Најважније из лекције
Оксидоредукција: Пренос електрона праћен променом оксидационог броја.
Оксидација: Губитак електрона (\(e^-\)) \(\rightarrow\) пораст оксидационог броја (врши је редукционо средство).
Редукција: Добитак електрона (\(e^-\)) \(\rightarrow\) пад оксидационог броја (врши је оксидационо средство).
Електронски биланс: Број отпуштених електрона мора бити једнак броју примљених електрона (\(\sum e^-_{\text{отпуштени}} = \sum e^-_{\text{примљени}}\)).
Јонске једначине: Поред броја атома сваког елемента, збир наелектрисања са леве стране мора бити једнак збиру наелектрисања са десне стране једначине.
Оксидација: Губитак електрона (\(e^-\)) \(\rightarrow\) пораст оксидационог броја (врши је редукционо средство).
Редукција: Добитак електрона (\(e^-\)) \(\rightarrow\) пад оксидационог броја (врши је оксидационо средство).
Електронски биланс: Број отпуштених електрона мора бити једнак броју примљених електрона (\(\sum e^-_{\text{отпуштени}} = \sum e^-_{\text{примљени}}\)).
Јонске једначине: Поред броја атома сваког елемента, збир наелектрисања са леве стране мора бити једнак збиру наелектрисања са десне стране једначине.
Оксидоредукционе (редокс) реакције су хемијске реакције у којима долази до размене (прелаза) електрона између честица реактаната, што доводи до промене њихових оксидационих бројева.
Оксидација је процес отпуштања електрона, при чему се оксидациони број честице повећава.
Редукција је процес примања електрона, при чему се оксидациони број честице смањује.
Оксидација и редукција су спрегнути процеси - један се не може одвијати без другог. Укупан број отпуштених електрона увек мора бити једнак укупном броју примљених електрона.
При настајању натријум-хлорида:
\[ 2\overset{0}{\text{Na}} + \overset{0}{\text{Cl}}_2 \rightarrow 2\overset{+1}{\text{Na}}\overset{-1}{\text{Cl}} \]
- Натријум отпушта по 1 електрон (\(0 \rightarrow +1\)) - врши се оксидација.
- Сваки атом хлора прима по 1 електрон (\(0 \rightarrow -1\)) - врши се редукција.
Редукционо средство (редуцент) је честица (атом, молекул или јон) која отпушта електроне (донор електрона). Она омогућава редукцију друге врсте, а сама се притом оксидује.
Оксидационо средство (оксиданс) је честица (атом, молекул или јон) која прима електроне (акцептор електрона). Она омогућава оксидацију друге врсте, а сама се притом редукује.
Супстанца која се оксидовала је редукционо средство.
Супстанца која се редуковала је оксидационо средство.
Супстанца која се редуковала је оксидационо средство.
У реакцији сагоревања угљеник(II)-оксида:
\[ 2\overset{+2}{\text{C}}\overset{-2}{\text{O}} + \overset{0}{\text{O}}_2 \rightleftharpoons 2\overset{+4}{\text{C}}\overset{-2}{\text{O}}_2 \]
- \(\text{CO}\) је редукционо средство (атом угљеника се оксидује: \(+2 \rightarrow +4\)).
- \(\text{O}_2\) је оксидационо средство (атоми кисеоника се редукују: \(0 \rightarrow -2\)).
Размена електрона се може приказати шемом са стрелицама или једначинама полуреакција у којима се електрони (\(e^-\)) пишу са позитивним предзнаком уз честице.
Полуреакција оксидације:
\[ 2\text{Na} \rightarrow 2\text{Na}^+ + 2e^- \]
Полуреакција редукције:
\[ \text{Cl}_2 + 2e^- \rightarrow 2\text{Cl}^- \]
У шемама и полуреакцијама, атомске групе и елементи повезани ковалентним везама у молекуле пишу се са одговарајућим индексима (нпр. \(\text{O}_2, \text{Cl}_2, \text{H}_2\)), а не као слободни атоми.
Одредити оксидационе бројеве свих атома са леве и са десне стране једначине.
Издвојити врсте које су промениле оксидациони број и формирати полуреакције (водећи рачуна о молекулским индексима, нпр. \(2\overset{+1}{\text{H}} \rightarrow \overset{0}{\text{H}}_2\)).
