REACTII REDOX

REACTII REDOX

Reactiile redox sau de oxido-reducere sunt transformari ale substantelor in care se produce un transfer de electroni intre particulele reactante. Un exemplu de reactie redox este reactia dintre sodiul metalic si clorul gazos:

2Na(s) + Cl₂(g) = 2NaCl(s) (9.1)

In cursul reactiei, atomii de sodiu cedeaza electroni, rezultand ioni de Na⁺:

Na = Na⁺ + e^- (9.2)

In acelasi timp, moleculele de clor accepta electronii disponibilizati, transformandu-se in ioni de clorura:

Cl₂ + 2e^- = 2Cl^- (9.3)

Transformarea in care o specie chimica (atomi, ioni sau molecule) cedeaza electroni se numeste oxidare, iar transformarea care se produce prin acceptare de electroni se numeste reducere.

Ecuatia reactiei globale dintre sodiul metalic si clorul gazos (9.1) se obtine prin insumarea ecuatiei reactiei de oxidare a sodiului cu cea de reducere a clorului molecular. Prin urmare, intr-o reactie redox, unul dintre reactanti se oxideaza, iar altul se reduce. Reactantul care se oxideaza se numeste reducator, iar reactantul care se reduce se numeste oxidant. In reactia (9.1) sodiul este reducator, iar clorul - oxidant.

Pentru a caracteriza starea la care ajunge un element prin cedare sau acceptare de electroni a fost introdusa notiunea de numar de oxidare (stare de oxidare).

Numarul de oxidare al unui atom dintr-o substanta reprezinta sarcina electrica formala pe care ar avea-o atomul respectiv daca electronii ar fi atribuiti atomilor substantei respective in mod conventional.

Atribuirea arbitrara a electronilor speciilor atomice ale unei substante se face pe baza urmatoarelor reguli:

1. Numarul de oxidare al unui atom dintr-o substanta elementara este zero. De exemplu: in hidrogenul molecular, in fier, in sulf si in fosforul alb, numerele de oxidare, trecute deasupra simbolului elementului respectiv, sunt 0:

, , ,

2. Numarul de oxidare al unui element dintr-un ion simplu este egal cu sarcina electrica a acestuia. Astfel in clorura de potasiu, numarul de oxidare al potasiului va fi +1, iar al clorului -1, in clorura de calciu, numarul de oxidare al calciului va fi +2, iar al clorului -1, in dioxidul de plumb, numarul de oxidare al plumbului va fi +4, iar al oxigenului -2:

+1 -1 +2 -1 +4 -2

KCl, CaCl₂, PbO₂

3. Numarul de oxidare al unui atom dintr-un compus covalent este egal cu sarcina care ramane atomului atunci cand fiecare pereche de electroni participanta la legaturi chimice este atribuita elementului mai electronegativ.

In combinatie cu nemetalele, hidrogenul are starea de oxidare +1. De exemplu, in hidrogenul sulfurat, amoniac, apa, acid clorhidric:

+1 -2 -3 +1 +1 -2 +1 -1

H₂S, NH₃, H₂O, HCl

In combinatiile cu metalele, hidrogenul are starea de oxidare -1, de exemplu, in hidrura de litiu, hidrogenul are starea de oxidare -1, iar litiul +1.

Oxigenul, in combinatiile sale, are starea de oxidare -2, intrucat este unul dintre cele mai electronegative elemente. Ca exemple se dau trioxidul de sulf, ionul permanganat, trioxidul de dialuminiu:

+6 -2 +7 -2 +3 -2

SO₃, , Al₂O₃

Oxidarea nu se poate desfasura independent de reducere. Intotdeauna, electronii cedati intr-un proces de oxidare sunt implicati intr-un proces de reducere. Prin urmare, orice proces de oxidare are loc concomitent cu un proces de reducere. De exemplu, reactia dintre oxidul de cupru (II) si hidrogen:

