Redox-prosessin ja puuttuvien tekijöiden määritelmä

Candela Rocío Barbisan | tammikuu 2022
Kemian insinööri

Jokainen redox-prosessi sisältää kaksi klassista reaktiota: pelkistys ja hapetus. Pelkistymisessä yksi laji pystyy alentamaan hapetusastettaan johtuen siitä, että se pystyy vastaanottamaan elektroneja toisesta lajista. Hapetuksessa laji pystyy luovuttamaan elektroneja ja siten lisäämään hapetusastettaan.

Tarkastellaan seuraavaa esimerkkiä ongelman selventämiseksi:

ei_(s) → Na+_(ac)+1e^-

Cl_{2 g)}+2e^- → 2Cl^-_(ac)

Havaitsemme kaksi reaktiota, joista ensimmäinen on hapetusreaktio, jossa natrium lisää hapetustilaansa ja muuttuu varautuneeksi lajiksi (kationiksi) menetettyään elektroni. Sen sijaan molekyylinen kloori alentaa hapetusastettaan saamalla elektronin. Jokaista niistä kutsutaan puolireaktioksi tai puolireaktioksi, koska täydellinen reaktio tapahtuu, kun molemmat tapahtuvat samanaikaisesti, ja se olisi seuraava:

2Na_(s)+Cl_{2 g)}+2e^- → 2Na⁺_(ac)+2e^-+ 2Cl^-_(ac)

Hapettavat ja pelkistävät aineet

Redox-prosessissa on kaksi välissä olevaa ainetta: hapetin ja pelkistin. Pelkistetty laji pystyy synnyttämään toisen lajin hapettumisen, joten sitä kutsutaan hapettavaksi aineeksi. Vaikka hapettuva laji pystyy edistämään toisen lajin pelkistystä, sitä tästä syystä kutsutaan pelkistimeksi.

Jos näemme yllä olevan tapauksen, natrium nosti hapetusasteensa 0:sta +1:een, joten se hapettui, niin Na on pelkistävä aine. Cl: n tapauksessa₂, pelkistettiin saamalla elektroneja, se meni hapetusasteesta 0 arvoon -1, joten se on hapettava aine.

Näitä reaktioita hyödynnetään teollisesti sähkökemiallisissa kennoissa. Syötät niihin a sähkövirta joka mahdollistaa elektronien virtauksen piirin läpi ja siksi voi tapahtua redox-reaktio. Jos tapahtuva redox-reaktio on spontaani, niin se solu se ei ole muuta kuin kasa, kuten ne, jotka tunnemme kodeistamme. Jos solussa tapahtuu redox-prosessi, spontaanieli virtaa käytetään muodostamaan tiettyyn suuntaan reaktio, jonka kennoyksikkö tunnetaan elektrolyyttisenä.

Tämä tekee meistä ajatella redox-prosessit on ymmärrettävä kattavasti. Tätä varten tutkimme kuinka sen spontaanisuus on. Kun reaktio tapahtuu luonnollisesti, ilman tarvetta muodostaa tiettyä sen tapahtumiseen tarvittavaa virtaa, redox-prosessi on spontaani. Näin on seuraavan prosessin tapauksessa:

2Ag⁺_(ac)+ Cu_(s) → Cu⁺²_(ac)+ 2Ag_(s)

Tässä tapauksessa, jos arkki metalli- kiinteää kuparia sisällä a ratkaisu jotka sisältävät Ag+-ioneja (hopeakationeja), saavuttaessaan Saldo, havaitaan, että kuparilevyssä on valkeahko pinnoite, joka on sen pinnalla olevan kiinteän hopeakerrostuman tuote.

Tätä tarkkaillen ymmärrämme, että Ag⁺ (hopeakationi) pelkistyy kiinteäksi hopeaksi, joten se on hapettava aine. Kiinteä kupari on pelkistävä aine, joka hapettuu Cu+ -lajeihin, joita löytyy liuoksesta. Sitten ajan myötä hopeakationien läsnäolo liuoksessa vähenee ja Cu+2-kationien pitoisuus kasvaa. Tämä tapahtuu tässä mielessä, koska spontaani redox-prosessi on tapahtunut.

Nyt, jos samaan kuparilevyyn koe aiemmin upotamme sen liuokseen, joka sisältää sinkki-ioneja (hopea-ionien sijaan), emme havaitse kiinteitä kerrostumia kuparilevylle ja Cu-ionien pitoisuuksia⁺² liuoksessa ja Zn⁺² liuoksessa eivät vaihtele. Tämä johtuu siitä, että tietty sähkökemiallisen kennon läpi kiertävä virta vaaditaan, jotta reaktio tapahtuisi tähän suuntaan.

Joten, yhteenvetona edellä mainituista tapauksista, Cu: n ja Ag: n välinen reaktio⁺ voidaan suorittaa solussa, kun taas Cu: n ja Zn: n välinen reaktio⁺² kiinteän Zn: n tuottamiseksi se tulisi suorittaa elektrolyyttikennossa.