Opredelitev redoks procesa in posrednikov

Candela Rocío Barbisan | Jan. 2022
Kemijski inženir

Vsak redoks proces vključuje dve klasični reakciji: redukcijo in oksidacijo. Pri redukciji je ena vrsta sposobna zmanjšati svoje oksidacijsko stanje zaradi dejstva, da je sposobna sprejemati elektrone druge vrste. Pri oksidaciji je vrsta sposobna darovati elektrone in tako povečati svoje oksidacijsko stanje.

Oglejmo si naslednji primer, da razjasnimo težavo:

št_(s) → Na+_(ac)+1e^-

Cl_{2 g)}+2e^- → 2Cl^-_(ac)

Opazujemo dve reakciji, prva je oksidacijska reakcija, kjer natrij poveča svoje oksidacijsko stanje in postane nabita vrsta (kation), potem ko izgubi elektron. Namesto tega molekularni klor zniža svoje oksidacijsko stanje tako, da pridobi elektron. Vsaka od njih se imenuje polovične reakcije ali polreakcije, saj se popolna reakcija pojavi, ko se obe pojavita hkrati in bi bila naslednja:

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

Oksidacijsko in redukcijsko sredstvo

Obstajata dve vmesni agensi, ki sta temeljni v redoks procesu: oksidant in reduktor. Reducirana vrsta je sposobna povzročiti oksidacijo druge vrste, zato se imenuje oksidant. Medtem ko je vrsta, ki je oksidirana, sposobna spodbujati redukcijo druge vrste, se zaradi tega imenuje redukcijsko sredstvo.

Če vidimo zgornji primer, je natrij povečal svoje oksidacijsko stanje z 0 na +1, torej je oksidiral, potem je Na redukcijsko sredstvo. V primeru Cl₂, se je zmanjšal s pridobivanjem elektronov, je prešel iz oksidacijskega stanja 0 v -1, torej je oksidant.

Te reakcije se industrijsko izkoriščajo v elektrokemičnih celicah. V njih vnesete a električni tok ki omogoča pretok elektronov skozi vezje in zato lahko pride do redoks reakcije. Če je redoks reakcija, ki se pojavi, spontana, potem to celica ni nič drugega kot kup, kakršne poznamo iz naših domov. Zdaj, če se v celici pojavi redoks proces, spontano, to pomeni, da se tok uporablja za tvorbo v določeni smeri reakcije, ki jo celična enota imenuje elektrolitična.

To nas naredi pomisli da je treba redoks procese razumeti celovito. Za to bomo preučili, kako je njena spontanost. Ko se reakcija pojavi naravno, brez potrebe po oblikovanju določenega toka, ki je potreben za nastanek, je redoks proces spontan. Tako je v primeru naslednjega postopka:

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

V tem primeru, če je list kovinski trdni baker v notranjosti a rešitev ki vsebujejo Ag+ ione (srebrove katione), ko dosežejo Ravnovesje, opazimo, da ima bakrena pločevina belkasto prevleko, produkt trdne usedline srebra na svoji površini.

Ob opazovanju tega razumemo, da je Ag⁺ (srebrov kation) se reducira v trdno srebro, zato je oksidant. Medtem ko je trdni baker redukcijsko sredstvo, ki oksidira v vrste Cu+, ki jih najdemo v raztopini. Nato se s časom prisotnost srebrovih kationov v raztopini zmanjša in koncentracija Cu+2 kationov se poveča. To se zgodi v tem smislu, ker je prišlo do spontanega redoks procesa.

Zdaj, če na isto bakreno pločevino eksperiment prej ga potopimo v raztopino, ki vsebuje cinkove ione (namesto srebrovih ionov) ne bomo opazili trdnih usedlin na bakreni pločevini in koncentracij Cu ionov⁺² v raztopini in Zn⁺² v raztopini se ne razlikujejo. To je zato, ker je za reakcijo v tej smeri potreben določen tok, ki kroži skozi elektrokemično celico.

Torej, če povzamemo zgornje primere, reakcija med Cu in Ag⁺ se lahko izvaja v celici, medtem ko reakcija med Cu in Zn⁺² za proizvodnjo trdnega Zn je treba izvesti v elektrolitski celici.