Најважније из лекције
Капацитет пуфера: Опсег количине киселине или базе које пуфер може да неутралише без значајне промене \(\text{pH}\).
Оксидациони број и својства: Максималан оксидациони број = искључиво оксиданс (нпр. \(\text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4\)); минималан оксидациони број = искључиво редуктор (нпр. \(\text{NH}_3, \text{H}_2\text{S}\)); међустања = и оксиданс и редуктор (нпр. \(\text{NO}_2, \text{SO}_2\)).
Стандардни редокс потенцијал (\(E^{\ominus}\)): Већи \(E^{\ominus}\) \(\rightarrow\) јачи оксиданс у оксидованом облику; мањи \(E^{\ominus}\) \(\rightarrow\) јачи редуктор у редукованом облику.
Истискивање халогена: Оксидациона моћ опада у низу \(\text{F}_2 > \text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2\). Јачи неметал истискује слабији из његових соли.
Оксидациони број и својства: Максималан оксидациони број = искључиво оксиданс (нпр. \(\text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4\)); минималан оксидациони број = искључиво редуктор (нпр. \(\text{NH}_3, \text{H}_2\text{S}\)); међустања = и оксиданс и редуктор (нпр. \(\text{NO}_2, \text{SO}_2\)).
Стандардни редокс потенцијал (\(E^{\ominus}\)): Већи \(E^{\ominus}\) \(\rightarrow\) јачи оксиданс у оксидованом облику; мањи \(E^{\ominus}\) \(\rightarrow\) јачи редуктор у редукованом облику.
Истискивање халогена: Оксидациона моћ опада у низу \(\text{F}_2 > \text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2\). Јачи неметал истискује слабији из његових соли.
Капацитет пуфера је опсег количине киселине или базе које се могу додати у раствор, а да се при томе битно не промени \(\text{pH}\) вредност средине.
Сваки пуфер има ограничен капацитет, што значи да се киселине и базе не могу додавати у недоглед без промене \(\text{pH}\).
Одржавање сталне \(\text{pH}\) вредности крви и телесних течности омогућавају биолошки пуфери: бикарбонатни, фосфатни и протеински пуфери. Пуфери су такође кључни у хемијској индустрији и лабораторијским истраживањима.
Способност супстанце да делује као оксидационо или редукционо средство зависи од електронске конфигурације и оксидационог броја атома у том једињењу.
- Максималан оксидациони број: Атом не може даље губити електроне, већ их може само примати. Такво једињење је искључиво оксидационо средство.
- Минималан оксидациони број: Атом не може даље примати електроне, већ их може само отпуштати. Такво једињење је искључиво редукционо средство.
- Интермедијарни (средњи) оксидациони бројеви: Једињење може и отпуштати и примати електроне, па може бити и оксидационо и редукционо средство у зависности од реакционог партнера.
Азот (\(-3\) до \(+5\)):
- \(\text{NH}_3\) (\(\text{N}^{-3}\)) – искључиво редукционо средство.
- \(\text{NO}\), \(\text{NO}_2^-\), \(\text{NO}_2\) (\(\text{N}^{+2}, \text{N}^{+3}, \text{N}^{+4}\)) – могу бити и оксидациона и редукциона средства.
- \(\text{HNO}_3\) (\(\text{N}^{+5}\)) – искључиво оксидационо средство.
- \(\text{H}_2\text{S}\) (\(\text{S}^{-2}\)) – искључиво редукционо средство.
- \(\text{SO}_2\) (\(\text{S}^{+4}\)) – може бити и оксидационо и редукционо средство.
- \(\text{H}_2\text{SO}_4\) (\(\text{S}^{+6}\)) – искључиво оксидационо средство.
Одреди да ли се сумпор-диоксид (\(\text{SO}_2\)) у реакцијама може понашати као оксидационо или као редукционо средство.
