Redukciós-oxidációs (redox) reakciók

Az előadások a következő témára: "Redukciós-oxidációs (redox) reakciók"— Előadás másolata:

1 Redukciós-oxidációs (redox) reakciók
Elektronátadással járó reakciók: Elektronleadás (pl. Na  Na+ + e-): oxidáció, oxidálódás Elektronfelvétel (pl. Cl2 +2e-  2Cl-): redukció, redukálódás Együttjáró részfolyamatok (oxidálódás/redukálódás, avagy ráhatással oxidálás/redukálás): töltésmegmaradási, ill. elektron(anyag)megmaradási elvek érvényesek! A számbavételt segítő fogalom: oxidációs fok, ill. (átlagos) oxidációs szám, amely azonos Egyszerű ionos vegyületekben az egyes ionok töltésének az értékeivel Poláros kovalens kötésű molekulákban az egyes atomok képzeletbeli töltésével, ha a kötéseket létrehozó egyébként közös elektronpárokat az elektronegativabb atom(ok)hoz rendeljük hozzá. Azonos elektronnegativitású atomok közti kovalens kötés esetén a kötő elektronpárt megosztva, egy-egy elektronként rendeljük mindkettőhöz! Az elemek oxidációs foka megállapodás szerint nulla, 0! Oxidáció, az oxidációs szám növekedésével, redukció az oxidációs szám csökkenésével járó részfolyamat.

2 Oxidációsfok-számítási szabályok:
Alapszabályok (elektronpár megosztás a Pauling-féle elektronegativitások (EN) szerint): Egyszerű (bináris) ionos kötésű vegyületekre Pl.: NaCl Na+ Cl- EN (DEN>1,5) 0,9 3,0 Oxidációs fok +1 -1 Poláris kovalens kötés(ek) esetén Pl.: HCl H+d Cl-d EN (DEN=0,9 <1,5) 2,1 Azonos atomok közti kovalens kötés esetén (elemekre 0) Pl.: Cl2, Cl-Cl Cl EN (DEN=0)

3 Oxidációsfok-számítási szabályok:
Alapszabályok következményei: Elemek az oxidációs foka 0, pl. atomos nemes gázok, H2, O2, N2, Br2, I2, P4, S8, C60, fémek, atomrácsos elemek. Vegyületeikben az alkáli fémek (1A csoport) +1, míg az alkáli földfémek (2A oszlop) +2 oxidációs fokúak. A fluor (F, max. EN!) minden vegyületében -1 ox. fokú. A halogének kisebb EN-ű elemekkel képzett bináris vegyületeikben -1 oxidációs fokúak. Az oxigén vegyületeiben általában -2 ox.fokú, kivéve a peroxidokat és a szuperoxidokat. A hidrogén oxidációs foka általában +1, kivéve amikor fémes elemekkel hidrideket képez, amikor is -1. Az oxidációs számok összege a vegyületekben mindig 0, míg sokatomos összetett ionokban megegyezik az ion töltésével.

4 Oxidációsfok-számítási szabályok:
Az oxidációs számok összege: Pl.1: HClO4, ox. fok(Cl)=? +1+x(Cl)+4(-2)=0, x(Cl)=+7 Pl.2: [SO4]2-, ox. fok(S)=? x(S)+4(-2)=-2, x(S)=+6

5 Bizonyos elemek jellegzetes oxidációs állapotai
A legnagyobb és a legkisebb oxidációs fokú állapotok kiemelésével: C N O P S Cl +4 CO2 +5 HNO3 0 O2 +5 H3PO4 +6 H2SO4 +7 HClO4 +2 CO +4 NO2 -1 H2O2 +3 H3PO3 +4 SO2 +5 HClO3 0 C +3 HNO2 -2 H2O 0 P4 +0 S8 +3 HClO2 -4 CH4 +2 NO -3 PH3 -2 H2S +1 HClO +1 N2O 0 Cl2 0 N2 -1 Cl- -1 NH2OH -2 N2H4 -3 NH3

