Definicja procesu Redox i środków interwencyjnych

Candela Rocío Barbisan | Sty. 2022
Inżynier chemiczny

Każdy proces redoks obejmuje dwie klasyczne reakcje: redukcję i utlenianie. W redukcji jeden gatunek jest w stanie zredukować swój stopień utlenienia dzięki temu, że jest w stanie przyjąć elektrony z innego gatunku. W procesie utleniania gatunek jest w stanie oddawać elektrony, a tym samym zwiększać swój stopień utlenienia.

Spójrzmy na następujący przykład, aby wyjaśnić problem:

nie_(s) → Na+_(ac)+1e^-

Cl_2g)+2e^- → 2Cl^-_(ac)

Obserwujemy dwie reakcje, z których pierwszą jest reakcja utleniania, w której sód zwiększa swój stopień utlenienia, stając się naładowaną cząsteczką (kationem) po utracie elektron. Zamiast tego, chlor cząsteczkowy obniża swój stopień utlenienia, zyskując elektron. Każda z nich nazywana jest połówkową reakcją lub połówkową reakcją, ponieważ pełna reakcja zachodzi, gdy obie zachodzą jednocześnie i wyglądałaby następująco:

2Na_(s)+Cl_2g)+2e^- → 2Na⁺_(ac)+2e^-+ 2 Cl^-_(ac)

Czynniki utleniające i redukujące

Istnieją dwa czynniki interweniujące, które są fundamentalne w procesie redoks: utleniacz i reduktor. Zredukowany gatunek jest zdolny do generowania utleniania innego gatunku, dlatego nazywa się go środkiem utleniającym. Chociaż gatunek, który jest utleniony, jest zdolny do promowania redukcji innego gatunku, z tego powodu nazywany jest środkiem redukującym.

Jeśli widzimy powyższy przypadek, sód zwiększył swój stopień utlenienia z 0 do +1, czyli uległ utlenieniu, to Na jest reduktorem. W przypadku Cl₂, został zmniejszony przez zyskanie elektronów, przeszedł ze stanu utlenienia 0 do -1, więc jest środkiem utleniającym.

Reakcje te są wykorzystywane przemysłowo w ogniwach elektrochemicznych. W nich wpisujesz a prąd elektryczny co umożliwia przepływ elektronów przez obwód, a zatem może wystąpić reakcja redoks. Jeśli zachodząca reakcja redoks jest spontaniczna, to komórka to nic innego jak stos, taki jak te, które znamy z naszych domów. Teraz, jeśli w komórce zachodzi proces redoks, spontaniczny, to znaczy, że prąd jest używany do utworzenia w określonym kierunku reakcji jednostki ogniwa znanej jako elektrolityczna.

To sprawia, że… myśleć że konieczne jest kompleksowe zrozumienie procesów redoks. W tym celu przestudiujemy, jaka jest jego spontaniczność. Gdy reakcja zachodzi w sposób naturalny, bez konieczności wytworzenia pewnego prądu niezbędnego do jej zajścia, proces redoks jest spontaniczny. Tak jest w przypadku następującego procesu:

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

W takim przypadku, jeśli arkusz metal lita miedź wewnątrz a rozwiązanie zawierające jony Ag+ (kationy srebra), po osiągnięciu Balansowaćzauważono, że blacha miedziana ma białawą powłokę, będącą produktem osadu stałego srebra na jego powierzchni.

Obserwując to rozumiemy, że Ag⁺ (kation srebra) jest redukowany do stałego srebra, dlatego jest środkiem utleniającym. Natomiast miedź w stanie stałym jest środkiem redukującym, który utlenia się do form Cu+, które znajdą się w roztworze. Następnie wraz z upływem czasu zmniejsza się obecność kationów srebra w roztworze i wzrasta stężenie kationów Cu+2. Dzieje się tak w tym sensie, że miał miejsce spontaniczny proces redoks.

Teraz, jeśli do tej samej blachy miedzianej eksperyment wcześniej zanurzymy go w roztworze zawierającym jony cynku (zamiast jonów srebra) nie zaobserwujemy osadów stałych na blasze miedzianej i stężeń jonów Cu⁺² w roztworze i Zn⁺² w roztworze nie różnią się. Dzieje się tak, ponieważ pewien prąd krążący przez ogniwo elektrochemiczne jest wymagany, aby reakcja zaszła w tym kierunku.

Podsumowując powyższe przypadki, reakcja między Cu i Ag⁺ można przeprowadzić w ogniwie, podczas gdy reakcja Cu i Zn⁺² aby wytworzyć stały Zn należy to przeprowadzić w ogniwie elektrolitycznym.