Оксидациони број сумпора у \(\text{SO}_2\) је \(+4\). Пошто сумпор има могуће оксидационе бројеве у распону од \(-2\) до \(+6\), оксидациони број \(+4\) представља међувредност. Према томе, \(\text{SO}_2\) може бити и оксидационо и редукционо средство.
Стандардни електродни (редокс) потенцијал означава се са \(E^{\ominus}\).
Мерна јединица је волт (\(\text{V}\)).
Јачина оксидационих и редукционих средстава квантитативно се пореди преко вредности стандардног електродног потенцијала за одговарајуће редокс-парове, при чему се полуреакције стандардно записују као редукције:
\[ \text{Оксидовани облик} + n\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Редуковани облик} \]
- Што је вредност \(E^{\ominus}\) већа (позитивнија): оксидовани облик је јаче оксидационо средство (лакше се редукује / прима електроне).
- Што је вредност \(E^{\ominus}\) мања (негативнија): редуковани облик је јаче редукционо средство (лакше се оксидује / отпушта електроне).
| Полуреакција редукције | \(E^{\ominus}\text{ (V)}\) | Својства |
|---|---|---|
| \(\text{F}_2 + 2\text{e}^- \rightleftharpoons 2\text{F}^-\) | \(+2{,}87\) | \(\text{F}_2\) је изузетно јако оксидационо средство |
| \(\text{Cl}_2 + 2\text{e}^- \rightleftharpoons 2\text{Cl}^-\) | \(+1{,}36\) | Јако оксидационо средство |
| \(\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Cu}\) | \(+0{,}34\) | Умерено оксидационо/редукционо средство |
| \(2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{H}_2\) | \(0{,}00\) | Референтни стандардни водонични потенцијал |
| \(\text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Zn}\) | \(-0{,}76\) | \(\text{Zn}\) је добро редукционо средство |
| \(\text{Al}^{3+} + 3\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Al}\) | \(-1{,}66\) | \(\text{Al}\) је јако редукционо средство |
| \(\text{Na}^+ + \text{e}^- \rightleftharpoons \text{Na}\) | \(-2{,}71\) | \(\text{Na}\) је веома јако редукционо средство |
Типична оксидациона средства: елементарни неметали (\(\text{F}_2, \text{O}_3, \text{O}_2, \text{Cl}_2, \text{Br}_2, \text{I}_2\)), једињења метала у високим оксидационим стањима (\(\text{KMnO}_4, \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\)), као и киселине чији анјони имају оксидациона својства (\(\text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4\)).
Типична редукциона средства: метали (\(\text{Na}, \text{Al}, \text{Zn}\) и др.), водоник (\(\text{H}_2\)), угљеник/кокс (\(\text{C}\)), угљеник(II)-оксид (\(\text{CO}\)) и хидриди метала.
Тренд оксидационе моћи халогених елемената:
\[ \text{F}_2 > \text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2 \]
Јаче оксидационо средство истискује слабије из његових једињења (оксидује одговарајући халогенидни анјон):
- \(\text{F}_2 + 2\text{NaCl} \longrightarrow \text{Cl}_2 + 2\text{NaF}\)
- \(\text{Cl}_2 + 2\text{NaBr} \longrightarrow \text{Br}_2 + 2\text{NaCl}\)
- \(\text{Br}_2 + 2\text{NaI} \longrightarrow \text{I}_2 + 2\text{NaBr}\)
- \(\text{I}_2 + \text{NaBr} \longrightarrow \text{нема реакције}\) (слабији оксиданс не може истиснути јачи)
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Које од наведених једињења хлора може деловати искључиво као оксидационо средство, а које искључиво као редукционо средство: \(\text{HCl}\), \(\text{HClO}_4\), \(\text{HClO}_2\)? (Оксидациони бројеви хлора се крећу од \(-1\) до \(+7\)).
Одређујемо оксидационе бројеве хлора:
- У \(\text{HCl}\) оксидациони број је \(-1\) (минималан) \(\rightarrow\) искључиво редукционо средство.
