Reakcje utleniania i redukcji, czyli redoks

Stopień utlenienia określa hipotetyczny ładunek, który miałby dany pierwiastek, jeśli wszystkie wiązania chemiczne w cząsteczce lub jonie zawierającym dany atom miałyby charakter wiązań jonowych. Reakcje, w których zachodzi jednocześnie reakcja utleniania i redukcji to reakcje redoks. Reduktorem nazywamy pierwiastek chemiczny, który w czasie reakcji przechodzi na wyższy stopień utlenienia, czyli się utlenia. Utleniacz natomiast obniża swój stopień utleniania – ulega redukcji.

Zasady określania stopni utlenienia

  1. Pierwiastki chemiczne w stanie wolnym mają zerowy stopień utlenienia
  2. Litowce mają w związkach chemicznych stopień utlenienia I, natomiast berylowce II
  3. Wodór w związkach chemicznych z niemetalami występuje na I stopniu utlenienia, natomiast w wodorkach metali przyjmuje stopień -I
  4. Tlen w związkach chemicznych występuje na -II stopniu utlenienia (wyjątki: nadtlenki (np. H2O2) – tlen na -I stopniu utlenienia, tlenek fluoru (OF2) – tlen na II stopniu utlenienia, ponadtlenki (np. KO2) – tlen na stopniu utlenienia wynoszącym – \frac{1}{2} )
  5. Metale mają zawsze dodatni stopień utlenienia
  6. Stopień utlenienia pierwiastka chemicznego w jonie prostym odpowiada ładunkowi jonu, np. potas w jonie K+ występuje na I stopniu utlenienia, a siarka w jonie S2- jest na -II stopniu utlenienia)
  7. Suma utlenienia wszystkich atomów tworzących jon złożony odpowiada ładunkowi jonu, np. w jonie SO42- siarka jest na VI stopniu utlenienia, a tlen na -II,
    co sumarycznie daje VI + 4 * (-II) = 0
  8. Suma stopni utlenienia wszystkich pierwiastków w cząsteczce związku chemicznego jest równa zeru, np. w cząsteczce HNO3 wodór jest na I, tlen na -II, a azot na V stopniu utlenienia,
    co sumarycznie daje I + V + 3 * (-II) = 0

>> Chcesz dobrze zdać maturę z chemii? Zobacz ebook Chemia część 2.

Przykładowa reakcja redoks (określenie stopni utlenienia, wskazanie utleniacza i reduktora oraz reakcji utleniania i redukcji)

3 Mg + 2 FeCl3 → 3 MgCl2 + 2 Fe

Zaczynamy od określenia stopni utlenienia poszczególnych pierwiastków. Magnez i żelazo jako pierwiastki chemiczne w stanie wolnym występują na 0 stopniu utlenienia. Chlor w obu przypadkach występuje na -I stopniu utlenienia, w związku z tym żelazo w FeCl3 występuje na III stopniu utlenienia, a magnez w chlorku magnezu na II stopniu utlenienia.

Widać, że magnez przeszedł z 0 na II stopień utlenienia – zwiększył swój stopień utlenienia, czyli zaszła reakcja utleniania, magnez jest więc w tym przypadku reduktorem.

3 Mg → 3 Mg2+ + 6 e–

Żelazo natomiast zmieniło swój stopień utlenienia z III na 0, czyli zaszła reakcja redukcji. Żelazo jest zatem w tym przypadku utleniaczem.

2 Fe3+ + 6 e– → 2 Fe