Stabilirea coeficientilor unei reactii redox

Consideram reactia redox dintre sulfatul de fier (II) si permanganatul de potasiu in mediu acid:

+7 +2 +2 +3

KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ = MnSO₄ + K₂SO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + H₂O (9.4)

Elementele care isi modifica starea de oxidare sunt manganul si fierul, astfel incat semireactiile de oxidare si reducere pot fi scrise astfel:

Numarul atomilor de fier trebuie sa fie par pentru ca ecuatia sa aiba coeficienti intregi. Pentru ca numarul de electroni cedati de fier sa fie egal cu numarul de electroni acceptati de mangan, prima semiecuatie se inmulteste cu 2, a doua cu 10. Inseamna ca KMnO₄ va avea coeficientul 2, FeSO₄ - 10, MnSO₄ - 2, iar Fe₂(SO₄)₃ - 1. Din bilantul atomilor de potasiu si oxigen, se obtin si coeficientii pentru K₂SO₄ - 1, H₂SO₄ - 8, H₂O - 8. Ecuatia scrisa cu coeficienti va fi:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O (9.5)

In aceasta reactie permanganatul de potasiu este oxidant, iar sulfatul de fier (II) este reducator. Reactiile redox de mai sus poate fi scrisa ionic:

+ 5Fe²⁺ + 8H⁺ = Mn²⁺ + Fe³⁺ + 8H₂O (9.6)

Reactia (9.2) poate fi descompusa in doua semireactii: una de reducere, alta de oxidare, prin a caror insumare rezulta procesul global.

+ 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 8H₂O (9.7)

5Fe²⁺ = 5Fe³⁺ + 5e^-

Generalizand, semireactiile pot fi scrise sub forma:

Ox₁ + me^- = Red₁ (9.8)

Red₂ = Ox₂ + ne^-

Perechile Ox₁/Red₁ si Red₂/Ox₁ sunt denumite cupluri redox.

PROBLEME PROPUSE

9.1. Se considera urmatoarele reactii chimice:

(I) CaO + 2HCl CaCl₂ + H₂O

(II) 2Mg + O₂ 2MgO

(III) Na₂CO₃ + 2HCl 2NaCl + H₂O + CO₂

(IV) 4HNO₃ + 3C 4NO + 3CO₂ + 2H₂O

(V) Ca + S CaS

Care dintre aceste reactii sunt redox?

a) II, IV si V; b) numai reactia IV; c) II si IV; d) I si III; e) III si IV.

9.2. Care sunt numerele de oxidare ale oxigenului in combinatiile: SO₂; H₂O₂; F₂O; Na₂O₂?

a)     

b)     

c)     

d)     

e)     

9.3. Indicati numerele de oxidare ale sulfului in urmatoarele substante: SOCl₂; SO₂; H₂SO₄; H₂S; SO₃.

a)     

b)     

c)     

d)     

e)     

9.4. In care dintre combinatiile urmatoare numarul de oxidare al sulfului este negativ: H₂SO₃; H₂SO₄; H₂S; FeS; SO₂?

a)      H₂SO₃ si SO₂;

b)      H₂SO₄ si SO₃;

c)      H₂SO₃ si H₂S;

d)      numai H₂S;

e)      H₂S si FeS.

9.5. Care dintre speciile chimice date mai jos contin acelasi element la stari de oxidare diferite: Al₄C₃; Cr₂O₃; Fe₃O₄; Fe₃[Fe(CN)₆]₂; Mn₂O₃?

a)      Numai Fe₃O₄;

b)      Al₄C₃ si Fe₃O₄;

c)      numai Fe₃[Fe(CN)₆]₂;

d)      Fe₃O₄ si Fe₃[Fe(CN)₆]₂;

e)      Cr₂O₃ si Mn₂O₃.