- У \(\text{HClO}_4\) оксидациони број је \(+7\) (максималан) \(\rightarrow\) искључиво оксидационо средство.
- У \(\text{HClO}_2\) оксидациони број је \(+3\) (интермедијаран) \(\rightarrow\) може бити и једно и друго.
Задатак 2 (средњи): Дате су вредности стандардних електродних потенцијала:
\[ E^{\ominus}(\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}) = +0{,}77\text{ V}, \quad E^{\ominus}(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V}, \quad E^{\ominus}(\text{I}_2/2\text{I}^-) = +0{,}54\text{ V} \]
Поређај честице \(\text{Fe}^{3+}\), \(\text{Ag}^+\) и \(\text{I}_2\) према растућој оксидационој моћи.
Оксидациона моћ оксидованог облика расте са порастом вредности стандардног електродног потенцијала (\(E^{\ominus}\)):
\[ E^{\ominus}(\text{I}_2/2\text{I}^-) < E^{\ominus}(\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}) < E^{\ominus}(\text{Ag}^+/\text{Ag}) \]
\[ +0{,}54\text{ V} < +0{,}77\text{ V} < +0{,}80\text{ V} \]
Редослед према растућој оксидационој моћи: \(\text{I}_2 < \text{Fe}^{3+} < \text{Ag}^+\).
Задатак 3 (средњи): Објасни да ли у воденом раствору могу истовремено постојати без реакције следећи парови супстанци:
а) Калијум-јодид (\(\text{KI}\)) и бром (\(\text{Br}_2\))
б) Калијум-бромид (\(\text{KBr}\)) и јод (\(\text{I}_2\))
а) Калијум-јодид (\(\text{KI}\)) и бром (\(\text{Br}_2\))
б) Калијум-бромид (\(\text{KBr}\)) и јод (\(\text{I}_2\))
а) Не могу: Бром (\(\text{Br}_2\)) је јаче оксидационо средство од јода (\(\text{I}_2\)) и лако ће истиснути јод из јодида:
\[ \text{Br}_2 + 2\text{KI} \longrightarrow \text{I}_2 + 2\text{KBr} \]
б) Могу: Јод (\(\text{I}_2\)) је слабије оксидационо средство од брома и не може оксидовати бромидне јоне, па се реакција не одвија:
\[ \text{I}_2 + \text{KBr} \longrightarrow \text{нема реакције} \]
Задатак 4 (тежак): На основу датих стандардних електродних потенцијала редокс-парова:
\[ E^{\ominus}(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\text{ V}, \quad E^{\ominus}(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\text{ V}, \quad E^{\ominus}(\text{Al}^{3+}/\text{Al}) = -1{,}66\text{ V} \]
одреди:
а) Која честица је најбоље редукционо средство?
б) Која честица је најбоље оксидационо средство?
а) Која честица је најбоље редукционо средство?
б) Која честица је најбоље оксидационо средство?
а) Најбоље редукционо средство је онај редуковани облик који одговара најмањој (најнегативнијој) вредности потенцијала. Најнижу вредност има пар \(\text{Al}^{3+}/\text{Al}\) (\(-1{,}66\text{ V}\)), што значи да је алуминијум (\(\text{Al}\)) најјаче редукционо средство.
б) Најбоље оксидационо средство је онај оксидовани облик који одговара највећој (најпозитивнијој) вредности потенцијала. Највишу вредност има пар \(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}\) (\(+0{,}34\text{ V}\)), што значи да је јон бакра (\(\text{Cu}^{2+}\)) најјаче оксидационо средство.
б) Најбоље оксидационо средство је онај оксидовани облик који одговара највећој (најпозитивнијој) вредности потенцијала. Највишу вредност има пар \(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}\) (\(+0{,}34\text{ V}\)), што значи да је јон бакра (\(\text{Cu}^{2+}\)) најјаче оксидационо средство.