Одредити број отпуштених и примљених електрона за сваки процес.
Помножити полуреакције одговарајућим чиниоцима (најмањим заједничким садржаоцем) тако да укупан број отпуштених електрона буде једнак броју примљених електрона.
Унети добијене коефицијенте испред одговарајућих формула у главну једначину.
Изједначити остале атоме који нису мењали оксидациони број (прво метале и неметале, затим водоник) и извршити завршну проверу преко броја атома кисеоника или збира наелектрисања (код јонских једначина).
Када део атома једног елемента мења оксидациони број, а део остаје непромењен (нпр. \(\text{HNO}_3\) као оксиданс и за грађење нитратних соли), коначни коефицијент тог реактанта одређује се тек након изједначавања свих продуката.
Изједначавање реакције алуминијума и хлороводоничне киселине:
\[ \overset{0}{\text{Al}} + \overset{+1}{\text{H}}\overset{-1}{\text{Cl}} \rightarrow \overset{+3}{\text{Al}}\overset{-1}{\text{Cl}}_3 + \overset{0}{\text{H}}_2 \]
Шема електронског биланса:
\[ \left. \begin{array}{ll} \overset{0}{\text{Al}} \xrightarrow{-3e^-} \overset{+3}{\text{Al}} & /\cdot 2 \\ 2\overset{+1}{\text{H}} \xrightarrow{+2e^-} \overset{0}{\text{H}}_2 & /\cdot 3 \end{array} \right\} \Rightarrow \begin{array}{l} 2\overset{0}{\text{Al}} \xrightarrow{-6e^-} 2\overset{+3}{\text{Al}} \\ 6\overset{+1}{\text{H}} \xrightarrow{+6e^-} 3\overset{0}{\text{H}}_2 \end{array} \]
Укупна сређена једначина:
\[ 2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2 \]
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): За реакцију \(2\text{KI} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{KCl} + \text{I}_2\) одреди:
а) честицу која се оксидовала и честицу која се редуковала;
б) оксидационо и редукционо средство.
а) честицу која се оксидовала и честицу која се редуковала;
б) оксидационо и редукционо средство.
Одређивањем оксидационих бројева:
\[ 2\overset{+1}{\text{K}}\overset{-1}{\text{I}} + \overset{0}{\text{Cl}}_2 \rightarrow 2\overset{+1}{\text{K}}\overset{-1}{\text{Cl}} + \overset{0}{\text{I}}_2 \]
- Јон јода \(\text{I}^-\) повећава оксидациони број са \(-1\) на \(0\) \(\Rightarrow\) оксидовао се.
- Хлор \(\text{Cl}_2\) смањује оксидациони број са \(0\) на \(-1\) \(\Rightarrow\) редуковао се.
Одговор:
а) Оксидовао се јон \(\text{I}^-\), а редуковао молекул \(\text{Cl}_2\).
б) Оксидационо средство је \(\text{Cl}_2\), а редукционо средство је \(\text{KI}\).
Одговор:
а) Оксидовао се јон \(\text{I}^-\), а редуковао молекул \(\text{Cl}_2\).
б) Оксидационо средство је \(\text{Cl}_2\), а редукционо средство је \(\text{KI}\).
Задатак 2 (средњи): Помоћу шеме размене електрона одреди коефицијенте у једначини реакције и идентификуј оксидационо и редукционо средство:
\[ \text{H}_2\text{S} + \text{SO}_2 \rightarrow \text{S} + \text{H}_2\text{O} \]
1. Оксидациони бројеви:
\[ \overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{S}} + \overset{+4}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_2 \rightarrow \overset{0}{\text{S}} + \overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{O}} \]
2. Електронски биланс:
\[ \begin{array}{ll} \overset{-2}{\text{S}} \xrightarrow{-2e^-} \overset{0}{\text{S}} & /\cdot 2 \\ \overset{+4}{\text{S}} \xrightarrow{+4e^-} \overset{0}{\text{S}} & /\cdot 1 \end{array} \]
Укупно настаје \(2\overset{0}{\text{S}} + 1\overset{0}{\text{S}} = 3\overset{0}{\text{S}}\).
