Spis treści Przebieg reakcji redoks Określanie stopni utlenienia

Spis treści
1 Przebieg reakcji redoks
2 Określanie stopni utlenienia
3 Sprzężone pary redoks
4 Potencjał redoks
Przebieg reakcji redoks
Reakcje redoks (utleniania i redukcji) polegają na wymianie elektronów pomiędzy donorem i
akceptorem.
Proces redukcji polega na przyłączaniu elektronów przez akceptor, w wyniku czego następuje
obniżenie jego stopnia utlenienia:
Fe3+ + e → Fe2+,
MnO4¯ + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O.
Proces utlenienia polega na oddawaniu elektronów przez donor, w wyniku czego następuje
podwyższenie jego stopnia utlenienia:
Mg – 2e → Mg2+,
Cr3+ + 8OH¯ - 3e → CrO42- + 4H2O.
Określanie stopni utlenienia
Stopniem utlenienia pierwiastka wchodzącego w skład związku chemicznego określa się jako
liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jakie można byłoby im przypisać,
gdyby związki miały budowę jonową (jest to pojęcie umowne).
Określanie stopnia utlenienia odbywa się według następujących reguł:
pierwiastkom w stanie wolnym przypisuje się stopień utlenienia 0,
tlen w większości związków posiada stopień utlenienia -2, w nadtlenkach -1 (BaO2),
a w ponadtlenkach -1/2 (KO2),
wodór ma w związkach stopień utlenienia +1, z wyjątkiem wodorków metali,
w których jego stopień utlenienia wynosi -1.
Sprzężone pary redoks
Reakcje redoks mogą przebiegać tylko jako reakcje sprzężonych układów redoks.
Redukcja Fe3+ do Fe2+ za pomocą jonów J¯.
Fe3+ + J¯ → Fe2+ + ½ J0
Fe3+ + e → Fe2+ (redukcja)
J¯ - e → ½ J0 (utlenianie)
Utlenianie Sn(II) za pomocą jonów MnO4¯.
2MnO4¯ + 5Sn2+ + 16H+ → 2Mn2+ + 5Sn4+ + 8H2O
2MnO4¯ + 16H+ + 5e → 2Mn2+ + 8H2O (redukcja)
5Sn2+ - 10e → 5Sn4+ (utlenianie)
Potencjał redoks
Potencjał redoks (E) jest wielkością charakteryzującą dany układ pod względem jego zdolności
utleniających bądź redukujących.
Potencjały redoks wyznacza się ze wzoru Nernsta:
gdzie
oznacza potencjał standardowy danego układu, R – stałą gazową
temperaturę (K), n – liczbę elektronów wymienianych w reakcji, F – stałą Faradaya
,
,
,T–
aktywności formy zredukowanej i utlenionej.
Gdy
, układ osiąga potencjał standardowy
Równanie Nernsta można również zapisać w postaci:
.
.
Jeżeli współczynniki aktywności formy zredukowanej i utlenionej przyjmie się za jednakowe, to
w równaniu Nernsta występują stężenia:
.
Po podstawieniu wartości liczbowych stałej gazowej i Faradaya oraz zamianie ln na log,
równanie Nernsta dla temperatury 25°C ma postać:
Standardowe potencjały redoks wyznacza się wobec elektrody odniesienia, której potencjał
umownie przyjmuje się je jako zerowy. Elektrodą taką jest standardowa elektroda wodorowa.
Elektroda wodorowa składa się z blaszki platynowej zanurzonej w roztworze wodnym
zawierającym jony H+ o aktywności równej 1, omywanej gazowym wodorem pod ciśnieniem 1
atm.
Na elektrodzie wodorowej zachodzi proces redoks:
H3O+ + e → ½ H2 + H2O.
Potencjał elektrody wodorowej jest określony wzorem:
Dla aktywności jonów wodorowych równej 1, przyjmuje się wartość
.
Pomiar potencjału dowolnego układu redoks wobec elektrody wodorowej jest równoznaczny z
pomiarem siły elektromotorycznej ogniwa złożonego z tej elektrody oraz badanego układu
redoks.