Redoks-procesi

Redoks-reakcije su reakcije u kojima se istovremeno zbivaju reakcije oksidacije i redukcije. U tim reakcijama dolazi do prijenosa elektrona tj. elektrone možemo smatrati sudionicima reakcije.

U polureakcijama oksidacije oksidira se tvar koju nazivamo reducens. Reducens reducira drugu tvar (koju nazivamo oksidans). Također, reducens otpušta elektrone pa se elektroni smatraju produktima u polureakcijama oksidacije.

U polureakcijama redukcije reducira se tvar koju nazivamo oksidans. Oksidans oksidira drugu tvar (koju nazivamo reducens). Također, oksidans prima elektrone pa se elektroni smatraju reaktantima u polureakcijama redukcije.

Oksidacijski brojevi

Oksidacijski brojevi (o.b.) označavaju se rimskim brojevima te se oni određuju prema sljedećim pravilima:

• oksidacijski brojevi elementarnih tvari jesu 0 (Ca, Cl₂, C, He...),
• oksidacijski brojevi monoatomnih iona odgovaraju njihovim nabojima (P^3- ima o.b. -III, O^-2 ima o.b. -II, Cl^- ima o.b. -I, K⁺ ima o.b. +I, Mg²⁺ ima o.b. +II),
• u kemijskim spojevima, alkalijski metali imaju o.b. +I; zemnoalkalijski +II; vodik ima +I, dok u hidridima je to -I; kisik u oksidima ima -II, peroksid -I, a superoksid -1/2,
• u organskim spojevima, oksidacijski broj ugljikova atoma će se povećavati ili smanjivati s obzirom koliko veza ima s drugim atomima (bilo koja veza s ugljikom ne mijenja o.b., veza s vodikom smanjuje o.b. za 1, a veza s kisikom, dušikom ili sumporom povećava za 1).

Pr. Kako ćemo odrediti oksidacijske brojeve unutar nekog organskog spoja?

Izjednačavanje jednadžbe redoks-proces

Tehnika za izjednačivanje redoks-reakcija jest uporabom jednadžbi polureakcija.

Na početku rješavanja svakog redoksa, potrebno je ispravno odrediti oksidacijske brojeve (stanja) reaktanata i produkata reakcije.

Tvar koja se oksidira jest redukcijsko sredstvo ili reducens jer omogućuje redukciju druge tvari. Onoj tvari koja se oksidira povećava se oksidacijski broj.

Tvar koja se reducira jest oksidacijsko sredstvo ili oksidans jer omogućuje oksidaciju druge tvari. Onoj tvari koja se reducira smanjuje se oksidacijski broj.

Magnezij se oksidira iz stanja 0 do stanja +II, što znači da se oksidacijsko stanje promijenilo za 2. Kako se radi o reakciji oksidacije, potrebno je zbog toga na stranu produkata dodati 2 elektrona.

Vodik se reducira iz stanja +I do stanja 0. Kako se kod reaktanata nalazi 1 ion vodika, a na strani produkata 2 atoma vodika, to je potrebno popraviti dopisivanjem broja 2 ispred reaktanata. Sada je ukupan oksidacijski broj iona vodika s lijeve strane +II, a s desne 0, što znači da se oksidacijsko stanje promijenilo za 2. Kako se radi o reakciji redukcije, potrebno je zbog toga na stranu reaktanata dodati 2 elektrona.

Ukupan broj elektrona izmijenjenih u polureakcijama oksidacije i redukcije mora biti jednak. Kada je on jednak, polureakcije se zbrajaju tako da se svi reaktanti zapisuju s lijeve strane, a svi produktni s desne strane.

Kako se na početku kao reaktant spominje HCl, a mi u reaktantima imamo samo H⁺ ione, potrebno je sa svake strane dodati jednak broj Cl^- iona i to onoliko koliko je potrebno da nemamo iona ni s lijeve ni s druge strane jednadžbe.

Za sam kraj, ione je potrebno uklopiti u ionske spojeve te ih napisati odgovarajućim kemijskim formulama.

Ponekad je redoks-reakcije potrebno izjednačavati u kiselim i bazičnim uvjetima. U redoks-reakcijama koje se zbivaju u kiseloj otopini prisutni su vodikovi, H⁺(aq), odnosno oksonijevi ioni, H₃O⁺(aq). U redoks-reakcijama u bazičnoj otopini prisutni su hidroksidni ioni, OH⁻, koji sudjeluju u ukupnoj reakciji.

