Redoxní děje

Oxidace a redukce – základní pojmy a vztahy

• Při oxidačně redukčních (redoxních) reakcích dochází k přenosu elektronů a v důsledku toho se mění oxidační čísla některých atomů.

• Atomy některých prvků při reakci elektrony odevzdávají (oxidují se), jiné elektrony přijímají (redukují se).
   

Každý redoxní děj lze tedy rozdělit na dvě poloreakce:

Oxidace – reaktant předá své elektrony, a proto se jeho oxidační číslo zvýší.

Redukce – reaktant přijme elektrony, a proto se jeho oxidační číslo sníží.

Ztrátou či přijetím elektronů se výrazně změní vlastnosti daných látek. Oba tyto děje probíhají současně, jsou na sobě závislé – při oxidaci jedné látky (atomu,…) probíhá redukce látky jiné, tato dvojice látek tvoří redoxní systém:

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 1: Začátek experimentu	Obr. 2: Po několika sekundách	Obr. 3: Po několika hodinách	Obr. 4: Po několika dnech
Železný hřebík je vložen    do roztoku CuSO4.	V důsledku uvolňování iontů Fe2+ do roztoku Fe0 → Fe2+  +  2e- se na povrchu hřebíku vyredukuje tenká vrstva mědi: Cu2+ + 2e-  →  Cu0.	Vrstva Cu výrazně naroste.  V roztoku vzniká síran železnatý FeSO4.	Podstatná část hřebíku je rozpustěna.  Cu2+ jsou zcela  zredukovány na Cu. Rezavá až hnědá barva je způsobena oxidací sloučeniny železnaté  na železitou a také vyredukovanou mědí.

 

Oxidační činidlo

• je taková látka, která má schopnost přijímat elektrony – je akceptorem elektronů,
  jiné látky tak oxiduje (odebírá jim elektrony) a sama se redukuje.

Příklady oxidačních činidel:

• všechny prvky s výrazně vyšší než průměrnou elektronegativitou:
  především kyslík a halogeny (oxidační účinky se snižují s poklesem elektronegativity od fluoru k jodu),

• všechny vzájemné sloučeniny prvků s výrazně vyšší než průměrnou elektronegativitou:
  kyslíkaté sloučeniny halogenů (např. NaClO, KClO₃, KClO₄), dusíku (zvláště v jeho nejvyšším oxidačním čísle V+: kyselina dusičná a její soli), peroxid vodíku, ale také koncentrovaná kyselina sírová,

• sloučeniny prvků s výrazně vyšší než průměrnou elektronegativitou s kovy ve vysokém oxidačním čísle:
  např.: MnO₄^–, CrO₄^2–, Cr₂O₇^2–, OsO₅^2– a příslušné oxidy: Mn₂O₇, CrO₃, OsO₄, PbO₂.

Například:

 

Redukční činidlo

• látka, která může elektrony poskytovat – je donorem elektronů,
  tzn. jiné látky redukuje a sama se oxiduje.

Příklady redukčních činidel:

• všechny prvky s výrazně nižší než průměrnou elektronegativitou:
  především alkalické kovy a kovy alkalických zemin, některé další neušlechtilé kovy (Mg, Zn),

• prvky s vysokou afinitou ke kyslíku, např.: H, C, P, Al,

• sloučeniny prvků v nižších oxidačních číslech než těch, které tvoří ve svých stálých sloučeninách:
  např. redukční účinky mají ionty:
  Ti³⁺  – protože stabilním kationtem je  Ti⁴⁺ ,
  Cr²⁺ – protože stabilním kationtem je Cr³⁺ ,
  Sn²⁺– protože stabilním kationtem je Sn^4+,
  Fe²⁺– protože stabilním kationtem je Fe³⁺ (v nekomplexních sloučeninách),
  iontové hydridy (NaH, CaH₂), CO,

• organické sloučeniny – uhlík má často nižší oxidační čísla než je jeho stabilní IV, typickými příklady jsou aldehydy nebo organokovové sloučeniny.
   

Mnohé látky mohou vystupovat někdy jako oxidační a jindy jako redukční činidla – reaktivita závisí na konkrétní dvojici oxidovaná – redukovaná látka,
např.: peroxid vodíku:

2 KI + H₂O₂ + H₂SO₄  →  I₂ + K₂SO₄ + 2 H₂O

2 KMnO₄ + 5 H₂O₂ + 3 H₂SO₄ → 5 O₂ + 2 MnSO₄ + K₂SO₄ + 8 H₂O

Peroxid vodíku reaguje prudce také jen s pouhým roztokem manganistanu draselného bez účasti kyseliny. V tom případě vzniká vedle kyslíku hnědý oxid manganičitý a hydroxid draselný. Viz video.
Rovnici reakce lze zapsat iontově:

2 MnO₄^– + 3 H₂O₂   → 3 O₂ + 2 MnO₂ + 2 OH^– + 2 H₂O

Pozn.:
Pokud by reakce manganistanu draselného s peroxidem vodíku probíhala v kyselém prostředí (např. s kyselinou sírovou), vznikala by bezbarvá manganatá sůl, kyslík, síran draselný a voda.

 

Zdroje

• HONZA, Jaroslav a Aleš MAREČEK. Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl. Brno: DaTaPrintBrno, 1997, 248 s. ISBN 80-902402-0-8.
• ŠRÁMEK, Vratislav. Chemie obecná a anorganická. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2000, 262 s. ISBN 80-7182-099-7.

  Obrázky a videa:

• Autorem obrázků je Jaroslav Svatoň

• Autorem videa "Reakce manganistanu draselného s peroxidem vodíku" je  Jaroslav Svatoň