3. Изједначена једначина: \[ 2\text{H}_2\text{S} + \text{SO}_2 \rightarrow 3\text{S} + 2\text{H}_2\text{O} \] Оксидационо средство: \(\text{SO}_2\) (сумпор се редукује са \(+4\) на \(0\)).
Редукционо средство: \(\text{H}_2\text{S}\) (сумпор се оксидује са \(-2\) на \(0\)).
3. Изједначена једначина: \[ 2\text{H}_2\text{S} + \text{SO}_2 \rightarrow 3\text{S} + 2\text{H}_2\text{O} \] Оксидационо средство: \(\text{SO}_2\) (сумпор се редукује са \(+4\) на \(0\)).
Редукционо средство: \(\text{H}_2\text{S}\) (сумпор се оксидује са \(-2\) на \(0\)).
Задатак 3 (средњи): Одреди коефицијенте у непотпуној јонској једначини редокс реакције:
\[ \text{Fe}^{3+} + \text{Sn}^{2+} \rightleftharpoons \text{Fe}^{2+} + \text{Sn}^{4+} \]
1. Полуреакције:
\[ \begin{array}{ll} \overset{+3}{\text{Fe}} \xrightarrow{+1e^-} \overset{+2}{\text{Fe}} & /\cdot 2 \\ \overset{+2}{\text{Sn}} \xrightarrow{-2e^-} \overset{+4}{\text{Sn}} & /\cdot 1 \end{array} \]
2. Укупна једначина:
\[ 2\text{Fe}^{3+} + \text{Sn}^{2+} \rightleftharpoons 2\text{Fe}^{2+} + \text{Sn}^{4+} \]
Провера наелектрисања:
Лева страна: \(2 \cdot (+3) + (+2) = +8\)
Десна страна: \(2 \cdot (+2) + (+4) = +8\)
Једначина је тачно изједначена.
Лева страна: \(2 \cdot (+3) + (+2) = +8\)
Десна страна: \(2 \cdot (+2) + (+4) = +8\)
Једначина је тачно изједначена.
Задатак 4 (тежак): Помоћу шеме размене електрона одреди коефицијенте у једначини реакције бакра са разблаженом азотном киселином:
\[ \text{Cu} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O} \]
1. Оксидациони бројеви:
\[ \overset{0}{\text{Cu}} + \overset{+1}{\text{H}}\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}}_3 \rightarrow \overset{+2}{\text{Cu}}(\overset{+5}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}}_3)_2 + \overset{+2}{\text{N}}\overset{-2}{\text{O}} + \overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{O}} \]
2. Електронски биланс:
\[ \begin{array}{ll} \overset{0}{\text{Cu}} \xrightarrow{-2e^-} \overset{+2}{\text{Cu}} & /\cdot 3 \\ \overset{+5}{\text{N}} \xrightarrow{+3e^-} \overset{+2}{\text{N}} & /\cdot 2 \end{array} \]
3. Уношење редокс коефицијената:
\[ 3\text{Cu} + \text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + \text{H}_2\text{O} \]
4. Биланс азота и водоника:
Са десне стране имамо \(3 \cdot 2 = 6\) атома \(\text{N}\) у соли и \(2\) атома \(\text{N}\) у \(\text{NO}\), што је укупно 8 атома \(\text{N}\). Због тога испред \(\text{HNO}_3\) стављамо коефицијент 8.
За изједначавање водоника: испред \(\text{H}_2\text{O}\) стављамо коефицијент 4.
5. Коначна једначина: \[ 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O} \] Провера преко кисеоника: Лево \(8 \cdot 3 = 24\); Десно \(3 \cdot 6 + 2 \cdot 1 + 4 \cdot 1 = 18 + 2 + 4 = 24\).
Са десне стране имамо \(3 \cdot 2 = 6\) атома \(\text{N}\) у соли и \(2\) атома \(\text{N}\) у \(\text{NO}\), што је укупно 8 атома \(\text{N}\). Због тога испред \(\text{HNO}_3\) стављамо коефицијент 8.
За изједначавање водоника: испред \(\text{H}_2\text{O}\) стављамо коефицијент 4.
5. Коначна једначина: \[ 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O} \] Провера преко кисеоника: Лево \(8 \cdot 3 = 24\); Десно \(3 \cdot 6 + 2 \cdot 1 + 4 \cdot 1 = 18 + 2 + 4 = 24\).
