Redoxireakciók Redoxireakció: elektronátadási folyamat Oxidáció: „oxigénnel való reakció” a szén elégetése, rozsdásodás (a fémek oxidációja) alkohol -> aldehid -> karbonsav elektronleadás (oxidációs szám nő) Fe ++ - e - = Fe J e - = J 2 Redukció: „oxigén leadás” Fémek előállítása oxid érceikből (Fe 3 O 4, Al 2 O 3 ) „hidrogénezés” olefin -> parafin, margaringyártás elektronfelvétel (oxidációs szám csökken) Fe e - = Fe ++ J e - = 2.J - Egy anyag csak akkor oxidálódhat, ha a leadott elektronokat egyidejűleg egy másik anyag felveszi

Redoxireakciók Két elem reakciója Fémek és fémionok reakciója

Redoxireakciók Nemfémek és nemfém ionok reakciója Redoxititrálások: pl. [Fe 2+ ] meghatározása KMnO 4 -gyel MnO Fe H + = 5.Fe Mn H 2 O

Az elemek lehetséges oxidációs számai Elemi állapot – oxidációs szám = 0 Egyszerű ionok oxidációs száma = iontöltés Molekula – oxidációs számok összege = 0 Összetett ionok töltése = oxidációs számok összege

Redoxireakciók Redoxireakció: elektronátadási folyamat Oxidáció: elektronleadás (oxidációs szám nő) Redukció: elektronfelvétel (oxidációs szám csökken ) Egyenletek rendezés: oxidációs szám változások legkisebb közös többszöröse alapján! OCl  (aq) + Cl  (aq) + 2H + (aq) Cl 2 (g) + H 2 O szinproporció diszproporció

Redoxireakciók Egyenletek rendezése: oxidációs szám változások legkisebb közös többszöröse alapján! Felmérőből: Pirit pörkölés: 4.FeS + 7.O 2 = 2.Fe 2 O SO 2 Mennyi a kénatom oxidációs száma a kén-hidrogén molekulában? Az oxidációs számok változása alapján állapítsuk meg a I - ion és a I 2 molekula együtthatóját a következő reakcióegyenletben? Cr 2 O x.I H + = 2.Cr 3+ + y.I H 2 O Oxidációs számok számításához: Az oxigén az oxidokban mindig -2 A hidrogén általában +1, de fémhidridekben -1

Redukáló- és oxidálószerek Hogyan lehetne számmal jellemezni az oxidáló/redukáló képességet?

Melyik elem ad le, melyik vesz fel elektront? Elektronvonzó képesség – relatív skála

Redoxi folyamatok a talajban Elektronakceptorok – Oxidálószerek: O 2, NO 3 -, Mn III, Mn IV, Fe III vegyületek, SO 4 2- Elektrondonorok - Redukálószerek: növényi maradványok talaj szervesanyag C tartalma szerves N, S (-NH 2, -NH, -SH, NH 4 +, S 2- ), Mn 2+, Fe 2+ A talaj színe: vörös – Fe III szürke, fekete (Fe-humát) - Fe II

Talaj szervesanyag-tartalmának meghatározása (Tyurin módszer) 2 K 2 Cr 2 O H 2 SO C = 2 K 2 SO Cr 2 (SO 4 ) H 2 O + 3 CO 2 Savas közegbenMnO 4 − + 5 e − + 8 H + → Mn H 2 O Semleges közegbenMnO 4 − + 3 e − + 4 H + → MnO H 2 O Lúgos közegbenMnO 4 − + e − → MnO 4 -- Kálium-permanganát (KMnO 4 ) oxidáló hatása A hypo és a sósav reakciójából klórgáz keletkezik! 2 HCl + NaOCl = NaCl + Cl 2 + H 2 O Fertőtlenítés klórral, hypo-val, klórmésszel Cl 2 + H 2 O ↔ HOCl + HCl HOCl = HCl + ‚O’ Hypo (nátrium-hipoklorit)NaOCl = NaCl + ‚O’ Klórmész (Kalcium-hipoklorit)Ca(OCl) 2 = CaCl 2 + 2‚O’ Néhány redox folyamat

A nitrogén oxidációs állapotai HNO 2 salétromossav HNO 3 salétromsav

Néhány nitrogén redox folyamat Denitrifikáció a szennyvíz-tisztitásban NO CH 3 OH = N 2 + CO 2 + H 2 O + OH - denitrifikáló baktériumok Nitrifikáció 2 NH O 2 = 2 NO H H 2 O nitrifikáló baktériumok 2 NH O 2 = 2 NO H H 2 O 2 NH 4 NO 3 = 2 N 2 + O H 2 O Ammóniumnitrát tűz és robbanásveszélyessége Nitráttartalom meghatározás kénsavas roncsolatból NO Fe H + = NH Fe H 2 O Ammóniagyártás N H 2 = 2 NH 3

