Reakcje utlenienia i redukcji reguły ustalanie stopni utlenienia, dobieranie współczynników stechiometrycznych metodą bilansu elektronowego, odczyn środowiska a właściwości utleniające manganianu(VII) potasu, dobieranie współczynników stechiometrycznych oraz właściwości utleniające i redukcyjne azotanów(III), dobieranie współczynników stechiometrycznych w reakcjach w formie jonowej, szczególne przypadki reakcji redox (dysproporcjonowania, synproporcjonowania), proces utlenienia i redukcji, utleniacze i reduktory.

Reguły ustalania stopni utlenienia Pierwiastki w stanie wolnym (nie związane z atomem (atomami) innego pierwiastka mają stopień utlenienia równy (zero) 0 ; 0Cu; 0H2; 0S8; 0C60 2. Wodór we wszystkich związkach chemicznych (z wyjątkiem wodorków litowców i berylowców, w których ma stopień utlenienia równy –I) ma stopień utlenienia równy +I : IH2O ; CIH4; NaOIH; IH2SO4; K-IH; Ca-IH2 3. Tlen we wszystkich związkach chemicznych ma stopień utlenienia -II: z wyjątkami: fluorku tlenu, w którym ma stopień utlenienia: +I lub +II, nadtlenków, w których ma stopień utlenienia –I, ponadnadtlenkach, w których ma stopień utlenienia -1/2) IH2-IIO; IH2S-IIO4; Na-IIOIH; F2IO2; F2IIO; Na2-IO2; K-1/2O2

Reguły ustalania stopni utlenienia 4. Litowce w związkach chemicznych mają stopień utlenienia równy +I, berylowce mają stopień utlenienia równy +II, natomiast glinowce +III: ILi-IIOIH; INa2-IO2; IK-1/2O2; IICaS; IIMg(-IIOIH)2; IIIAl2-IIO3; [IIIAl(OH)6]K3 5. Suma stopni utlenienia atomów pierwiastków w cząsteczce związku chemicznego jest zawsze równa zero (0): przykład obliczenia stopnia utlenienia siarki w cząsteczce siarczanu(VI) potasu z wykorzystaniem wcześniej poznanych reguł IK2xS-IIO4 2 . (I) + 1 . x + 4 . (-II) = 0 2 + x - 8 = 0 x = 8 - 2 = 6(IV) – siarka jest na +VI stopniu utlenienia

Reguły ustalania stopni utlenienia 6. Stopień utlenienia jonu prostego jest równy ładunkowi tego jonu: IIIFe3+ ; -IIS2- ; -ICl- ; I Cu+; -IH- ; IH+ ; 7. Suma stopni utlenienia atomów pierwiastków w jonie złożonym jest równa ładunkowi tego jonu: przykład obliczenia stopnia utlenienia fosforu w anionie: xP2-IIO74- 2 . x + 7 . (-II) = - 4 2x - 14 = - 4 2x = 14 - 4 = 10 x = 5 (V) fosfor jest na +V stopniu utlenienia. 8. Ustalanie stopnia utlenienia atomów węgla w związkach organicznych – formalnie każdą grupę atomów połączonych z rozpatrywanym atomem węgla należy rozpatrywać jako odrębną cząsteczkę , dla której suma stopni utlenienia atomów pierwiastków wynosi zero (0); -IIICH3 - -ICH - 0CH - -IICH2 - IIICOOH I I -IIICH3 OH

Proces utlenienia i redukcji Umownie przyjmuje się, że wszystkie wiązania w cząsteczkach związków chemicznych mają charakter jonowy, więc w cząsteczkach związków chemicznych występują nie atomy pierwiastków lecz ich jony proste. Stopnie utlenienia atomów pierwiastków zapisuje się nad symbolem pierwiastka cyframi rzymskimi, w przypadku dodatniego stopnia utlenienie nie potrzeby zapisywania znaku + (cyfry arabskie stosuje się przy zapisie stopnia utlenienia 0 i -1/2). 3. Proces utlenienia – jest zawsze związany z podwyższeniem swojego stopnia utlenienia przez atom. 4. Proces redukcji – jest zawsze związany z obniżeniem swojego stopnia utlenienia przez atom. 5. Procesy utlenienia i redukcji są ze sobą sprzężone, co oznacza, że jeżeli w określonej reakcji atom(y) któregoś pierwiastka ulega (ją) utlenieniu, to inny atom(y) innego pierwiastka ulega (ją) redukcji, czyli procesy utlenienia i redukcji przebiegają jednocześnie.

Utleniacz i reduktor 1. Utleniacz – atom pierwiastka (lub atom w określonym związku chemicznym lub jonie), który nie osiągnął swojego najniższego stopnia utlenienia, pobierając elektron/y obniża swój stopień utlenienia jednocześnie podwyższając stopień utlenienia reduktora 0S + 2e- → -IIS2- 2. Reduktor – atom pierwiastka ( lub atom w określonym związku chemicznym lub jonie), który nie osiągnął swojego najwyższego stopnia utlenienia, oddając elektron/y podwyższa swój stopień utlenienia jednocześnie obniżając stopień utlenienia utleniacza 0Zn→ IIZn2+ + 2e-

Utleniacz i reduktor Reduktor – dobrym reduktorem może być pierwiastek, który w stanie wolnym lub w danym związku chemicznym nie występuje na swoim najwyższym stopniu utlenienia, czyli może podwyższyć swój stopień utlenienia (przykłady: wodór, metale o niskiej elektroujemności - elektrododatnie, węgiel, tlenek węgla(II), aniony chlorkowe, bromkowe, jodkowe Utleniacz – dobrym utleniaczem może być pierwiastek, który w stanie wolnym lub danym związku chemicznym nie występuje na swoim najniższym stopniu utlenienia, czyli może swój stopień utlenienia obniżyć (przykłady: O2, O3, PbO2, HNO3, H2SO4(stężony), HClO3, HClO4, H2O2, KMnO4, H2Cr2O7 )

Utleniacz i reduktor utleniacz redukcja 0Mg + 0Cl2 → IIMg-ICl2 utlenienie reduktor Magnez oddając dwa elektrony podwyższył swój stopień utlenienia z 0 do +II – uległ utlenieniu, jednocześnie zredukował chlor, który pobierając jeden elektron obniżył swój stopień utlenienia z 0 do –I uległ redukcji jednocześnie powodując utlenienie magnezu.