6 Bizonyos fémes elemek jellegzetes oxidációs állapotai
A legnagyobb és a legkisebb oxidációs fokú állapotok kiemelésével: Cr Mn Fe Co Cu Hg +6 CrO42-, Cr2O72- +7 MnO4- +3 Fe3+ +3 Co3+ +2 Cu2+ +2 Hg2+ +3 Cr3+ +4 MnO2 +2 Fe2+ +2 Co2+ +1 Cu+ +1 Hg22+ +2 Cr2+ +2 Mn2+ 0 Fe(sz) 0 Co(sz) 0 Cu(sz) 0 Hg(f) 0 Cr(sz) 0 Mn(sz)

7 Redox-egyenletek rendezése: a) (fél)részreakciók módszerével
CuSO4(aq) + Fe(sz) = FeSO4(aq) + Cu(sz) Cu2+(aq)+SO42-(aq)+Fe(sz) = Fe2+(aq)+SO42-(aq)+Cu(sz) Cu2+(aq)+ Fe(sz) = Fe2+(aq) + Cu(sz) Részreakciók módszere (elektronszámváltozások számbavételével: Cu2+(aq)+ 2 e- = Cu(sz) : 2 e--os redukciós részfolyamat Fe(sz) = Fe2+(aq) + 2 e- : 2 e--os oxidációs részfolyamat A részreakciókat itt az elektronok megmaradásához 1:1 arányban kell összeadni.

8 Redox-egyenletek rendezése: a) (fél)részreakciók módszerével
HCl(aq) + Zn(sz) ↔ ZnCl2(aq) + H2(g) H+(aq) + Cl-(aq)+ Zn(sz) ↔ Zn2+(aq) + 2 Cl-(aq) + H2(g) H+(aq) + Zn(sz) ↔ Zn2+(aq) + H2(g) Részreakciók módszere (elektronszámváltozások számbavételével): H+(aq)+ e- = 0,5 H2(g : 1 e--os redukciós részfolyamat Zn(sz) = Zn2+(aq) + 2 e- : 2 e--os oxidációs részfolyamat A részreakciókat itt az elektronok megmaradásához 2:1 arányban kell összeadni. 2H+(aq) + Zn(sz) ↔ Zn2+(aq) + H2(g)

9 Redox-egyenletek rendezése: a) (fél)részreakciók módszerével
MnO4-(aq) + Fe2+(aq) ↔ Mn2+(aq) + Fe3+(aq) Részreakciók módszere (elektronszámváltozások számbavételével): MnO4-(aq)+ 5 e- + 8 H+(aq) = Mn2+(aq)+4 H2O 5 e--os redukciós részfolyamat Fe2+(aq) = Fe3+(aq) + e- : 1 e--os oxidációs részfolyamat A részreakciókat az elektronok megmaradásához itt 1:5 arányban kell összeadni. MnO4-(aq)+5Fe2+(aq) +8H+(aq) = Mn2+(aq)+5Fe3+(aq)+4 H2O

10 Redox-egyenletek rendezése: b) az oxidációs számváltozások módszerével
MnO4-(aq) + Fe2+(aq) ↔ Mn2+(aq) + Fe3+(aq) Oxidációs számváltozások: Dox.fok: ( ) Az elektronszámváltozások arányok számbavételével: MnO4-(aq) + 5 Fe2+(aq) ↔ Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) Az oxigénfelesleget protonok (8H+(aq)) hozzáadásával vízzé konvertáljuk. (Az esetleges oxigénhiányt vízzel vagy OH--ionokkal kompenzáljuk, amelyek a vizesközegben rendelkezésre állnak.) Az elemenkénti (H, O, egyéb atomok szerinti) anyagmérlegeket mindenesetben kiegyensúlyozzuk. Ha jól dolgoztunk az egyenlet töltésmérlege is rendben lesz (mindig ellenőrizzük!): (17+) MnO4-(aq)+5Fe2+(aq) +8H+(aq) = Mn2+(aq)+5Fe3+(aq)+4 H2O (17+)