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.
Oxidációsfok-számítási szabályok:
• Alapszabályok (elektronpár megosztás a Pauling-féle elektronegativitások (EN) szerint):
Egyszerű (bináris) ionos kötésű
vegyületekre
Pl.: NaCl Na
+Cl
-EN ( EN>1,5) 0,9 3,0 Oxidációs fok +1 -1
Poláris kovalens
kötés(ek) esetén Pl.: HCl H
Cl
EN ( EN=0,9 <1,5) 2,1 3,0 Oxidációs fok +1 -1 Azonos atomok
közti kovalens kötés esetén (elemekre 0)
Pl.: Cl
2, Cl-Cl Cl Cl
EN ( EN=0) 3,0 3,0
Oxidációs fok 0 0
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.
Oxidációsfok-számítási szabályok:
• Az oxidációs számok összege:
• Pl.1: HClO
4, ox. fok(Cl)=?
• +1+x(Cl)+4(-2)=0, x(Cl)=+7
• Pl.2: [SO
4]
2-, ox. fok(S)=?
• x(S)+4(-2)=-2, x(S)=+6
1
1
( . ) ( ) 0,
( . ) ( ) ,
n
i i
i n
i i
i
ox fok össztételi index semleges vegyületre ox fok össztételi index iontöltés összetett ionra
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
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)
Redox-egyenletek rendezése:
a) (fél)részreakciók módszerével
• CuSO
4(aq)+ Fe
(sz)= FeSO
4(aq)+ Cu
(sz)Cu
2+(aq)+SO
42-(aq)+Fe
(sz)= Fe
2+(aq)+SO
42-(aq)+Cu
(sz)+2 0 +2 0
Cu
2+(aq)+ Fe
(sz)= Fe
2+(aq)+ Cu
(sz)+2 0 +2 0
Részreakciók módszere (elektronszámváltozások számbavételével:
Cu
2+(aq)+ 2 e
-= Cu
(sz): 2 e
--os redukciós részfolyamat Fe
(sz)= Fe
2+(aq)+ 2 e
-: 2 e
--os oxidációs részfolyamat A részreakciókat itt az elektronok megmaradásához 1:1
arányban kell összeadni.
Redox-egyenletek rendezése:
a) (fél)részreakciók módszerével
• HCl
(aq)+ Zn
(sz)↔ ZnCl
2(aq)+ H
2(g)H
+(aq)+ Cl
-(aq)+ Zn
(sz)↔ Zn
2+(aq)+ 2 Cl
-(aq)+ H
2(g)+1 0 +2 0
H
+(aq)+ Zn
(sz)↔ Zn
2+(aq)+ H
2(g)+1 0 +2 0
Részreakciók módszere (elektronszámváltozások számbavételével):
H
+(aq)+ e
-= 0,5 H
2(g: 1 e
--os redukciós részfolyamat Zn
(sz)= Zn
2+(aq)+ 2 e
-: 2 e
--os oxidációs részfolyamat A részreakciókat itt az elektronok megmaradásához 2:1
arányban kell összeadni.
2H
+(aq)+ Zn
(sz)↔ Zn
2+(aq)+ H
2(g)Redox-egyenletek rendezése:
a) (fél)részreakciók módszerével
• MnO
4-(aq)+ Fe
2+(aq)↔ Mn
2+(aq)+ Fe
3+(aq)+7 +2 +2 +3
Részreakciók módszere (elektronszámváltozások számbavételével):
MnO
4-(aq)+ 5 e
-+ 8 H
+(aq)= Mn
2+(aq)+4 H
2O 5 e
--os redukciós részfolyamat
Fe
2+(aq)= Fe
3+(aq)+ e
-:
1 e
--os oxidációs részfolyamat
A részreakciókat az elektronok megmaradásához itt 1:5 arányban kell összeadni.
MnO
4-(aq)+5Fe
2+(aq)+8H
+(aq)= Mn
2+(aq)+5Fe
3+(aq)+4 H
2O
Redox-egyenletek rendezése:
b) az oxidációs számváltozások módszerével
• MnO4-(aq) + Fe2+(aq) ↔ Mn2+(aq) + Fe3+(aq) +7 +2 +2 +3 Oxidációs számváltozások:
ox.fok: -5 +1 (+5 -1)
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+)
