Question

Wymień jakieś reakcje utleniania i redukcji występujące w przyrodzie.

Answer 1

Odpowiedź:

Utlenianiem nazywamy wszystkie procesy chemiczne, w

których atomy lub jony tracą elektrony.

Redukcją nazywamy procesy przyłączania elektronów przez

atomy lub jony.

Oba procesy są zjawiskami ściśle ze sobą związanymi i

zależnymi od siebie.

Reakcje redoks składają się z dwóch oksydoredukcyjnych

sprzężonych par o różnym powinowactwie elektronowym do

elektronów.

utl 1 + ne-

red 1

red 2 utl 2 + ne-

----------------------------------

utl 1 + red 2 red 1 + utl 2

Utlenianie i redukcja

W reakcjach redoks, w których pierwiastki mają niewielkie

różnice w elektroujemności, żaden z atomów nie traci ani nie

zyskuje elektronów.

np. C + O2 CO2

 następuje uwspólnienie elektronów i ich przeniesienie w kierunku

atomu pierwiastka bardziej elektroujemnego

Utlenienie = dezelektronacja powoduje zubożenie układu w

elektrony np.: utrata lub oddalenie elektronów w wiązaniu

kowalencyjnym spolaryzowanym.

Redukcja = elektronacja powoduje wzbogacenie układu w

elektrony np.: przyłączenie lub zbliżenie elektronów w wiązaniu

kowalencyjnym spolaryzowanym

Utlenianie i redukcja

Stopień utlenienia to liczba ładunków elementarnych, jakie

byłyby związane z danym atomem, gdyby wszystkie wiązania

w cząsteczce, w skład której on wchodzi były jonowe.

Utlenianie – stopień utlenienia wzrasta

Redukcja – stopień utlenienia maleje

Utleniacz – substancja zawierająca pierwiastek, którego

stopień utlenienia maleje podczas reakcji.

Reduktor – substancja zawierająca pierwiastek, którego

stopień utlenienia rośnie podczas reakcji.

Utlenianie i redukcja

Reguły obowiązujące przy obliczaniu stopnia utlenienia:

1.Atomy pierwiastków w stanie wolnym maja stopień utlenienia równy

zero np. Na, H2

, S8

2.Suma algebraiczna stopni utlenienia wszystkich atomów

wchodzących w skład obojętnej cząsteczki równa jest zeru

3.Suma stopni utlenienia pierwiastków tworzących jon równa jest

ładunkowi tego jonu.

4.Fluor we wszystkich połączeniach przyjmuje stopień utlenienia -1

5.Metale przyjmują dodatnie stopnie utlenienia, litowce mają zawsze

stopień utlenienia +1, berylowce stopień utlenienia +2

6.Wodór ma stopień utlenienia +1, w wodorkach metali I i II grupy

głównej przyjmuje stopień utlenienia -1

7.Tlen przyjmuje stopień utlenienia -2, w nadtlenkach ma -1np H2O2,

podtlenkach KO2 ma stopień utlenienia -1/2, w fluorku tlenu OF2 ma

+2

Utlenianie i redukcja

 Najczęściej najwyższy dodatni stopień utlenienia równy jest

równy liczbie elektronów na powłoce walencyjnej atomu, a

najniższy, ujemny związany jest z liczbą elektronów

brakujących do wypełnienia tej powłoki.

 Przy ustalaniu stopnia utlenienia związków organicznych

analizujemy każdy atom węgla oddzielnie. Stosujemy

zasadę: suma stopni utlenienia atomu węgla i związanych z

nim podstawników, nie będących atomami węgla jest równa

zeru.

C

CH3

CH3

H

H3C

1+

1

_

C CH3

CH3

H

H

1+

1+

2

_

C

1+ 1+

H

H H

CH3

1+

3

_

Utlenianie i redukcja

 Stopnia utlenienia nie można utożsamiać z wartościowością.

np.: w (COOH)2

stopień utlenienia węgla wynosi +3,

a atom węgla tworzy 4 wiązania.