Postupak rješavanja samih jednadžbi sličan je prethodno opisanom postupku no treba voditi računa o polureakcijama oksidacije i redukcije.

Pr. Kako ćemo izjednačavati redoks-reakciju u kiselom mediju?

Najprije odredimo oksidacijske brojeve atoma u sudionicima reakcije.

Napišemo jednadžbu reakcije u ionskom obliku, kao i oksidacijske brojeve atoma koji se tijekom reakcije mijenjaju. Onoj tvari koja se oksidira povećava se oksidacijski broj, onoj tvari koja se reducira smanjuje se oksidacijski broj.

Polureakciju oksidacije izjednačavamo kao u prethodno opisanome primjeru. Potrebno je izjednačiti broj iona i atoma joda, a potom je na strani reaktanata potrebno dodati 2 elektrona zbog toga što se za 2 promijenio ukupni oksidacijski broj reaktanata.

U ovom slučaju, prilikom izjednačavanja polureakcije redukcije koristit ćemo se određenim pravilima koja se koriste u kiselom mediju.

Za početak je potrebno dodati određeni broj elektrona koji je potreban za promjenu oksidacijskog broja.

S lijeve strane nalaze se 3 atoma kisika, a s desne samo 1 atom kisika. Kako bi se to ispravilo, potrebno je s one strane gdje nedostaju atomi kisika dodati okoliko molekula vode, koliko nedostaje atoma kisika. Tako ćemo u ovom primjeru dodati s desne strane 2 molekule vode.

Sada su izjednačeni brojevi atoma dušika i kisika, no s desne strane sada imamo dodatnih 4 atoma vodika. Pri izjednačivanja redoks-jednadžbi u kiselom mediju, tamo gdje nedostaju atomi vodika, dodajemo ione H⁺.

U svakoj redoks-reakciji broj otpuštenih elektrona mora biti jednak broju primljenih elektrona. Ukoliko brojevi elektrona nisu u obje polureakcije, tada je potrebno sve ili neke polureakcije množiti kako bi se brojevi elektrona izjednačili.

Zbrojimo parcijalne jednadžbe, pri čemu se elektroni ponište i dobiju koeficijenti u reakciji na temelju kojih se može napisati jednadžba kemijske reakcije.

Za sam kraj, ione je potrebno uklopiti u ionske spojeve te ih napisati odgovarajućim kemijskim formulama.

Pr. Kako ćemo izjednačavati redoks-reakciju u bazičnom mediju?

Najprije odredimo oksidacijske brojeve atoma u sudionicima reakcije.

Napišemo jednadžbu u ionskom obliku i oksidacijske brojeve atoma koji se tijekom reakcije mijenjaju.

U ovom slučaju, prilikom izjednačavanja polureakcije oksidacije koristit ćemo se određenim pravilima koja se koriste u bazičnom mediju.

Za početak je potrebno dodati određeni broj elektrona koji je potreban za promjenu oksidacijskog broja.

S lijeve strane nalaze se 2 atoma kisika, a s desne samo 4 atom kisika. Kako bi se to ispravilo, potrebno je s one strane gdje nedostaju atomi kisika dodati dvostruko više hidroksidnih iona (OH^-), koliko nedostaje atoma kisika. Tako ćemo u ovom primjeru dodati s lijeve strane 4 hidroksidna iona.

Ostatak kisikovih atoma te vodikovi atomi izjednačavaju se molekulama vode. Kako s lijeve strane imamo 4 atoma vodika, a s desne nemamo atoma vodika, da bismo to izjednačili kotrebno je s desne strane dodati 2 molekule vode (1 molekula sadrži 2 atoma vodika).

U polureakciji oksidacije mijenja se isključivo oksidacijsko stanje mangana. Samim time je potrebno na stranu produkata dopisati onoliko elektrona za koliko se mijenja oksidacijski broj mangana.

U svakoj redoks-reakciji broj otpuštenih elektrona mora biti jednak broju primljenih elektrona. Ukoliko brojevi elektrona nisu u obje polureakcije, tada je potrebno sve ili neke polureakcije množiti kako bi se brojevi elektrona izjednačili.

Zbrojimo parcijalne jednadžbe.

Kako se na početku kao reaktant spominje KOH i KMnO₄, a mi u reaktantima imamo samo OH^- i MnO₄^- ione, potrebno je sa svake strane dodati jednak broj K⁺ iona i to onoliko koliko je potrebno da nemamo iona ni s lijeve ni s druge strane jednadžbe.

Za sam kraj, ione je potrebno uklopiti u ionske spojeve te ih napisati odgovarajućim kemijskim formulama.