9.6. Numerele de oxidare ale azotului in combinatiile (NH₄)₂SO₄; NaNO₃; N₂O₅; KNO₂ si Mg₃N₂ sunt in ordine:

a)     

b)     

c)     

d)     

e)     

9.7. Care din urmatoarele reactii nu reprezinta un proces de oxido-reducere?

a)      Fe + S = FeS

b)      MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

c)      3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂

d)      Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2NaCl

e)      N₂ + 3H₂ = 2NH₃

9.8. Indicati care din urmatoarele ecuatii reprezinta o reactie de oxido-reducere:

a)      FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃ + 3NaCl

b)      2H₂ + O₂ = 2H₂O

c)      NH₃ + HCl = NH₄Cl

d)      SO₃ + H₂O = H₂SO₄

e)      CaCO₃ = CaO + CO₂

9.9. In care dintre compusii enumerati mai jos numarul de oxidare al carbonului este +4: CH₄; CF₄; CF₃-CF₃; CCl₄; CH₃OH?

a)      CF₃-CF₃; CF₄; CCl₄;

b)      CH₄; CF₄; CCl₄;

c)      CF₃-CF₃; CH₃OH;

d)      CF₃-CF₃; CH₃OH; CH₄;

e)      CF₄; CCl₄.

9.10. Se considera reactiile:

Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

H₂S + HClO = HCl + S + H₂O

Reactantii care indeplinesc rolul de oxidant sunt in ordine:

a)      Fe₂O₃; H₂O; O₂; H₂S;

b)      Fe₂O₃; Na; NH₃; HClO;

c)      Fe₂O₃; H₂O; O₂; HClO;

d)      Al; Na; NH₃; HClO;

e)      Fe₂O₃; H₂O; NH₃; HClO.

9.11. Care dintre urmatoarele afirmatii privind reactia:

Mg + 1/2O₂ MgO

este corecta?

a)      magneziul este agent oxidant;

b)      oxigenul este agent reducator;

c)      magneziul se reduce;

d)      oxigenul se oxideaza;

e)      magneziul se oxideaza.

9.12. Care dintre urmatoarele afirmatii privind reactia dintre dioxidul de mangan si acid clorhidric este corecta?

a)      manganul se oxideaza;

b)      reactia serveste pentru obtinerea oxigenului in laborator;

c)      clorul sufera un proces de oxidare;

d)      reactia amintita este de neutralizare;

e)      nici un element nu-si modifica numarul de oxidare in reactia amintita.

9.13. Se considera reactiile:

PbS + 4H₂O₂ = PbSO₄ + 4H₂O

2FeCl₃ + SnCl₂ = 2FeCl₂ + SnCl₄

H₂SO₃ + Cl₂ + H₂O = H₂SO₄ + 2HCl

H₂SO₄ + 8HI = 4I₂ + H₂S + 4H₂O

Reactantii care indeplinesc rolul de reducator sunt:

a)      PbS; SnCl₂; H₂SO₃; HI;

b)      PbS; SnCl₂; H₂SO₃; H₂SO₄;

c)      PbS; SnCl₂; Cl₂; HI;

d)      H₂O₂; FeCl₃; Cl₂; H₂SO₄;

e)      H₂O₂; FeCl₃; H₂SO₃; HI.

9.14. Coeficientii ecuatiei reactiei:

aKMnO₄ + bFeSO₄ + cH₂SO₄ = mK₂SO₄ + nFe₂(SO₄)₃ + pMnSO₄ + rH₂O

sunt in ordine:

a) 2; 10; 4; 1; 5; 1; 2;

b) 2; 5; 8; 1; 5; 2; 4;

c) 1; 10; 8; 1; 5; 1; 8;

d) 2; 10; 8; 1; 5; 2; 8;

e) 1; 5; 4; 1; 5; 1; 4.

9.15. Valorile coeficientilor ecuatiei reactiei:

mHI + nH₂SO₄ = xI₂ + yH₂S + zH₂O

sunt in ordine:

a) 4; 1; 2; 1; 2;

b) 8; 1; 4; 1; 4;

c) 2; 1; 1; 1; 1;

d) 8; 2; 4; 2; 4;

e) 4; 2; 4; 2; 2.