Reakcje utleniania i redukcji
W przemyśle, w laboratoriach jak i w przyrodzie spotykamy się z dużą różnorodnością reakcji chemicznych. Najprostszym typem reakcji chemicznej jest reakcja, w której jeden pierwiastek chemiczny łączy się z drugim pierwiastkiem chemicznym, tworząc związek chemiczny. Przykładem może być reakcja pierwiastka cynku z pierwiastkiem siarki w celu wytworzenia związku - siarczku cynkowego.
Zn + S --> ZnS
Bardziej złożoną i jedną z najważniejszych reakcji chemicznych w świecie jest reakcja fotosyntezy w czasie której z atmosfery jest usuwany dwutlenek węgla i powstaje tlen oraz glukoza.
6CO2 + 6H2O --> C6H12O6 (glukoza) + 6O2
Wszyscy znamy proces spalania węgla kamiennego (koksu), który w naszym kraju jest głównym zródłem energii. Dzięki tej reakcji, przeprowadzanej w elektrociepłowniach jak i w wielu gospodarstwach domowych, jest możliwe ogrzewanie mieszkań i przygotowanie posiłków.
C + O2 --> CO2 + Q (ciepło)
W rozdziale VIII poznaliśmy reakcje zachodzące w roztworach, takie jak;
- reakcje zobojętniania (Mg(OH)2 + 2HCl --> MgCl2 + 2H2O),
- reakcje wytrącania osadów (AgNO3 + NaCl --> AgCl(osad) + NaNO3).
Czy w wyżej napisanych reakcjach chemicznych cynku z siarką, fotosyntezy, spalania węgla, zobojętniania, wytrącania osadów znajdziemy wspólne elementy?
Pozornie wydaje się, że wszystkie wymienione reakcje chemiczne mają niewiele wspólnych cech. Różnice wynikają z innego zestawu reagentów, różnych efektów energetycznych i środowiska reakcji. Niemniej okazuje się, że pierwsze trzy reakcje chemiczne, cynku z siarką, fotosyntezy i spalania węgla należą do tej samej rodziny, tj. reakcji utleniania-redukcji, zwane reakcjami redoks. Cechą charakterystyczną tej klasy reakcji jest przenoszenie elektronów z jednego atomu do drugiego, czego nie obserwujemy w reakcji zobojętniania i wytrącania osadów.
Utlenienie polega na oddawaniu elektronów przez atomy lub grupy atomów (proces deelektronizacji).
Redukcja polega na przyjmowaniu elektronów przez atomy lub grupy atomów.
|
Odebranie elektronów możliwe jest tylko wówczas, gdy w układzie oprócz atomów, cząsteczek lub jonów oddających elektrony obecne są także atomy, cząsteczki lub jony zdolne do równoczesnego pobrania elektronów; toteż proces utlenienia przebiega zawsze równolegle z procesem redukcji i odwrotnie, redukcji towarzyszy utlenienie.
Przykłady reakcji utleniania-redukcji
1. Reakcja metalicznego wapnia z tlenem
Ca + 1/2 O2 --> CaO
utlenianie - Ca0 --> CaII + 2e
redukcja - 1/2 O02 + 2e --> O-II
Ca0 + 1/2 O02 --> CaIIO-II
2. Reakcja metalicznego wapnia z chlorem
Ca + Cl2 --> CaCl2
utlenianie - Ca0 --> CaII + 2e
redukcja - Cl02 + 2e --> 2Cl-I
Ca0 + Cl02 --> CaIICl2-I
|