Визначення окислювально-відновного процесу та агентів, що втручаються

Кандела Росіо Барбісан | Січ 2022
Інженер-хімік

Кожен окислювально-відновний процес включає дві класичні реакції: відновлення і окислення. При відновленні один вид здатний знижувати ступінь окислення за рахунок того, що він здатний приймати електрони від іншого виду. Під час окислення вид здатний віддавати електрони і таким чином підвищувати свій ступінь окислення.

Давайте розглянемо наступний приклад, щоб прояснити проблему:

немає_(s) → Na+_(ac)+1e^-

кл_{2 г)}+2e^- → 2Cl^-_(ac)

Ми спостерігаємо дві реакції, перша – реакція окислення, коли натрій збільшує ступінь окислення, перетворюючись на заряджений вид (катіон) після втрати електрон. Натомість молекулярний хлор знижує ступінь окислення, залучаючи електрон. Кожна з них називається напівреакцією або напівреакцією, оскільки повна реакція відбувається, коли обидві відбуваються одночасно, і буде наступним:

2Na_(s)+Кл_{2 г)}+2e^- → 2Na⁺_(ac)+2e^-+ 2 кл^-_(ac)

Окислювачі та відновники

У окислювально-відновному процесі є два проміжних агента: окислювач і відновник. Вид, що відновлюється, здатний генерувати окислення іншого виду, тому його називають окислювачем. У той час як вид, що окислюється, здатний сприяти відновленню іншого виду, з цієї причини його називають відновником.

Якщо ми бачимо наведений вище випадок, то натрій підвищив ступінь окислення від 0 до +1, отже, він окисився, то Na є відновником. У випадку Cl₂, відновлювався за рахунок набуття електронів, він перейшов від ступеня окислення 0 до -1, тому є окислювачем.

Ці реакції промислово використовуються в електрохімічних елементах. У них ви вводите a електричний струм що забезпечує протікання електронів через ланцюг і, отже, може відбуватися окисно-відновна реакція. Якщо окисно-відновна реакція, що відбувається, є спонтанною, то це клітинка це не що інше, як купа, подібна до тих, які ми знаємо з наших домівок. Тепер, якщо в клітині відбувається окислювально-відновний процес, спонтанний, тобто струм використовується для формування в певному напрямку реакції, яку елемент клітини називають електролітичною.

Це робить нас думати що необхідно всебічно розуміти окислювально-відновні процеси. Для цього ми вивчимо, як відбувається його спонтанність. Коли реакція відбувається природно, без необхідності утворення певного струму, необхідного для її виникнення, окислювально-відновний процес є спонтанним. Таким є випадок наступного процесу:

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

У цьому випадку, якщо аркуш с метал тверда мідь всередині а рішення містять іони Ag+ (катіони срібла), при досягненні Баланс, спостерігається, що мідний лист має білуватий наліт, продукт твердого нальоту срібла на його поверхні.

Спостерігаючи за цим, ми розуміємо, що Ag⁺ (катіон срібла) відновлюється до твердого срібла, отже, є окислювачем. Тоді як тверда мідь є відновником, який окислюється до видів Cu+, які будуть знайдені в розчині. Потім з плином часу присутність катіонів срібла в розчині зменшується, а концентрація катіонів Cu+2 зростає. Це відбувається в цьому сенсі, оскільки відбувся спонтанний окислювально-відновний процес.

Тепер, якщо до того ж мідного листа експеримент попередньо ми занурюємо його в розчин, який містить іони цинку (замість іонів срібла), ми не будемо спостерігати твердих відкладень на мідному листі та концентрації іонів Cu⁺² в розчині і Zn⁺² в розчині не змінюються. Це тому, що певний струм, що циркулює через електрохімічну комірку, необхідний для того, щоб реакція проходила в цьому напрямку.

Отже, підсумовуючи наведені вище випадки, реакція між Cu і Ag⁺ можна було б проводити в комірці, тоді як реакція між Cu і Zn⁺² для отримання твердого Zn його слід проводити в електролітичній комірці.