Moduł 1, Lekcja 1
W trakcie

T 3.4.1 Teoria

29 marca 2024

Najważniejsze pojęcia:

Reakcje redoks to takie reakcje,  które zachodzą z wymianą elektronów między cząstkami substratów. Elektrony nie są cząstkami chemicznymi i nie mogą być ani substratem, ani produktem żadnych reakcji. Stąd zasada bilansu elektronowego.

Stopień utlenienia ―pojęcie umowne określające ładunek jaki powstałby na atomie przy założeniu, że wszystkie wiązania w cząsteczce byłyby wiązaniami jonowymi.

Proces utlenienia ―reakcja w trakcie przebiegu, której pierwiastki oddają elektrony i zwiększają swój stopień utlenienia.

Zn ⟶ Zn2+ +  2e

Proces redukcji ―reakcja w trakcie przebiegu, której pierwiastki przyjmują elektrony i zmniejszają swój stopień utlenienia.

Fe3+ ⟶ Fe2+ + 1e

Utleniacz ―w reakcji redoks cząsteczka chemiczna, w której jeden z pierwiastków się redukuje czyli przyjmuje elektrony i obniża swój stopień utlenienia.

Reduktor ―w reakcji redoks cząsteczka chemiczna, w której jeden z pierwiastków się się utlenia czyli oddaje elektrony i zwiększa swój stopień utlenienia.

Określanie stopni utlenienia pierwiastków:

  • suma stopni utlenienia pierwiastków w związku chemicznym jest równa zero;
  • stopień utlenienia fluoru z związku chemicznym zawsze jest równy -I;
  • stopień utlenienia litowców w związkach  jest równy I a berylowców II;
  • stopień utlenienia tlenu w związkach chemicznych jest równy -II. Wyjątki nadtlenki (-I) np. H2O2, K2O2, BaO2 oraz fluorek tlenu (stopień utlenienia II) OF2;
  • stopień utlenienia wodoru jest równy I w połączeniu z niemetalami (z wyjątkiem boru). W wodorkach metali stopień utlenienia wodoru jest równy -I;
  • stopień utlenienia pierwiastków w stanie wolnym jest równy zero;
  •  stopień utlenienia jonu prostego jest równy ładunkowi jonu;
  • suma stopni utlenienia wszystkich atomów w jonie złożonym jest równa ładunkowi tego jonu;

Bilans jonowo – elektronowy

Reakcje utlenienia i redukcji to takie reakcje w trakcie przebiegu, których pierwiastki zmieniają swoje stopnie utlenienia.

W jaki sposób robimy bilans jonowo ― elektronowy?

W tej metodzie do uzgadniania reakcji nie używamy stopni utlenienia (czasem bardzo trudno je określić) a ilość wymienianych elektronów ustalamy na podstawie bilansu masy i ładunku.

  • reakcje zachodzące w środowisku kwasowym (do bilansu używamy jonów H+ i H2O)

MnO4 + H+ + NO2 ⟶Mn2+ + NO3 + H2O

Etapy:

  1. wybieramy jony, które występują w różnie formie po stronie substratów i produktów.

MnO4Mn2+ 

NO2 NO3 

  1. następnie dodajemy wodę w ilości brakującego tlenu 

MnO4 ⟶ Mn2+ + 4H2O

NO2 + H2⟶ NO3 

  1.  teraz dodajemy jony H+ aby uzgodnić atomy wodoru;

MnO4 + 8H+ ⟶ Mn2+ + + 4H2O

NO2 + H2O⟶ NO3 + 2H+ 

  1. następnie dodajemy elektrony tak aby ładunki po obu stronach równania były jednakowe;

MnO4 + 8H+  + 5e ⟶ Mn2+ + + 4H2O

NO2 + H2O⟶ NO3 + 2H+ + 2e

  1. pierwsze równanie mnożymy razy 2 a drugie razy 5 aby ilość wymienianych elektronów w obu równaniach była taka sama.  Współczynniki stechiometryczne, które pojawiły się w równaniach połówkowych przepisujemy do równania sumarycznego. 

2MnO4 + 6H+ + 5NO22Mn2+ + 5NO3 + 3H2O

Reakcje zachodzące w środowisku  zasadowym (do bilansu używamy jonów OH i H2O)

MnO4 + H2O + NO2 ⟶ MnO2 + NO3 + OH

Etapy:

Bilansowanie reakcji w środowisku zasadowym jest trochę trudniejsze,  ponieważ atomy wodoru są zarówno w wodzie jak i jonach OH

  1. wybieramy jony, które występują w różnie formie po stronie substratów i produktów.

MnO4MnO2 

NO2 NO3 

  1. następnie dodajemy wodę w ilości brakującego tlenu a po drugiej stronie równania jeszcze raz wodę w ilości atomów wodoru; 

MnO4 + 4H2O⟶ MnO2 + 2H2O

NO2 + H2O⟶ NO3 + 2H2O

  1.  teraz dodajemy jony OH w ilości ostatnio dodanej wody;

MnO4 + 4H2O ⟶ MnO2 + 2H2O + 4OH

NO2 + H2O + 2OH⟶ NO3 + 2H2O

4) następnie dodajemy elektrony tak aby ładunki po obu stronach równania były jednakowe;

MnO4 + 4H2O + 3e⟶ MnO2 + 2H2O + 4OH

NO2 + H2O + 2OH⟶ NO3 + 2H2O + 2e

5) pierwsze równanie mnożymy razy 2 a drugie razy 3 aby ilość wymienianych elektronów w obu równaniach była taka sama.  Współczynniki stechiometryczne, które pojawiły się w równaniach połówkowych przepisujemy do równania sumarycznego pamiętając aby zredukować jednakowe jony i cząsteczki, które są po obu stronach równania.

2MnO4 + H2O + 3NO22MnO2 + 3NO3 + 2OH