Przeczytaj

bg‑azure

Reakcje utlenienia‑redukcji

Reakcje utlenienia‑redukcjiReakcje utlenienia‑redukcji pełnią bardzo ważną rolę w życiu codziennym. Na zasadzie tych reakcji działa bateria w twoim telefonie, laptopie czy w samochodach elektrycznych. Reakcje utlenienia‑redukcji, tak jak inne reakcje chemiczne, podlegają zasadzie zachowania masyzasadzie zachowania masy i ładunku. Oznacza to, że masy substratów i produktów, jak i ich ładunki, muszą się zgadzać po obu stronach równania. W uzgadnianiu stechiometrii równań reakcji utlenienia‑redukcji wykorzystuje się głównie dwie metody:

bilans elektronowo‑jonowy;
bilans elektronowy.

bg‑gray1

Bilans elektronowy

Metoda ta polega na odszukaniu w reakcji chemicznej pierwiastków,których atomy zmieniają swój stopień utlenienia. Przy tworzeniu schematu reakcji utlenienia‑redukcji trzeba znaleźć i wykorzystać wyłącznie te atomy, które właśnie zmieniają swój stopień utlenienia. Rozważmy reakcję spalania magnezu w tlenie.

Mg + O_{2} \to MgO

W przypadku powyższej reakcji zachodzi utlenienie magnezu na +II stopień utlenienia oraz redukcja tlenu cząsteczkowego na -II stopień utlenienia.

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

\overset{0}{O} + 2 e^{-} \to \overset{- II}{O} reakcja redukcji

W celu zbilansowania reakcji, należy proces utlenienia magnezu i redukcji tlenu pomnożyć przez 2, aby liczba elektronów biorących udział w obu procesach była taka sama, a liczba atomów tlenu była zgodna z powyższą reakcji. Sumaryczna reakcja powinna być zapisana następująco:

2 Mg + O_{2} \to 2 MgO

bg‑gray1

Bilans elektronowo‑jonowy

Bilans elektronowo‑jonowy stosuje się do celu zbilansowania równań reakcji zapisanych w formie jonowej skróconej. W celu zbilansowania równania tą metodą, należy posłużyć się jonami w reakcjach połówkowych, które po zsumowaniu powinny tworzyć pełne równanie reakcji redoks w formie jonowej skróconej. Rozważmy następującą reakcję:

{Br}_{2} + {SO}_{3}^{2 -} + H_{2} O \to {Br}^{-} + {SO}_{4}^{2 -} + H_{3} O^{+}

R14UV9LGNmGCg

Krok 1. Ustal, które drobiny biorą udział w reakcji utlenienia i redukcji.

Jon bromkowy przechodzi z -I stopnia utlenienia na 0 stopień utlenienia.
Atom siarki z +VI stopnia utlenienia przechodzi na +IV stopień utlenienia., Krok 2. Ułóż równania połówkowe reakcji, nie uwzględniając elektronów biorących udział w reakcji.

reakcja utlenienia:

{Br}^{-} \to {Br}_{2}

reakcja redukcji:

{SO}_{4}^{2 -} \to {SO}_{3}^{2 -}

Krok 1.
Ułóż równania połówkowe reakcji, nie uwzględniając elektronów, które biorą udział w reakcji.

reakcja utlenienia:

{SO}_{3}^{2 -} \to {SO}_{4}^{2 -}

reakcja redukcji:

{Br}_{2} \to {Br}^{-}

Krok 2.
Zbilansuj wszystkie drobiny w reakcji, z pominięciem atomów tlenu oraz wodoru.

{SO}_{3}^{2 -} \to {SO}_{4}^{2 -}

{Br}_{2} \to 2 {Br}^{-}

Krok 3.
Zbilansuj atomu tlenu oraz wodoru w równaniach połówkowych.

Zwróć uwagę, że w przypadku połówkowej reakcji utlenienia liczba atomów tlenu, po lewej i po prawej stronie, nie jest sobie równa.

{SO}_{3}^{2 -} \to {SO}_{4}^{2 -}

W przypadku układania równań połówkowych bilansu elektronowo-jonowego, możesz w razie potrzeby dodać jony $H_{3} O^{+}$ , ${OH}^{-}$ lub cząsteczki $H_{2} O$ .
Ważne!
Zwróć uwagę na środowisko prowadzenia reakcji – jeżeli reakcja jest prowadzona w środowisku zasadowym, po stronie substratów nie powinien znajdować się jon

H_{3} O^{+}

. Dodajmy więc cząsteczkę wody do lewej strony równania połówkowego reakcji utleniania.

