Ορισμός της διεργασίας οξειδοαναγωγής και των παρεμβατικών παραγόντων

Κάθε διεργασία οξειδοαναγωγής περιλαμβάνει δύο κλασικές αντιδράσεις: αναγωγή και οξείδωση. Σε αναγωγή, ένα είδος είναι σε θέση να μειώσει την κατάσταση οξείδωσης λόγω του γεγονότος ότι είναι σε θέση να δέχεται ηλεκτρόνια από ένα άλλο είδος. Στην οξείδωση, ένα είδος είναι σε θέση να δώσει ηλεκτρόνια και έτσι να αυξήσει την κατάσταση οξείδωσής του.

Ας δούμε το παρακάτω παράδειγμα για να διευκρινίσουμε το ζήτημα:

όχι_(μικρό) → Na+_{(μετα Χριστον)}+1ε^-

Cl_{2 g)}+2e^- → 2Cl^-_{(μετα Χριστον)}

Παρατηρούμε δύο αντιδράσεις, η πρώτη είναι μια αντίδραση οξείδωσης, όπου το νάτριο αυξάνει την κατάσταση οξείδωσής του και γίνεται φορτισμένο είδος (ένα κατιόν) αφού χάσει ένα

ηλεκτρόνιο. Αντίθετα, το μοριακό χλώριο μειώνει την κατάσταση οξείδωσής του κερδίζοντας ένα ηλεκτρόνιο. Κάθε μία από αυτές ονομάζεται ημι-αντιδράσεις ή ημι-αντιδράσεις, καθώς η πλήρης αντίδραση συμβαίνει όταν συμβαίνουν και οι δύο ταυτόχρονα και θα είναι η ακόλουθη:

2Να_(μικρό)+Cl_{2 g)}+2e^- → 2Να⁺_{(μετα Χριστον)}+2e^-+ 2Cl^-_{(μετα Χριστον)}

Οι οξειδωτικοί και αναγωγικοί παράγοντες

Υπάρχουν δύο παρεμβαίνοντες παράγοντες που είναι θεμελιώδεις στη διαδικασία οξειδοαναγωγής: το οξειδωτικό και ο μειωτής. Το είδος που ανάγεται είναι ικανό να προκαλέσει την οξείδωση ενός άλλου είδους, επομένως, ονομάζεται οξειδωτικός παράγοντας. Ενώ το είδος που οξειδώνεται είναι ικανό να προάγει τη μείωση ενός άλλου είδους, για το λόγο αυτό ονομάζεται αναγωγικός παράγοντας.

Αν δούμε την παραπάνω περίπτωση, το νάτριο αύξησε την κατάσταση οξείδωσής του από 0 σε +1, άρα, οξειδώθηκε, τότε το Na είναι αναγωγικός παράγοντας. Στην περίπτωση του Cl₂, μειώθηκε με την απόκτηση ηλεκτρονίων, πήγε από την κατάσταση οξείδωσης 0 σε -1, άρα είναι οξειδωτικός παράγοντας.

Αυτές οι αντιδράσεις αξιοποιούνται βιομηχανικά σε ηλεκτροχημικές κυψέλες. Σε αυτά, εισάγετε α ηλεκτρικό ρεύμα που επιτρέπει τη ροή ηλεκτρονίων μέσω ενός κυκλώματος και, επομένως, μπορεί να συμβεί μια αντίδραση οξειδοαναγωγής. Εάν η αντίδραση οξειδοαναγωγής που συμβαίνει είναι αυθόρμητη, τότε αυτό κύτταρο δεν είναι τίποτα άλλο από ένα σωρό σαν αυτούς που ξέρουμε από τα σπίτια μας. Τώρα, εάν συμβεί μια διεργασία οξειδοαναγωγής στο κελί, αυθόρμητος, δηλαδή, το ρεύμα χρησιμοποιείται για να σχηματίσει σε μια ορισμένη κατεύθυνση την αντίδραση που η μονάδα κυψέλης είναι γνωστή ως ηλεκτρολυτική.

Αυτό μας κάνει νομίζω ότι είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε πλήρως τις διαδικασίες οξειδοαναγωγής. Για αυτό θα μελετήσουμε πώς είναι ο αυθορμητισμός του. Όταν μια αντίδραση συμβαίνει φυσικά, χωρίς να χρειάζεται να σχηματιστεί ένα συγκεκριμένο ρεύμα που είναι απαραίτητο για να συμβεί, η διαδικασία οξειδοαναγωγής είναι αυθόρμητη. Αυτή είναι η περίπτωση της ακόλουθης διαδικασίας:

2Αγ⁺_{(μετα Χριστον)}+ Cu_(μικρό) → Cu⁺²_{(μετα Χριστον)}+ 2Αγ_(μικρό)

Στην περίπτωση αυτή, εάν ένα φύλλο του μέταλλο συμπαγής χαλκός μέσα α λύση που περιέχουν ιόντα Ag+ (κατιόντα αργύρου), όταν φτάσουν στο Ισορροπία, παρατηρείται ότι το φύλλο χαλκού έχει υπόλευκη επίστρωση, προϊόν της στερεάς απόθεσης αργύρου στην επιφάνειά του.

Παρατηρώντας αυτό καταλαβαίνουμε ότι ο Αγ⁺ (κατιόν αργύρου) ανάγεται σε στερεό άργυρο, επομένως, είναι οξειδωτικός παράγοντας. Ενώ, ο στερεός χαλκός είναι ένας αναγωγικός παράγοντας που οξειδώνεται στα είδη Cu+ που θα βρεθούν σε διάλυμα. Στη συνέχεια, με την πάροδο του χρόνου, η παρουσία κατιόντων αργύρου στο διάλυμα μειώνεται και η συγκέντρωση κατιόντων Cu+2 αυξάνεται. Αυτό συμβαίνει με αυτή την έννοια αφού έχει λάβει χώρα μια αυθόρμητη διεργασία οξειδοαναγωγής.

Τώρα, αν στο ίδιο φύλλο χαλκού του πείραμα προηγουμένως το βυθίζουμε σε διάλυμα που περιέχει ιόντα ψευδαργύρου (αντί για ιόντα αργύρου) δεν θα παρατηρήσουμε στερεές εναποθέσεις στο φύλλο χαλκού και τις συγκεντρώσεις ιόντων Cu⁺² σε διάλυμα και Zn⁺² σε λύση δεν διαφέρουν. Αυτό συμβαίνει επειδή απαιτείται ένα ορισμένο ρεύμα που κυκλοφορεί μέσω του ηλεκτροχημικού στοιχείου για να λάβει χώρα η αντίδραση προς αυτή την κατεύθυνση.

Συνοψίζοντας λοιπόν τις παραπάνω περιπτώσεις, η αντίδραση μεταξύ Cu και Αγ⁺ θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί σε κύτταρο, ενώ η αντίδραση μεταξύ Cu και Zn⁺² για την παραγωγή στερεού Zn θα πρέπει να πραγματοποιείται σε ηλεκτρολυτικό στοιχείο.

Θέματα στη διαδικασία οξειδοαναγωγής και παρεμβαίνοντες παράγοντες