 Stopień utlenienia nie ma sensu fizycznego, ale jest

przydatny do ustalania współczynników w równaniu redoks

C

C

O

O

OH

OH

Utlenianie i redukcja

Metody bilansowania równań:

1. Metoda obliczeń za pomocą stopni utlenienia:

Założenie:

 zmiana stopni utlenienia dla elektronobiorcy i

elektronodawcy jest taka sama

 Współczynnikiem przy elektronobiorcy jest zmiana stopni

utlenienia elektronodawcy

 Współczynnikiem przy elektronodawcy jest zmiana stopni

utlenienia elektronobiorcy

Utlenianie i redukcja

Metoda bilansu elektronów

Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 Na2SO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O

SO3

-2 + MnO4

- + H+ SO4

-2 + Mn+2 + H2O

reduktor S

+4 -2e- S+6 ·5 proces utlenienia

utleniacz Mn+7 +5e- Mn+2 · 2 proces redukcji

5SO3

-2 + 2MnO4

- + 6H+ 5SO4

-2 + 2Mn+2 + 3H2O

z bilansu ładunku z bilansu atomów wodoru

5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4

5Na2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O

Utlenianie i redukcja

2. Metoda równań połówkowych:

 Proces utleniania i redukcji przedstawiamy w postaci

równań połówkowych

 Osobno zapisujemy połówkowe równanie redukcji i osobno

połówkowe równanie utleniania

 Reakcje połówkowe opisują reakcje elektrodowe, które

mogą zachodzić w półogniwach

 Ten typ bilansowania uważa się za bardziej poprawny bo

podkreśla, że zespół reagentów pobrał i oddał elektrony, a

nie atom w danym związku

Utlenianie i redukcja

W metodzie równań połówkowych znamy postać utlenioną

i zredukowaną, np.:

 reakcja połówkowa utlenienia Fe+2 do Fe+3

 piszemy postać zredukowaną po lewej, a utlenioną po prawej

stronie strzałki:

Fe+2  Fe+3

 sprawdzamy liczbę elektronów oddawanych przez reduktor i

piszemy je po stronie zawierającej postać utlenioną:

Fe+2  Fe+3 + 1e-

 sprawdzamy, czy zgadza się liczba poszczególnych atomów po

obu stronach równania

Utlenianie i redukcja

 bardzo często w reakcji połówkowej biorą udział także inne

składniki (np. jony H+, OH-

, woda...).

 reakcja połówkowa utlenienia siarczanu(IV) do

siarczanu(VI):

SO3

-2  SO4

-2

SO3

-2  SO4

-2 + 2eSO3

-2 + H2O  SO4

-2 + 2e- + 2H+

Utlenianie i redukcja - reakcje połówkowe

 gdy trudno jest stwierdzić liczbę przenoszonych

elektronów, wtedy zamieniamy etapy 2 i 3 ze sobą

 reakcja połówkowa utlenienia jonu szczawianowego do

CO2.

(COO)2

-2  2CO2

 liczba atomów się zgadza, uzupełniamy ładunki

elektronami

(COO)2

-2  2CO2 + 2e-

 formalny stopień utlenienia węgla w CO2

jest +4, zaś w

szczawianie +3  

Utlenianie i redukcja

Utleniaczami mogą być substancje zawierające pierwiastki

na możliwie najwyższych stopniach utlenienia:

1. Atomy metali występujące w:

 związkach jako kationy na wyższych stopniach utlenienia:

Sn(IV), Fe(III), Ag(I), Cu(II)

 anionach zawierających metale na najwyższych stopniach

utlenienia: mangan w manganianach(VII), chrom w

dichromianach(VI)

2. Atomy niemetali występujące w:

 stanie wolnym: tlen, ozon, siarka, fluorowce

 związkach na dodatnich stopniach utlenienia: azot w

azotanach(V), chlor w chloranach(VII), siarka w kwasie

siarkowym(VI)

 związkach na ujemnym stopniu utlenienia: tlen w nadtlenku

wodoru

Utlenianie i redukcja

Reduktorami mogą być substancje zawierające pierwiastki

na możliwie najniższych stopniach utlenienia:

1. Atomy metali występujące w :

 stanie wolnym: aktywne metale I i II grupy

 związkach jako jony metali na niższych stopniach: związki

cyny(II), żelaza(II)

2. Atomy niemetali występujące w:

 stanie wolnym: wodór, węgiel, fluorowce

 związkach na niższych stopniach utlenienia: siarka w

siarczanach(IV) i azot w azotanach(III)

Utlenianie i redukcja

Wraz ze wzrostem stopnia utlenienia pierwiastka wchodzącego

w skład danego związku obserwujemy:

Wzrost właściwości utleniających

Wzrost mocy kwasów tlenowych

Wzrost tendencji do tworzenia anionów

Spadek właściwości redukujących

Spadek mocy wodorotlenków

Spadek tendencji do tworzenia kationów