7. nastavna tema:

OKSIDOREDUKCIONE REAKCIJE

Osnovni pojmovi oksidoredukcionih procesa: oksidacioni broj, oksidacija, redukcija, oksidaciona i redukciona sredstva.

Oksidacioni broj predstavlja broj elektrona nekog atoma koji učestvuju u hemijskoj vezi sa različitim atomima. Oksidoredukcione ili redox reakcije podrazumevaju istovremeno dešavanje oksidacije i redukcije u istoj reakcionoj smeši.

Oksidacija predstavlja otpuštanje elektrona iz atoma manje elektronegativnosti pri obrazovanju jonske ili kovalentne veze i povećanje + oksidacionog stanja tih atoma.

Redukcija predstavlja primanje otpuštenih elektrona u atomima veće elektronegativnosti pri obrazovanju jonske ili kovalentne veze i smanjenje + oksidacionog stanja tih atoma.

Nema oksidacije bez redukcije i iobrnuto, jer elektroni ne mogu da postoje van atoma.Uslov za redox reakcije je prisustvo najmanje jednog oksidacionog i jednog redukcionog sredstva u reakcionoj smeši.Redukciono sredstvo vrši redukciju tako što se njegove čestice oksiduju i otpuštaju elektrone koje primaju čestice koje se redukuju Redukciona sredstva lakše otpuštaju nego što primaju elektrone, npr. atomi metala i anjoni nemetala. Prema opadajućem redukcionom dejstvu metali su poređani u naponski niz:

LiKBaCaNaMgMnZnCrFeCdCoNiSnPbHCuAgHgAu (slajd 22). Oksidaciono sredstvo vrši oksidaciju tako što se njegove čestice redukuju i primaju

elektrone koje otpuštaju atomi koji se oksiduju. Oksidaciona sredstva lakše primaju nego što otpuštaju elektrone, npr. atomi nemetala i katjoni metala.

Sve supstance čiji atomi menjaju oksidaciono stanje mogu da učestvuju u redox reakcijama. Redukciono sredstvo je supstanca koja sadrži atome koji su u minimalnom oksidacionom stanju,

oksidaciono sredstvo je supstanca koja sadrži atome koji su u maksimalnom oksidacionom stanju, supstanca koja sadrži atome čije je oksidaciono stanje između minimalnog i maksimalnog može da bude i redukciono i oksidaciono sredstvo zavisno od ostalih reaktanata.Svaka supstanca koja učestvuje u redox reakciji može da bude u redukovanom (red) i oksidovanom (oxid) obliku. Ako u redox reakciji učestvuju supstanca 1 kao redukciono sredstvo u svom redukovanom obliku red1 i supstanca 2 kao oksidaciono sredstvo u svom oksidovanom obliku oxid2, onda su polujednačine

redukcije: red1 oxid1+ze- i

oksidacije: oxid2+ze- red2

i jednačina redox reakcije: red1+oxid2→oxid1+red2. Što znači da redox reakcije teku u smeru od jačeg ka slabijem redukcionom sredstvu i od jačeg ka slabijem oksidacionom sredstvu (red1>red2 i oxid2>oxid1).Jednačine redox reakcija se sastavljaju elektronskom i elektronsko-jonskom metodom (primeri redox reakcija na sl. 14, 15, 16, 17 i 18).

A B C

D E F G

F 3.14

Some oxidation–reduction reactions. (A) The spectacular combination reaction of anti-mony and chlorine. (B) The decomposition reaction of mercury(II) oxide into its elements,mercury and oxygen. (C) Displacement reaction of copper metal and silver nitrate. Copperdipped into a silver nitrate solution becomes coated with crystals of silver, while the solu-tion takes on a greenish-blue color due to the copper(II) ion. (D) Displacement reaction ofzinc metal and hydrochloric acid. Hydrogen gas formed in the reaction bubbles from themetal surface that dips into the acid. (E) Displacement reaction of the alkali metal potas-sium with water. The heat of reaction ignites the hydrogen gas produced. (F) Combustionreaction of butane and oxygen. Butane liquid in the cigarette lighter vaporizes when thevalve is opened. The butane vapor burns in air to yield carbon dioxide and water vapor.Note the ring of water droplets that has collected on the cool portion of the flask. (G) Thecombustion of iron wool. Iron reacts with oxygen in the air to produce iron(III) oxide,Fe2O3. The reaction is similar to the rusting of iron but is much faster.

