Wprowadzenie
W tym wątku zajmiemy się reakcjami utleniania i redukcji (redoks). Dowiesz się, na czym polega przekazywanie elektronów między substancjami i jak rozpoznać, która substancja się utlenia, a która redukuje. Nauczysz się też bilansować reakcje redoks, czyli tak dobierać współczynniki, aby liczba oddanych i przyjętych elektronów się zgadzała.
Poza tym zobaczymy, że reakcje chemiczne to nie tylko zapisy w zeszycie – można z nich uzyskać energię. Poznasz zasadę działania ogniw galwanicznych, w których energia chemiczna zamieniana jest na energię elektryczną. Dzięki temu zrozumiesz, jak działają baterie i skąd bierze się prąd w małych urządzeniach.
Ten wątek pokaże Ci, że chemia ma bardzo praktyczne zastosowanie i bezpośrednio łączy się z fizyką oraz codziennym życiem.
Czy znasz podstawowe pojęcia dotyczące reakcji redoks? Czy wiesz, czym jest utlenianie, a czym redukcja?
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1Tq1bjrTqWAk
Film dotyczy reakcji redoks. Omówiono definicję reakcji redoks, utleniacza, reduktora, reakcję żelaza i tlenu z wyjaśnieniem, w jaki sposób następuje przekazanie elektronów pomiędzy atomami.
Czy wiesz, czym różni się utleniacz od reduktora? Zapoznaj się z nagraniem.
Kiedy mówimy o utleniaczu, a kiedy o reduktorze?
Dawniej reakcjami utleniania nazywano reakcje, w wyniku których do zadanego indywiduum dołączała się cząsteczka tlenu, a reakcjami redukcji nazywano te, w wyniku których z cząsteczki ubywał gazowy tlen. Obecnie reakcje redoks (reakcje utleniania-redukcji) nie zawsze wiążą się z reakcjami, gdzie jednym z reagentów jest tlen. W reakcjach redoks następstwem reakcji połówkowej utleniania jest reakcja połówkowa redukcji, a następstwem reakcji połówkowej redukcji jest reakcja połówkowa utleniania. W związku z tym następują zmiany stopnia utlenienia w substratach oraz w produktach.
Następstwem reakcji utleniania jest zwiększanie się stopnia utlenienia reduktora, a w przypadku reakcji redukcji obserwujemy zmniejszanie się stopnia utlenienia utleniacza. Kiedy mamy do czynienia z reduktorem, a kiedy z utleniaczem?
Utleniaczem nazywamy indywiduum – jon, atom lub cząsteczkę – które wykazuje się dużym powinowactwem do przyjmowania ujemnie naładowanych elektronów, zmniejszając tym samym swój stopień utlenienia. Rolę utleniacza pełnią zazwyczaj indywidua, w których pierwiastki występują na wysokich stopniach utlenienia. Wraz ze wzrostem stopnia utlenienia pierwiastek traci kolejne elektrony, a co za tym idzie – zmniejsza się promień jonowy pierwiastka. Indywidua ubogie w elektrony, w wyniku reakcji chemicznych „chętnie” przyjmują elektrony. Ponadto do utleniaczy należą również pierwiastki dążące do oktetu elektronowego – takie jak przedstawiciele 17. grupy układu okresowego, np. fluor, chlor, brom czy jod. Do najpopularniejszych utleniaczy należy fluor F2, tlen O2, ozon O3 i chlor Cl2. Równie popularne są kwasy utleniające – np. kwas azotowy(V), kwas siarkowy(VI) czy kwas chlorowy(VII), czyli kwasy, w których kwasotwórczy atom jest na najwyższym stopniu utlenienia. Popularnym utleniaczem jest również anion manganianowy(VII) MnO4- oraz chromian(VI) CrO42-.
Reduktorem nazywamy indywiduum – jon, atom lub cząsteczkę – które jest donorem ujemnie naładowanych elektronów, zwiększającym przy tym swój stopień utlenienia. Reduktorami są substancje występujące na jednym z niższych możliwych stopni utlenienia. Jednymi z najlepszych reduktorów są metale grupy pierwszej i drugiej – metale aktywne. Wynika to z niskiej wartości energii jonizacji oraz niskiej elektroujemności. Powszechnie stosowanymi reduktorami są wodorki metali, takie jak np. wodorek sodu NaH czy tetrahydroglinian litu LiAlH4, które zawierają ujemnie naładowany jon H-.
Jeśli zna się powyższe zasady, to, spoglądając na indywiduum chemiczne, możemy określić jego właściwości redukująco-utleniające. Funkcję utleniaczy pełnią związki, w których pierwiastki w indywiduach występują na wysokich stopniach utlenienia. Najlepsze reduktory możemy znaleźć w lewym dolnym rogu układu okresowego. Idąc w prawą stronę wzrastają właściwości utleniające pierwiastków.
Atkins P., Jones L., Laverman L., Chemical Principles, 7th Edition, New York 2016.
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2012.
Pettrucci R. H., General Chemistry: Principles and Modern Applications, 9th edition, California 2007., licencja: CC BY-SA 3.0.