienia
$Cl$ w $HCl$ -I stopień utlenienia

Porównując prawą oraz lewą stronę równania możemy zauważyć, że wodór zwiększa swój stopień utlenienia, więc pełni w tej reakcji rolę reduktora. Chlor natomiast zmniejsza swój stopień utlenienia, więc pełni funkcję utleniacza.

Zapiszmy reakcję utleniania:

H_{2} + 2 H_{2} O \to 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-}

Zapiszmy reakcję redukcji:

{Cl}_{2} + 2 e^{-} \to 2 {Cl}^{-}

W następnym kroku sprawdzamy, czy liczba elektronów w procesie redukcji i utleniania jest taka sama. Jak możemy zauważyć, liczba elektronów w reakcji utleniania i redukcji jest taka sama. Możemy teraz zsumować te dwa równania:

H_{2} + 2 H_{2} O \to 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-}

{Cl}_{2} + 2 e^{-} \to 2 {Cl}^{-}

\bar{H_{2} + 2 H_{2} O + {Cl}_{2} + 2 e^{-} \to 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} + 2 {Cl}^{-}}

Możemy zauważyć, że elektrony powtarzają się po prawej i lewej stronie równania, dlatego możemy je uprościć:

H_{2} + 2 H_{2} O + {Cl}_{2} + 2 e^{-} \to 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} + 2 {Cl}^{-}

Otrzymujemy:

H_{2} + 2 H_{2} O + {Cl}_{2} \to 2 H_{3} O^{+} + 2 {Cl}^{-}

Ponadto wiemy, że:

2 H_{3} O^{+} + 2 {Cl}^{-} \to 2 HCl + 2 H_{2} O

Dlatego otrzymujemy:

H_{2} + {Cl}_{2} \to 2 HCl

Graficznie przedstawiając powyższą syntezę możemy zauważyć, że każdy atom wodoru oddaje jeden elektron dla każdego atomu chloru. W wyniku czego powstają dwie cząsteczki $HCl$ .

Ro5kR5TvOISc6

Na ilustracji są dwie zielone kulki - to cząsteczka chloru, nad nią są dwie szare kulki - to cząsteczka wodoru. Całość podpisana jest jako A. Na obrazku B dwa oddzielone od siebie zielone owale mają przyczepioną w górnej części szarą część w kształcie łzy - to e indeks górny minus. Obok obrazka B jest etap C. Dwie położone obok siebie zielone kulki - u każdej z nich w ich górnej części jest mała, szara kulka. To cząsteczki HCl. — Graficzne przedstawienie reakcji syntezy HCl, gdzie:
A – dwa indywidua wchodzące w reakcje. Początkowy stopień utlenienia pierwiastków – 0,
B – przeniesienie elektronów z jednego indywiduum na drugie,
C – finalny produkt reakcji.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑green

Podsumowanie

Podsumowując, w reakcjach typu redoks równocześnie zachodzą dwa procesy – utlenianie i redukcja. W reakcji utleniania reduktor jest utleniany – czyli zwiększa swój stopień utlenienia oddając elektrony. W reakcji redukcji utleniacz jest redukowany – czyli zmniejsza swój stopień utlenienia przyjmując elektrony.

Słownik

stopień utlenienia

formalna wartość ładunku atomu w związku chemicznym przy założeniu, że wszystkie wiązania chemiczne w danej cząsteczce mają charakter wiązań jonowych

redukcja

proces, w trakcie którego atom lub ich grupa przechodzi z wyższego stopnia utlenienia na niższy

utlenianie

reakcja chemiczna, w której atom przechodzi z niższego stopnia utlenienia na wyższy

Bibliografia

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

Encyklopedia PWN

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oksford 1997, s. 730, 806‑808, 900.

Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Warszawa 1978, wyd. 8.

Wprowadzenie

Audiobook

Czym są reakcje utleniania‑redukcji?

Omówmy przebieg reakcji redoks na przykładzie

Podsumowanie

Słownik

Bibliografia