Hydrogen Peroxide (An Oxidizing and Reducing Agent)

A B

Reduction of potassium permanganate by hydrogenperoxide. (A) Hydrogen peroxide solution is being addedto a solution of potassium permanganate in acidic solution.

(B) The purple color of the permanganate solution disap-pears as the permanganate ion is reduced to themanganese(II) ion, which has a very pale pink color.

A B

Pojam galvanskog sprega i elektrolize. Korozija.

Jačina redukcionih i oksidacionih sredstava egzaktno se izražava pomoću standardnih elektrodnih potencijala E0 u V. Elektrodu čine red i oxid oblik (redox par) neke supstance u električnom kontaktu. Ako red oblik neke supstance lakše otpušta elektrone nego što ih oxid oblik prima na elektrodi se vrši oksidacija, npr. Zn(s)→Zn2+(aq)+2e-, pri čemu se metal naelektriše negativno, a sloj rastvora uz ploču pozitivno, zbog čega se formira dvostruki električni sloj koji ima određen (-) elektrodni ili redox potencijal (slajd 20). Ako oxid oblik neke supstance lakše prima elektrone nego što ih red oblik otpušta na elektrodi se vrši redukcija, npr.Cu2+(aq)+2e-→Cu(s) pri čemu se metal naelektriše pozitivno, a sloj rastvora uz ploču negativno i nastaje dvostruki električni sloj koji ima određen (+) elektrodni ili redox potencijal (slajd 21). Standardni elektrodni ili redox potencijal E0 (V) (tablica sa E0 slajd 24) predstavlja EMS galvanskog sprega (slajd 23) date elektrode u kojoj je rastvor jedinične koncentracije (c=1mol/dm3) i standardne vodonične elektrode (slajd 22) za koju se uzima E0(H2/2H+)=0,00V. Ako je E0 negativnije supstanca je jače redukciono sredstvo, a ako je E0 pozitivnije supstanca je jače oksidaciono sredstvo.

Elektroliza predstavlja istovremeno dešavanje oksidacije na anodi i redukcije na katodi u rastvoru ili rastopu elektrolita, kao i u galvanskim elementima, ali za razliku od galvanskih elemenata na pozitivnoj anodi i negativnoj katodi, iznuđeno na račun energije izvora jednosmerne struje, pri čemi se elektrolit razlaže i na elektrodama izdvajaju odgovarajući proizvodi.Pošto su procesi pri elektrolizi suprotni u dnosu na galvanske elemente i pošto su procesi u galvanskim elementima spontani uslov za elektrolizu je da napon između elektroda (napon razlaganja elektrolita) bude veći od EMS galvanskog elementa koga bi te elektrode mogle da grade.Ako se u elektrolitu nalazi više redukcionih sredstava na anodi se oksiduje najjače (sa najnegativnijim redox potencijalom) i ako se u elektrolitu nalazi više oksidacionih sredstava na katodi se redukuje najjače (sa najpozitivnijim redox potencijalom). Odstupanje od ovog pravila nastaje zavisno od prirode materijala od koga su napravljene elektrode, a u skladu sa uslovom da se pri elektrolizi na elektrodama dešavaju procesi za koje je potrebna najmanja energija (nadnapon).Elektroliza ima ogromnu tehnološku primenu ...

Elektroliza vode u cilju dobijanja H2(g) kao goriva za automobile

Primena elektrolize

Korozija predstavlja razaranje svih materijala kada na njih deluje sredina u kojoj se nalaze (lat.corrodere-nagrizati). Posebno je štetna korozija metala (procenjuje se da se 5% godišnje proizvodnje crne metalurgije gubi zbog korozije).

Prema načinu nastajanja korozija može da bude hemijska i elektrohemijska.

Hemijska korozija nastaje dejstvom vode, kiseonika, ugljen-dioksida, hlora, oksida azota, sumpor-dioksida, rastvora kiselina, baza, soli...

Elektrohemijska korozija nastaje usled stvaranja lokalnih galvanskih elemenata kada se dva metala nalaze u kontaktu pri čemu se troši metal sa negativnijim redox potencijalom.

Prema načinu prostiranja korozija može da bude površinska, lokalna (dubinska) i interkristalna (dubinska, ali ne mora da izazove promene na površini).

Zaštita od korozije: bojenje, prevlačenje slojem manje korozivnih metala (pocinkovanje, posrebrivanje, pozlaćivanje, kalajisanje, niklovanje, hromiranje), proizvodnja nekorozivnih legura (hromni čelik, manganski čelik), presvlačenje plastičnim materijalima, elektrohemijska korzija...

Rđanje gvožđa

Elektrohemijska korozija