Reakcje redoks

Redoks, który jest skrótem od redukcji-utleniania, to rodzaj reakcji chemicznej klasyfikowanej przez transfer netto elektronów. W tej reakcji jedna cząsteczka traci elektrony, co nazywa się utlenianiem, a druga cząsteczka zyskuje elektrony, co nazywa się redukcją.

Aby ułatwić sobie rozróżnienie tych dwóch, pamiętaj o wyrażeniu "OIL-RIG", które oznacza "utlenianie to tracić, redukcja to zyskiwanie". Cząsteczka, która jest utleniona, nazywana jest środkiem redukującym, ponieważ redukuje drugi reagent. Podobnie cząsteczka, która jest zredukowana, nazywana jest środkiem utleniającym, ponieważ utlenia drugą cząsteczkę.

Teraz, gdy mamy już uporządkowaną terminologię, spójrzmy na przykład reakcji redoks, czyli tworzenia się mineralnego tlenku magnezu. Podczas reakcji każdy atom magnezu traci dwa elektrony. W ten sposób magnez ulega utlenieniu. Każdy atom tlenu zyskuje dwa elektrony; W ten sposób tlen jest redukowany.

Jednak nie wszystkie reakcje są reakcjami redoks. Na przykład reakcja tlenku wapnia z dwutlenkiem węgla w celu wytworzenia węglanu wapnia nie jest reakcją redoks. Jak więc możemy zidentyfikować reakcję redoks?

Aby to zrobić, śledzimy stopień utlenienia każdego pierwiastka w miarę jego przejścia od reagenta do produktu. Liczba utlenienia to hipotetyczny ładunek, jaki miałby atom, gdyby jego wiązania z różnymi pierwiastkami były jonowe, co oznacza, że elektrony są przypisane do bardziej elektroujemnego atomu. Suma stopni utlenienia w cząsteczce jest równa jej całkowitemu ładunkowi.

Wróćmy do tlenku magnezu. Jest to związek obojętny, więc suma stopni utlenienia magnezu i tlenu jest równa zero. Magnez może dać dwa elektrony, więc jego stopień utlenienia wynosi plus dwa. Tlen może przyjąć dwa elektrony, więc jego stopień utlenienia wynosi minus dwa.

A co z reakcją? Czyste neutralne związki elementarne mają stopień utlenienia równy zero. Tak więc zarówno magnez, jak i tlen zaczynają się od zerowych stopni utlenienia. Zarówno stopień utlenienia magnezu, jak i tlenu zmienił się podczas reakcji, więc jest to reakcja redoks.

Spójrzmy teraz na reakcję węglanu wapnia, którą widzieliśmy wcześniej. Oba reagenty są obojętne, więc suma stopni utlenienia dla obu związków wynosi zero. Jak widzieliśmy w przypadku tlenku magnezu, wapń ma stopień utlenienia plus dwa, a tlen minus dwa. Następnie węgiel w cząsteczce dwutlenku węgla ma stopień utlenienia plus cztery, a każdy tlen minus dwa.

A co z produktem? Wapń to plus dwa, a węgiel plus cztery, tak jak w reagentach. Każdy tlen ma wartość minus dwa, co daje w sumie minus sześć, przy liczbie utlenienia netto zerowej. Ponieważ żaden ze stopni utlenienia nie uległ zmianie, nie jest to reakcja redoks.

Przedstawmy teraz cztery rodzaje reakcji redoks. Pierwszą z nich jest reakcja pojedynczego przemieszczenia, w której jeden atom wypiera drugi. Zobaczysz to w reakcji termitu, w której jeden metal jest redukowany, a drugi metal jest utleniany.

Kolejnym typem jest reakcja spalania, która zachodzi między paliwem a utleniaczem w celu wytworzenia produktów utlenionych i ciepła. Widać to w laboratorium podczas spalania metanu z tlenem przy użyciu palnika Bunsena.

Trzecia to reakcja syntezy, w której dwa reagenty łączą się, tworząc jeden produkt, jak w syntezie amoniaku, gdzie azot łączy się z wodorem, tworząc amoniak.

Wreszcie czwarty typ to reakcja rozkładu, w której reagent pochłania wystarczającą ilość energii, aby zerwać swoje wiązania, tworząc mniejsze związki. Tak dzieje się z fajerwerkami, w których chloran potasu po podgrzaniu rozkłada się na chlorek potasu i tlen.

W tym laboratorium wykonasz i zidentyfikujesz różne rodzaje reakcji redoks, które przekształcają stałą miedź w tlenek miedzi, a następnie z powrotem w stałą miedź.