Reakcije oksidacije i redukcije

Uvod

U mnogim kemijskim reakcijama koje ste upoznali (npr. reakcije neutralizacije, hidrolize i esterifikacije), sudjelovali su samo atomi, molekule ili ioni, ali nije bilo prijelaza elektrona između čestica. Međutim, u mnogim drugim reakcijama, kao što su reakcije kiselina s metalima i raznih tvari s kisikom, zatim u reakcijama pri elektrolizi ili pri dobivanju električne energije iz akumulatora i baterija, uz kemijske jedinke i elektroni su bitan čimbenik kemijske pretvorbe.

Oksidacijsko-redukcijski procesi ili redoks-procesi

Oksidacijsko-redukcijske ili skraćeno redoks-reakcije su reakcije prijenosa elektrona. Pogledajte sljedeće videozapise i pokušajte odgovoriti na postavljena pitanja.

Redoks-reakcije

Reakcije redukcije

Oksidans

Redukcijsko sredstvo
  1. U kojim procesima redoks-reakcije imaju primjenu?
  2. Što je redukcija, a što oksidacijsko sredstvo ili oksidans?
  3. Što je redukcijsko sredstvo?

Oksidacija i redukcija suprotni su procesi. Oksidacija je proces u kojemu atomi, ioni ili molekule otpuštaju elektrone, a redukcija je proces u kojemu atomi, ioni ili molekule primaju elektrone.

Tvar koja se u reakciji reducira, tj. prima elektrone, naziva se oksidans ili oksidacijsko sredstvo. Oksidansi su, dakle, akceptori elektrona.

Tvar koja se u reakciji sama oksidira, tj. otpušta elektrone, naziva se reducens ili redukcijsko sredstvo. Reducensi su donori elektrona.

Oksidacijski broj

Oksidacijski broj piše se rimskim brojevima u sredini iznad simbola kemijskoga elementa. On može biti pozitivan ili negativan. Predznak plus ispred rimskoga broja ne piše se. Oksidacijski se broj može odrediti za svaki atom u formuli spoja prema sljedećim pravilima.

Riješite zadatak.

Odredite oksidacijske brojeve pojedinih atoma u sljedećim ionima i spojevima.

1. Pokus: Kako se određuju stehiometrijski brojevi u redoks-reakciji koja se zbiva u kiseloj sredini?

Kako se određuju stehiometrijski brojevi u redoks-reakciji koja se zbiva u lužnatoj sredini?

1. Riješeni primjer

ZADATAK:

Reakcijom otopine kalijeva permanganata, KMnO4, sumporova(IV) oksida, SO2, i kalijeve lužine, KOH, nastaju kalijev manganat, K2MnO4, kalijev sulfat, K2SO4, i voda. Napišite uravnoteženu jednadžbu kemijske reakcije.

IZRADAK:

Napišu se reaktanti i produkti reakcije u molekulskome i ionskome obliku.

KMnO4(aq) + SO2(g) + KOH(aq) → K2MnO4(aq) + K2SO4(aq) + H2O(l)

K+(aq) + MnO4−(aq) + SO2(g) + K+(aq) + OH−(aq) →

                                     →  2K+(aq) + MnO42−(aq) + 2K+(aq) + SO42−(aq) + H2O(l)

 

Odrede se oksidacijski brojevi svih sudionika u reakciji.

Na temelju promjene oksidacijskoga broja atoma odredi se koja se tvar oksidira, a koja reducira te napišu jednadžbe polureakcije: oksidacije i redukcije. U redoks-reakcijama u lužnatoj otopini sudjeluju hidroksidni ioni, OH–.

Budući da se sumporov(IV) oksid oksidira iz SO2 u SO42–, na desnoj su strani dva atoma kisika više. Izvor tih atoma kisika su hidroksidni ioni koji, otpuštajući kisik, daju vodu. Stoga je za svaki atom kisika na lijevu stranu potrebno dodati po dva hidroksidna iona, ukupno četiri, koji onda na desnoj strani daju dvije molekule vode.

oksidacija: SO2 + 4OH− → SO42− + 2e− + 2H2O

redukcija: MnO4− + e− → MnO42−

Da bi se izjednačio broj elektrona u reakciji, jednadžba redukcije pomnoži se s dva.

 

SO2 + 4OH− → SO42− + 2e− + 2H2O

2MnO4− + 2e− → 2MnO42−

______________________________________________

2MnO4− + SO2 + 4OH− → 2MnO42− + SO42− + 2H2O

ODGOVOR:

Uravnotežena jednadžba kemijske reakcije jest sljedeća:

2KMnO4(aq) + SO2(g) + 4KOH(aq) → 2K2MnO4(aq) + K2SO4(aq) + 2H2O(l)

Disproporcioniranje

Redoks-reakcija u kojoj se ista tvar i oksidira i reducira zove se disproporcioniranje. Kada se plinoviti klor uvede u vodu, dio se otapa, a dio s vodom reagira i pri tome se disproporcionira.

[latex]\ce{Cl_2\left(g\right) + H_2O\left(l\right)\rightleftarrows HCl\left(aq\right) + HClO\left(aq\right)}[/latex]

Okisidacijski broj elementarnoga klora je 0, klora u klorovodičnoj kiselini -I, a klora u hipoklorastoj kiselini jest I. To znači da se elementarni klor u reakciji s vodom istovremeno i oksidirao i reducirao.