Dobieranie współczynników stechiometrycznych metodą bilansu elektronowego – równania połówkowe (bilans elektronowy) Wpływ odczynu na właściwości utleniające KMnO4 : środowisko kwasowe 2KVIIMnO4 + 5Na2IVSO3 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2 IIMnSO4 + 5Na2VISO4 + 3H2O   VIIMn + 5e- → IIMn2+ 5 2 10 IVS → VIS + 2e- 2 5 Mn w anionie MnO4- (VIIMn) ma barwę fioletowo-różową Kation Mn2+ (IIMn) - jest bezbarwny lub blado-różowy

Dobieranie współczynników stechiometrycznych metodą bilansu elektronowego – równania połówkowe (bilans elektronowy) Wpływ odczynu na właściwości utleniające KMnO4 – środowisko zasadowe 2KVIIMnO4 + Na2IVSO3 + 2KOH → 2K2VIMnO4 + Na2VISO4 + H2O   VIIMn + 1e- → VIMn 1 2 2 IVS → VIS + 2e- 2 1 Mn w anionie MnO4- (VIIMn) ma barwę fioletowo-różową Mn w anionie MnO42- (VIMn) ma barwę zieloną

Dobieranie współczynników stechiometrycznych metodą bilansu elektronowego – równania połówkowe (bilans elektronowy) Wpływ odczynu na właściwości utleniające KMnO4 – środowisko obojętne 2KVIIMnO4 + 3Na2IVSO3 + H2O → 2IVMnO2 + 3Na2VISO4 + 2KOH   VIIMn + 3e- → IVMn 3 2 6 IVS → VIS + 2e- 2 3 Mn w anionie MnO4- (VIIMn) ma barwę fioletowo-różową Mn (IVMn w tlenku) ma barwę brunatno-brązową Wniosek – manganian(VII) potasu najsilniejsze właściwości utleniające wykazuje w środowisku kwasowym, najsłabsze w środowisku zasadowym

Właściwości utleniające azotanów(III) Dobieranie współczynników stechiometrycznych metodą bilansu elektronowego – równania połówkowe (bilans elektronowy) Właściwości utleniające azotanów(III) 2KIIINO2 + 2H2SO4 + 2K-II  0I2 + 2K2SO4 + 2IINO + 2H2O IIIN + 1e-  IIN 1 1 2 1 x 2 -II  0I + 1e- 1 1 2 roztwór jodu w KI (KI3) ma barwę brązową NO – gaz bezbarwny Wniosek – azotan(III) jest utleniaczem Zapis jonowy reakcji: 2NO2- + 2I- + 4H+  2NO + I2 + 2H2O

Właściwości redukujące azotanów(III) Dobieranie współczynników stechiometrycznych metodą bilansu elektronowego – równania połówkowe (bilans elektronowy) Właściwości redukujące azotanów(III) 5KIIINO2 + 3H2SO4 + 2KVIIMnO4  5KVNO3 + 2IIMnSO4 + K2SO4 + 3H2O IIIN  VN + 2e- 2 5 10 VIIMn + 5 e-  IIMn2+ 5 2 Wniosek azotany(III) wykazują właściwości redukcyjne, uwzględniając równanie reakcji z 12 slajdu można stwierdzić, że azotany(III) mogą pełnić funkcje utleniaczy i reduktorów. Zapis jonowy równania reakcji: 5NO2- + 2MnO4- + 6H+  5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O

Proces utlenienia i redukcji - cd Dobieranie współczynników stechiometrycznych w równaniu reakcji zapisanego w formie jonowej VIIMnO4- +5IIFe2+ + x(8)H+ → IIMn2+ + 5IIIFe3+ + 4H2O VIIMn + 5e- → IIMn2+ 5 1 5 IIFe2+ → IIIFe3+ + 1e- 1 5 Obliczenie liczby kationów H+ : suma ładunków na jonach po obu stronach równania musi być taka sama -1 + 5· (+2) + x = 2 + 5 · (+3) x = 17 +1 – 10 = 8

Proces utlenienia i redukcji - szczególne przypadki reakcji redoks (redox) Reakcje dysproporcjonowania - utleniaczem i reduktorem jest ta sama substancja (atomy tego samego pierwiastka) i przechodzą na różne stopnie utlenienia 30I2 + (x)6OH- → 5--II - + VIO3- + 3H2O 0I2 + 2 · 1e- → 2--II - 2 5 10 0I2 → 2 VI + 2 · 5e- 10 1 - x = - 5 + (-1) = 6 x = 6 Uwaga: w przypadku anionów OH - należy w równaniu ładunków na jonach użyć znaku minus (- x)

Proces utlenienia i redukcji - cd szczególne przypadki reakcji redoks (redox) Reakcje synproporcjonowania - produktem reakcji jest tama sama substancja (atomy tego samego pierwiastka na tym samym stopniu utlenienia) 2-IIS2- + IVSO32- + 6(x)H+ →30S + 3H2O -IIS → 0S + 2e- 2 2 4 IVS + 4e- → 0S 4 1 2 · (-2) + 1 · (-2) + x = 0 x = 6