Odpowiedź :
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