Równania i reakcje redoks

1.Reakcja redoks

Reakcja utleniania-redukcji to przemiana chemiczna, w której jednocześnie zachodzi utlenianie jednej substancji i redukcja drugiej. Towarzyszy jej przenoszenie elektronów między reagentami albo zmiana stopni utlenienia pierwiastków.

2.Utlenianie

Utlenianie to proces oddawania elektronów przez atom, jon lub cząsteczkę. W czasie utleniania stopień utlenienia danego pierwiastka rośnie.

3.Redukcja

Redukcja to proces przyjmowania elektronów przez atom, jon lub cząsteczkę. W czasie redukcji stopień utlenienia danego pierwiastka maleje.

4.Utleniacz

Utleniacz to substancja, która utlenia inną substancję, czyli odbiera od niej elektrony. Sama w reakcji ulega redukcji.

5.Reduktor

Reduktor to substancja, która redukuje inną substancję, czyli oddaje jej elektrony. Sama w reakcji ulega utlenieniu.

6.Stopień utlenienia

Stopień utlenienia to umowny ładunek, jaki miałby atom w związku, gdyby wszystkie wiązania były jonowe. Pomaga rozpoznać, który pierwiastek ulega utlenianiu, a który redukcji.

7.Pierwiastki w stanie wolnym

Każdy pierwiastek w stanie wolnym ma stopień utlenienia równy $0$, np. $O_2$, $H_2$, $Fe$, $Cl_2$. To ważna zasada przy wyznaczaniu zmian w reakcjach redoks.

8.Tlen i wodór w związkach

W większości związków tlen ma stopień utlenienia $-2$, a wodór $+1$. Wyjątki to m.in. nadtlenki, gdzie tlen ma $-1$, oraz wodorki metali, gdzie wodór ma $-1$.

9.Suma stopni utlenienia

W cząsteczce obojętnej suma stopni utlenienia wszystkich atomów wynosi $0$. W jonie suma stopni utlenienia jest równa ładunkowi jonu, np. w $SO_4^{2-}$ wynosi $-2$.

10.Jak rozpoznać redoks

Reakcja jest redoks, jeśli przynajmniej jeden pierwiastek zmienia stopień utlenienia. Jeśli stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków się nie zmieniają, reakcja nie jest reakcją redoks.

11.Bilansowanie metodą stopni utlenienia

Najpierw ustala się stopnie utlenienia i wskazuje atomy, które zmieniają stopień utlenienia. Potem dobiera się współczynniki tak, aby liczba elektronów oddanych była równa liczbie elektronów przyjętych, a na końcu wyrównuje pozostałe atomy.

12.Bilansowanie metodą równań połówkowych

Reakcję dzieli się na dwa etapy: utlenianie i redukcję. Dla każdej połówki bilansuje się atomy i ładunki elektronami, a potem dodaje obie połówki tak, by elektrony się skróciły.

13.Przykład reakcji redoks

W reakcji $Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$ cynk przechodzi ze stopnia utlenienia $0$ na $+2$, więc ulega utlenieniu. Jon miedzi $Cu^{2+}$ przechodzi na $0$, więc ulega redukcji.

14.Reakcja spalania jako redoks

Spalanie to typowa reakcja redoks, ponieważ substancja spalana zwykle oddaje elektrony, a tlen je przyjmuje. Na przykład w reakcji $C + O_2 \rightarrow CO_2$ węgiel ulega utlenieniu, a tlen redukcji.

15.Dysproporcjonowanie

To szczególny typ reakcji redoks, w której ten sam pierwiastek w jednej reakcji jednocześnie ulega utlenieniu i redukcji. Oznacza to, że z jednego stopnia utlenienia przechodzi na dwa różne.

16.Reakcje jonowe redoks

W roztworach wodnych wiele reakcji redoks zapisuje się w postaci jonowej. Taki zapis ułatwia dostrzeżenie cząstek, które rzeczywiście biorą udział w przenoszeniu elektronów.