Reaksi redoks

Tindak balas pengoksidaan-penurunan – konsep utama

Keadaan pengoksidaan

Keadaan pengoksidaan unsur kimia ialah caj hipotesis yang boleh terkumpul pada atom unsur tertentu yang terkandung dalam sebatian kimia jika semua ikatan kimia dalam sebatian ini adalah ionik. Dalam amalan, keadaan ini tidak selalu berlaku (penguraian sebatian kepada kation dan anion individu), jadi keadaan pengoksidaan harus dianggap sebagai konsep konvensional. Keadaan pengoksidaan adalah sama dengan cas ion tertentu, jadi ia memerlukan nilai positif atau negatif. Ia dilambangkan dengan angka Rom yang diletakkan selepas simbol unsur kimia. Unsur dalam keadaan pengoksidaan yang berbeza mempunyai sifat pengurangan pengoksidaan yang berbeza.

Pengoksidaan

Semasa pengoksidaan (nyahelektronasi), reduktor meningkatkan keadaan pengoksidaannya, iaitu memberikan elektron kepada pengoksida. Pengoksidaan mahupun pengurangan tidak boleh diteruskan secara bebas kerana elektron yang didermakan oleh satu entiti kimia mesti segera diterima oleh yang lain untuk tindak balas yang bertentangan berlaku.

Pengurangan

Semasa pengurangan (elektronasi), oksidan merendahkan keadaan pengoksidaannya dengan menerima elektron, iaitu pengurangan adalah mengenai pengambilan elektron. Unsur kimia yang melakukan ini dipanggil oksidan.

Tindak balas ketidakkadaran (dismutasi)

Tindak balas disproportionation adalah salah satu daripada jenis tindak balas redoks. Dalam kesusasteraan, anda juga boleh menemui istilah: tindak balas dimutasi. Ciri cirinya ialah semasa tindak balas redoks, unsur yang sama dioksidakan dan dikurangkan secara serentak. Agar ketidakkadaran berlaku, unsur yang dimaksudkan mestilah mempunyai sekurang-kurangnya tiga keadaan pengoksidaan yang berbeza. Jika syarat ini dipenuhi, sebatian yang berada dalam keadaan pengoksidaan pertengahan adalah kurang stabil berbanding dengan dua keadaan yang lain. tindak balas ketakkadaran berlaku secara spontan. Atom seperti sulfur, nitrogen, fosforus atau mangan terdedah kepada jenis tindak balas redoks ini.

Tindak balas synproportionation

Tindak balas synproportionation, seperti disproportionation, juga merupakan sejenis tindak balas redoks. Proses ini berlaku apabila dua sebatian kimia berbeza yang mengandungi unsur yang sama dalam keadaan pengoksidaan yang berbeza bertindak balas antara satu sama lain. Hasil daripada tindak balas pengoksidaan-penurunan, sebatian lain yang mengandungi unsur itu dalam keadaan pengoksidaan baru terbentuk.

Imbangan elektron

Dalam setiap tindak balas pengoksidaan-penurunan yang berlaku, bilangan elektron yang sama ditukar. Jika dalam proses tertentu, reduktor menderma, sebagai contoh, dua elektron, satu lagi pasangan, oksidan, juga akan menerima dua elektron ke dalam kulit elektronnya. Keadaan ini dirujuk sebagai imbangan elektron tindak balas yang dipanggil. Untuk keseluruhan tindak balas redoks, keseimbangan ini hendaklah sifar.

Bagaimanakah tindak balas redoks berlaku?

Asas bagi sebarang tindak balas redoks ialah pengoksidaan dan pengurangan. Dengan mengambil kira perkara ini, sebarang proses boleh ditulis menggunakan apa yang dipanggil persamaan separuh, di mana hanya atom yang menderma atau menerima elektron ditentukan. Oleh itu, keseluruhan tindak balas redoks adalah, dalam satu cara, mengenai memberi dan mengambil elektron. Hanya unsur-unsur yang berlaku pada lebih daripada satu keadaan pengoksidaan dalam sebatian kimia boleh berbuat demikian. Mengetahui keadaannya dalam entiti kimia individu adalah penting untuk menulis dan mengimbangi tindak balas redoks dengan betul. Semasa mengimbangi elektron, sebagai tambahan kepada menulis separuh persamaan dengan betul, tindak balas pengoksidaan dan pengurangan serta pengoksidaan dan reduktor, masing-masing, harus ditunjukkan. Oksida yang paling biasa termasuk unsur elektronegatif tinggi (kumpulan 16 dan 17 jadual berkala ), ion logam dalam keadaan pengoksidaan yang lebih tinggi, ion logam mulia dan asid pengoksida (cth asid nitrik (V) , asid sulfurik (VI) dan campurannya dengan bukan lain. -asid pengoksida). Oksida yang paling biasa ialah sebatian seperti KMnO ₄ , K ₂ Cr ₂ O ₇ , KClO ₃ atau K ₂ S ₂ O ₈ . Reduktor pula ialah unsur elektropositif (biasanya daripada kumpulan 1 dan 2 jadual berkala), logam dalam keadaan pengoksidaan sifar, hidrogen molekul, karbon, karbon monoksida dan anion asid tak organik. Reduktor yang paling popular ialah: Na, Mg, Fe ²⁺ , Cl ^– , Br ^– , SCN ^– . Formula tindak balas redoks seterusnya menunjukkan bilangan elektron yang ditukar dalam proses tersebut. Perjalanan pertukaran elektron ini ditentukan oleh potensi redoks bahan tindak balas yang terlibat. Dengan kata lain, ia boleh dipanggil potensi separuh sel atau potensi elektron. Secara definisi, lebih besar beza potensi dalam sistem, lebih besar daya penggerak bagi keseluruhan tindak balas pengurangan pengoksidaan.