{SO}_{3}^{2 -} + H_{2} O \to {SO}_{4}^{2 -}

Dodanie cząsteczki wody do lewej strony równania spowodowało deficyt atomów wodoru po stronie prawej równania. Sumaryczna reakcja zachodzi w środowisku kwasowym, dlatego po stronie prawej powinniśmy dodać jony oksoniowe. Zatem równanie połówkowe reakcji utleniania powinno być zapisane następująco:

{SO}_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O \to {SO}_{4}^{2 -} + 2 H_{3} O^{+}

Krok 4.
Ustal ładunek elektryczny w równaniach połówkowych przez dodanie elektronów e^-, tak aby ładunek po lewej i prawej stronie równania reakcji połówkowej był taki sam.

{Br}_{2} + 2 <msup> e - \to 2 {Br}^{-}

{SO}_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O \to {SO}_{4}^{2 -} + 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-}

Elektrony, które biorą udział w reakcji chemicznej, są dobierane na tym etapie.

Krok 5.
Pomnóż równania połówkowe przez odpowiednie mnożniki tak, aby liczba elektronów w reakcji połówkowej utlenienia i połówkowej redukcji była sobie równa.

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

S {O_{4}}^{2 -} + 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to S {O_{3}}^{2 -} + 3 H_{2} O

W przypadku przedstawionych reakcji połówkowych liczba elektronów, która bierze udział w redukcji i w utlenieniu, jest taka sama – nie ma potrzeby mnożenia poszczególnych równań.

Krok 6.
Dodaj stronami równania reakcji połówkowej.

{Br}_{2} + {SO}_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O + 2 e^{-} \to 2 {Br}^{-} + {SO}_{4}^{2 -} + 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-}

Krok 7.
Uprość równanie reakcji przez skreślenie drobin, które pojawią się po lewej i prawej stronie równania.

{Br}_{2} + {SO}_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O + 2 e^{-} \to 2 {Br}^{-} + {SO}_{4}^{2 -} + 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{- </msup>}

Krok 8.
Zapisz równanie reakcji. Sprawdź, czy liczby atomów i ładunki są zbilansowane.

{Br}_{2} + {SO}_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O \to 2 {Br}^{-} + {SO}_{4}^{2 -} + 2 H_{3} O^{+}

bg‑azure

Pamiętaj!

W przypadku korzystania z bilansu elektronowo‑jonowego w zapisie procesów połówkowych, nie zapisujemy tylko symbolu pierwiastka, którego atom zmienia swój stopień utlenienia, a całe indywiduum (jon), w którym dany atom się znajduje.
W celu uzgodnienia liczby atomów wodoru i tlenu, należy przeanalizować, w jakim środowisku dana reakcja zachodzi:
- środowisko zasadowe – tam, gdzie brakuje atomów tlenu, dopisujemy cząsteczkę $H_{2} O$ , następnie ${OH}^{-}$ po drugiej stronie procesu, w celu zbilansowania równania.
- środowisko kwasowe – tam, gdzie brakuje atomów tlenu, dopisujemy cząsteczkę $H_{2} O$ , następnie dodajemy po drugiej stronie procesu jony $H_{3} O^{+}$ .
Uwzględniamy liczbę elektronów tak, aby ładunki w równaniach połówkowych się zgadzały. Jeżeli tak nie jest, oznacza to, że zostały wybrane złe indywidua chemiczne, które ulegają reakcji.
Mnożymy procesy połówkowe, tak aby liczba elektronów w procesie połówkowym utleniania i redukcji była taka sama.
Dodajemy procesy połówkowe stronami i sprawdzamy, czy ładunki oraz masy substratów i produktów są takie same po obu stronach procesu.

Słownik

zasada zachowania masy, prawo zachowania masy

prawo stwierdzające, że suma mas ciał, które biorą udział w procesie, nie zmienia się

reakcja oksydacyjno‑redukcyjna, reakcja utleniania‑redukcji, reakcja redoks

reakcja, w której dochodzi do przeniesienia jednego lub więcej elektronów od atomu, jonu lub cząsteczki donora (czyli reduktora) do akceptora (czyli utleniacza)

reakcje połówkowe

zapis reakcji procesu utleniania i redukcj formie jonowej – reakcje te nie odzwierciedlają rzeczywistego procesu, a jedynie przedstawiają jej mechanizm; połączenie tych procesów prowadzi do powstania równania w formie jonowej skróconej

stopień utlenienia

pojęcie umowne, określające liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, które można by przypisać atomowi pierwiastka chemicznego, wchodzącego w skład określonego związku, gdyby cząsteczki tego związku miały budowę jonową

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Jones L., Atkins P., Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Praca zbiorowa pod redakcją Śliwy A., Obliczenia chemiczne. Zbiór zadań z chemii nieorganicznej i analitycznej wraz z podstawami teoretycznymi, wyd. 4, Warszawa 1976.

Pazdro K. M., Podstawy chemii dla kandydatów na uczelnie wyższe, Warszawa 1991.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2009.

Hejwowska S., Marcinkowski R., Staluszka J., Chemia 3 – Równowagi i procesy jonowe, Zakres rozszerzony, Gdynia 2005.

Wprowadzenie

Film samouczek