A redox folyamat és a beavatkozó ágensek meghatározása

Candela Rocío Barbisan | jan. 2022
Vegyészmérnök

Minden redox folyamat két klasszikus reakciót foglal magában: redukciót és oxidációt. A redukció során az egyik faj képes csökkenteni az oxidációs állapotát annak köszönhetően, hogy egy másik fajtól képes elektronokat fogadni. Az oxidáció során egy faj képes elektronokat adni, és ezzel növelni oxidációs állapotát.

Nézzük a következő példát a probléma tisztázására:

nem_(s) → Na+_(ac)+1e^-

Cl_{2 g)}+2e^- → 2Cl^-_(ac)

Két reakciót figyelünk meg, az első egy oxidációs reakció, ahol a nátrium megnöveli oxidációs állapotát, és töltéssel (kation) válik, miután elveszít elektron. Ehelyett a molekuláris klór csökkenti az oxidációs állapotát azáltal, hogy egy elektront nyer. Mindegyiket félreakciónak vagy félreakciónak nevezzük, mivel a teljes reakció akkor következik be, ha mindkettő egyidejűleg megy végbe, és a következő lenne:

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

Oxidáló és redukálószerek

A redox folyamatban két közbeavatkozó anyag van: az oxidálószer és a redukálószer. A redukált faj egy másik faj oxidációját képes előidézni, ezért oxidálószernek nevezzük. Míg az oxidált faj képes elősegíteni egy másik faj redukcióját, ezért ezt redukálószernek nevezik.

Ha a fenti esetet látjuk, a nátrium 0-ról +1-re növelte az oxidációs állapotát, tehát oxidálódott, akkor a Na redukálószer. Cl esetében₂, elektronok nyerésével redukálódott, 0 oxidációs állapotról -1-re ment, tehát oxidálószer.

Ezeket a reakciókat iparilag hasznosítják elektrokémiai cellákban. Ezekbe beírod a elektromos áram amely lehetővé teszi az elektronok áramlását az áramkörön keresztül, és ezáltal redox reakció léphet fel. Ha a fellépő redox reakció spontán, akkor az sejt ez nem más, mint egy kupac, mint amilyeneket otthonunkból ismerünk. Most, ha redox folyamat megy végbe a sejtben, spontán, vagyis az áramot arra használják, hogy egy bizonyos irányban alakítsák ki azt a reakciót, amelyet a cellaegység elektrolitikusnak nevezünk.

Ez tesz minket gondol hogy szükséges a redox folyamatok átfogó megértése. Ehhez megvizsgáljuk, hogyan működik a spontanitása. Ha egy reakció természetes módon megy végbe, anélkül, hogy a bekövetkezéséhez szükséges bizonyos áramot kellene kialakítani, a redox folyamat spontán. Ilyen a következő folyamat:

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

Ebben az esetben, ha egy lap a fém tömör réz belsejében a megoldás amely Ag+ ionokat (ezüstkationokat) tartalmaz, elérve a Egyensúly, megfigyelhető, hogy a rézlemezen fehéres bevonat van, ami a felületén lerakódott szilárd ezüst lerakódás eredménye.

Ezt megfigyelve megértjük, hogy Ag⁺ (ezüstkation) szilárd ezüstté redukálódik, ezért oxidálószer. Míg a szilárd réz redukálószer, amely oxidálódik az oldatban található Cu+-fajtákká. Ezután az idő múlásával az ezüstkationok jelenléte az oldatban csökken, és a Cu+2 kationok koncentrációja nő. Ez ebben az értelemben történik, mivel spontán redox folyamat ment végbe.

Most, ha ugyanarra a rézlapra kísérlet előzőleg cinkionokat tartalmazó oldatba merítjük (ezüstionok helyett) nem figyelünk meg szilárd lerakódásokat a rézlemezen és a rézionok koncentrációját⁺² oldatban és Zn⁺² oldatban ne változzon. Ennek az az oka, hogy az elektrokémiai cellán keresztül keringő bizonyos áram szükséges ahhoz, hogy a reakció ebben az irányban lejátszódjon.

Tehát a fenti eseteket összefoglalva a Cu és az Ag reakciója⁺ sejtben is végrehajtható, míg a Cu és Zn közötti reakció⁺² szilárd Zn előállításához elektrolitikus cellában kell végrehajtani.