Nitrogén körforgalom Denitrifikáció Nitrifikáció

Elektródok Elektród: olyan rendszer, amelyben elsőrendű vezető (fém) érintkezik másodrendű vezetővel (fémionok vizes oldata)

Galváncellák Zn(sz) + Cu 2+ (aq) = Zn 2+ (aq) + Cu(sz), két folyamat térbeli elválasztása: vatta sóhíd -oldat réz- katód cink- anód Cu 2+ (aq) +2e– = Cu(sz) Celladiagram: Zn | Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) | Cu (1 M) oxidáció redukció Elektromotoros erő (E): az a feszültség, ami akkor mérhető, amikor a cellán nem folyik át áram _ + Zn(sz) = Zn 2+ (aq) +2e –

A standard hidrogénelektród H + (aq) + e  =1/2 H 2 (g) Megállapodás szerint:  º H+/H 2 := 0 Félcella-reakciója: Pt | H 2 | 1 M H + (aq) pontosabban(!): Pt | H 2 | 1 mol H + /1 kg oldat

Az elektródpotenciál Az elektród potenciálja (e): annak a galváncellának az elektromotoros ereje, amelynek az egyik elektródja a kérdéses elektród, a másik pedig a standard hidrogénelektród Standardpotenciál (eº): egységnyi koncentrációjú (aktivitású) oldat elektród potenciálja Nernst-egyenlet: Negatívabb oxidálódik, pozitívabb redukálódik. F=96485 C / mol

Elektromotoros erő E MF = ε katód – ε anód pl.: Daniell-elem Ha minkét koncentráció=1 (E MF ) Daniell = ε Cu – ε Zn = 0,337V – (-0,763V) = 1,10 V vatta sóhíd réz- katód cink- anód

Az üvegelektród Elsőfajú elektród, pl.: Ag + (sz) + e  = Ag(sz) Ag(sz) | Ag + (aq) e függ a koncentrációtól Másodfajú elektród, pl.: Ag + (sz) + e  = Ag(sz) AgCl(sz) Ag+(aq) + Cl  (ag) Ag(sz) | AgCl | KCl 1 mol / kg (aq) AgCl oldatbeli koncentrációja jó közelítéssel állandó → e állandó Jó referenciaelektród! De konstans klorid-ion konc.! [Ag + ] [Cl - ] =

Korrózióvédelem Passzív: Aktív: Febelül zinkrúd Mg vagy Zn Fe csővezeték vagy - potenciál Fe Zn Fe Sn kis  º-ú fém festék, v. nagy  º -ú fém (pl. Sn), vagy tömör oxidréteg (pl. Al 2 O 3 ) H +, H 2 O Sn 2+, Fe 2+ hátrány: helyi elem: Fe + Sn 2+ = Sn + Fe 2+ helyi elem: Zn + Fe 2+ = Fe + Zn 2+ H +, H 2 O Zn 2+, Fe 2+

Galvánelem, mint az elektrokémiai korrózió megjelenési formája Az egyik leggyakoribb korrózió az elektrokémiai korrózió, amely minden esetben galvánelem képződésére vezethető vissza. Klasszikus galvánelemKorróziós galvánelem Cl - Dr. Bajnóczy Gábor BME

Elektrokémiai korrózió két fém csatlakozásakor +

Elektrokémiai korrózió két fém csatlakozásakor +

Koncentrációkülönbség okozta korrózió (alározsdásodás)

Koncentrációs elem Dr. Bajnóczy Gábor BME E cella = E 0 + (RT/nF) * ln [tömény ] – E 0 – (RT/nF) * [híg] E cella = (RT/nF) * ln [tömény] [híg]

Biológiai korrózió Biológiai folyamat által előidézett elektrokémiai korrózió Szulfátredukáló baktériumok: oxigénmentes környezetben a katódon képződő hidrogént használják fel szulfát redukcióra 8 H adszorbeált + SO 4 2- → S H 2 O A katódon adszorbeálódott hidrogént, amely fékezi a korróziót eltávolítja, így a korrózió gyorsul A képződő szulfid megtámadja fémet és laza fém-szulfidot képez Fűtőolaj tartály kilyukadt fala. Gyakori korróziót okoz az olajiparban. Mg vagy Zn Fe csővezeték Zn – 2.e - = Zn 2+ Fe e - = Fe 2.H e - = H 2

Biológiai korrózió A kénbaktérium oxigén tartalmú környezetben szulfid-iont kénsavvá tud oxidálni Csatorna csövek korróziója betoncső kénbaktérium telepek a falon Korrózió a földgáz vezetéken A csőben van víz és hidrogén-szulfid, amelyet a kénbaktérium kénsavvá oxidál. A képződő sav miatt lyukad ki a cső.