4.10
Reakcje utleniania i redukcji
Reakcje utleniania i redukcji
Atmosfera ziemska zawiera około 20% tlenu cząsteczkowego, O2, chemicznie reaktywnego gazu, który odgrywa zasadniczą rolę…
Niektóre procesy, które są niezbędne do życia, w tym fotosynteza, spalanie i korozja, należą do klasy reakcji zwanych reakcjami utleniania-redukcji lub redoks.
Reakcje redoks składają się z dwóch jednoczesnych procesów: utleniania i redukcji.
Termin utlenianie oznacza wzrost stopnia utlenienia, który odpowiada utracie elektronów, podczas gdy redukcja oznacza spadek stopnia utlenienia, który odpowiada zyskowi elektronów. Aby zapamiętać rolę elektronów, użyj akronimu OIL RIG, który oznacza: "utlenianie to przegrywanie, redukcja to zysk".
Utlenianie i redukcja są procesami uzupełniającymi. W reakcji redoks między dwoma reagentami jeden reagent traci elektrony i jest utleniany, podczas gdy drugi reagent zyskuje elektrony i jest redukowany.
Rozważmy reakcję utleniania-redukcji między potasem – metalem alkalicznym – a chlorem, niemetalem.
Obojętny atom potasu traci elektron, aby stać się jonem potasu. Potas ulega utlenieniu, a jego ładunek wzrasta od zera w atomie obojętnym do jednego plus w kationie.
Obojętny atom chloru zyskuje elektron i staje się jonem chlorkowym. Chlor ulega redukcji, a jego ładunek zmniejsza się od zera w atomie obojętnym do jednego minusa w anionie.
Ponieważ potas oddaje elektron, jest środkiem redukującym lub reduktorem. Chlor przyjmuje elektron, więc jest środkiem utleniającym lub utleniaczem. Proces redoks prowadzi do powstania chlorku potasu.
Ogólnie rzecz biorąc, w reakcjach redoks między metalami alkalicznymi lub ziem alkalicznych a niemetalami, metal jest utleniany, a niemetal jest redukowany do postaci związku jonowego poprzez całkowite przeniesienie elektronów. Jest to często prawdą w przypadku reakcji między innymi metalami lub metaloidami i niemetalami, ale nie zawsze.
Innym przykładem procesu redoks jest tworzenie gazowego chlorowodoru. Tutaj oba reagenty - wodór i chlor - są niemetalami, więc nie ma całkowitego przeniesienia elektronów. Zamiast tego wodór dzieli elektron z chlorem w częściowym lub formalnym transferze elektronów.
Tak więc podczas tworzenia chlorowodoru wodór utlenia się i uzyskuje częściowy ładunek dodatni, podczas gdy chlor jest redukowany i uzyskuje częściowy ładunek ujemny. Ponieważ zachodzą zarówno procesy utleniania, jak i redukcji, jest to reakcja redoks.
Ogólnie rzecz biorąc, reakcje redoks między niemetalami polegają na częściowym przenoszeniu elektronów między pierwiastkami w celu utworzenia związku kowalencyjnego.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the difference between oxidation and reduction in redox reactions?
Oxidation is an increase in oxidation number corresponding to electron loss, while reduction is a decrease in oxidation number corresponding to electron gain. These complementary processes occur simultaneously in redox reactions. The acronym OIL RIG helps remember this: oxidation is losing, reduction is gaining electrons.
Q2: What are reducing and oxidizing agents in a redox reaction?
A reducing agent is the species that is oxidized and loses electrons, while an oxidizing agent is the species that is reduced and gains electrons. In the reaction between potassium and chlorine, potassium acts as the reducing agent by donating an electron, and chlorine acts as the oxidizing agent by accepting it.
Q3: How do redox reactions between metals and nonmetals differ from those between two nonmetals?
Redox reactions between alkali or alkaline earth metals and nonmetals involve complete electron transfer, forming ionic compounds. In contrast, redox reactions between two nonmetals involve partial electron transfer, forming covalent compounds. For example, hydrogen and chlorine share electrons partially to form hydrogen chloride gas.
Q4: Why is oxidation number important in identifying redox reactions?
Oxidation number clarifies which species are oxidized and reduced, even in reactions not involving explicit electron transfer. This property permits an unambiguous definition of redox reactions across different types of chemical processes, including those forming covalent compounds where electron transfer is partial rather than complete.
Q5: What happens to the charge of a reducing agent during a redox reaction?
The charge of a reducing agent becomes more positive during a redox reaction because it loses electrons. For instance, when potassium loses an electron, its charge increases from zero in the neutral atom to one-plus in the potassium cation, making it the reducing agent in the reaction with chlorine.
Q6: How can you identify which reactant is oxidized and which is reduced?
Track the change in oxidation number for each reactant. The reactant whose oxidation number increases is oxidized and loses electrons; the reactant whose oxidation number decreases is reduced and gains electrons. Using half-reactions helps visualize the fate of each reactant separately in the overall redox process.
Q7: Why are redox reactions important in biological and environmental processes?
Redox reactions are vital to life processes including photosynthesis and cellular respiration, and to environmental processes like corrosion. Molecular oxygen in Earth's atmosphere plays an essential role in the metabolism of aerobic organisms and participates in many redox reactions that shape the world.