Bolehkah tindak balas redoks diperhatikan dalam kehidupan seharian?

Nampaknya tindak balas redoks hanya muncul pada halaman buku teks sekolah dan dalam pelajaran kimia. Walau bagaimanapun, tiada apa yang boleh lebih jauh daripada itu. Reaksi seperti ini menemani kita setiap hari. Adalah berbaloi untuk mempelajari lebih lanjut tentang mereka untuk memerhatikan proses dan persekitaran di sekeliling kita dengan pemahaman yang lebih baik. Berikut adalah contoh tindak balas redoks setiap hari yang pasti kita hadapi:

• Hakisan logam – ia adalah proses kemerosotan yang paling biasa bagi logam dan aloinya. Ia terhasil daripada sentuhan permukaan bahan berkenaan dengan persekitaran dan keadaan atmosfera. Dari segi mekanisme proses kakisan, yang paling biasa ialah kakisan elektrokimia, yang berlaku dalam persekitaran elektrolit, dalam gas lembap atau dalam tanah dengan tahap lembapan yang tinggi. Di tempat di mana kakisan berlaku, sel kakisan yang dipanggil terbentuk, di mana tindak balas pengoksidaan-pengurangan elektrod berlaku. Kemerosotan logam sentiasa berlaku di kawasan anodik. Di sana, elektron didermakan oleh logam, yang teroksida dan dalam bentuk ion masuk ke dalam larutan elektrolit. Caj yang dilepaskan berhijrah ke katod. Di sana, mereka bergabung dengan ion atau atom yang mempunyai keupayaan untuk menerima elektron. Ini paling kerap adalah atom oksigen dari udara (pada katod, ia akan dikurangkan kepada ion hidroksida) atau ion hidrogen (ia akan dikurangkan kepada hidrogen molekul). Di katod, salah satu atau kedua-dua proses ini boleh berlaku pada masa yang sama.
• Fotosintesis – ia adalah proses yang mengiringi kita setiap hari. Semasa fotosintesis, sel menukar karbon dioksida dan air atmosfera kepada glukosa dan oksigen dengan menggunakan tenaga suria. Seperti kebanyakan proses biokimia yang berlaku dalam organisma hidup, fotosintesis juga melibatkan perubahan keadaan pengoksidaan unsur-unsur yang membentuk bahan tindak balas. Dalam tindak balas redoks ini, atom oksigen dalam molekul air dioksidakan kepada oksigen molekul. Oleh itu, molekul air ialah penderma elektron, atau reduktor. Penerima cas yang terhasil, atau oksidan, ialah karbon dioksida. Atom karbon konstituennya dalam keadaan pengoksidaan keempat dikurangkan kepada keadaan pengoksidaan sifar.
• Sel galvanik – sel ialah susunan dua elektrod, direndam dalam elektrolit yang sama (atau elektrolit berbeza), yang disambungkan antara satu sama lain melalui litar luaran. Setiap elektrod yang direndam dalam elektrolitnya sendiri (separuh sel), mempamerkan potensi tertentu. Perbezaan potensi yang terhasil, iaitu aliran arus (elektron), disebabkan oleh tindak balas pengurangan pengoksidaan. Separuh proses berlaku pada setiap elektrod. Di anod, sebagai hasil daripada tindak balas pengoksidaan, elektron didermakan, yang kemudiannya diterima pada elektrod kedua – katod – dalam tindak balas pengurangan. Peranti yang paling biasa menggunakan sel galvanik ialah bateri, yang merupakan sumber tenaga untuk kereta, contohnya. Asid plumbum yang paling biasa terdiri daripada dua elektrod. Satu adalah plumbum tulen dan satu lagi disalut dengan plumbum (IV) oksida. Kedua-duanya direndam dalam 37%asid sulfurik (VI). Ia membolehkan pertukaran elektron bebas antara katod dan anod. Semasa operasi bateri, tindak balas pengurangan pengoksidaan mula berlaku. Dalam kes ini, anod ialah elektrod plumbum. Plumbum mula teroksida dan pergi daripada keadaan pengoksidaan sifar kepada keadaan pengoksidaan kedua. Pada masa yang sama, dua elektron dilepaskan dan berhijrah ke katod melalui elektrolit. Di sana, proses pengurangan plumbum daripada keadaan pengoksidaan keempat kepada plumbum (II) bermula, iaitu plumbum (IV) oksida diubah menjadi plumbum (II) sulfat. Dalam kes bateri, tindak balas redoks ialah sumber tenaga, yang boleh digunakan untuk menggerakkan beberapa peranti.