redoks reakcije - zoak.fkit.hrzoak.fkit.hr/nastava/pred_oiak/seminar 04., kemijske reakcije... ·...

Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu

Seminar 04

KEMIJSKE REAKCIJEREDOKS REAKCIJE

dr. sc. Biserka Tkalčecdr. sc. Lidija Furač

KEMIJSKE REAKCIJE

Kemijska reakcija: promjena kemijskihsvojstava tvari koje međusobno reagiraju, npr.:

Na (metal) + Cl2 (otrovni plin) NaCl, sol (jestiva, kuhinjska)

Jednadžba kemijske reakcije: prikazkemijske reakcije:

2 Na (s) + Cl2 (g) 2 NaCl (s)

KEMIJSKE REAKCIJE

REAKTANTI PRODUKTI

2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2

STEHIOMETRIJSKI KOEFICIJENTI

SIMBOLI I FORMULE

KEMIJSKE REAKCIJE

Ispravni prikaz kemijske reakcije mora zadovoljitisljedeće uvjete:

a) materijalnu bilancu (stalnost broja atoma pojedinog elementau kemijskoj reakciji)

b) bilancu naboja ( stalnost ukupnog naboja; zbroj nabojnih brojevareaktanata = zbroju nabojnih brojeva produkata)

c) bilancu oksidacijskih brojeva ( stalnost zbroja oksidacijskihbrojeva, tj. zbroj oksidacijskih brojeva reaktanatamora biti jednak zbroju oksidacijskih brojevaprodukata)

KEMIJSKE REAKCIJEPrimjeri uvjeta a), b) i c) :

2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2a)

N (Na) = 2 x 1= 2N (H) = 2 x 2 = 4N (O) = 2 x 1 = 2

N (Na) = 2 x 1= 2N (H) = 2 x 1 + 1 x 2 = 4N (O) = 2 x 1 = 2

b) MnO4-+ 5 Fe2++ 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O

1 X (-1) + 5 x (+2) + 8 x (+1) = (+17) 1 X (+2) + 5 x (+3) + 4 x 0 = (+17)

c) 2 Na + 2 H2O0 I (-II)

2 NaOH + H2

2 x 0 + 2 x 2 x (I) + 2 x (-II) = 0 2 x (I) + 2 x (-II) + 2 x (I) + 2 x 0 = 0

I (–II) I 0

KEMIJSKE REAKCIJE

Vrste reakcija

1. REDOKS REAKCIJE : promjena oksidacijskog broja pojedinih atoma

u reaktantima i produktima zbog a) izmjene elektrona (e-) ili zbog

b) premiještanja atoma i preraspodjele gustoće elektronskog oblaka u atomima molekula:

2. KOMPLEKSNE REAKCIJE : Reakcije nastajanja i raspada kompleksnih spojeva : izmjena liganda odnosno

promjena koordinacijskog broja:

0 (-II) I I (–II) (-III) I I I (-II)

b) P4 + 3 OH- + 3 H2O PH3 + 3 H2PO2- kovalentni spojevi

a) 2 Na + Cl2 Na+Cl- ionski spojevi 0 0 I (-I)

[Cu(H2O)4]2+ + 4 NH3 [Cu(NH3)4]2

+ + 4 H2O

KEMIJSKE REAKCIJE

Protolitičke reakcije : dolazi do prijenosa protona (ion vodika):

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Reakcije taloženja i otapanja :

Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl (s)

3. REAKCIJE ASOCIJACIJE I DISOCIJACIJE: asocijacija i disocijacija

molekula, atoma ili iona, npr:

2 NO2 N2O4

KEMIJSKE REAKCIJE-REDOKS REAKCIJE-UVOD

1. ELEKTRONEGATIVNOST snaga (jakost)kojom atom nekog elementa privlači elektrone uKEMIJSKOJ VEZI . Iskazuje se brojčano relativnimjedinicama na skali od 0,7 (Fr, Cs) do 4 (F), tj.koeficijentom relativne elektronegativnosti,

Linus Pauling.

Veći koeficijent relativne elektronegativnostiatom jače privlači elektrone u KEMIJSKOJ VEZI .

(VAŽNO! RAZLIKOVATI od pojma elektronski afinitet,koji predstavlja energiju koja se oslobađa ako pojedinačni atomu plinovitom stanju primi jedan elektron.)


2. OKSIDACIJSKI BROJ (IUPAC) nekogelementa u bilo kojoj kemijskoj jedinki jest broj(elementarnih) naboja koji bi ostali napromatranom atomu, ako bi se elektronski parsvake veze koju taj atom stvara s atomom drugogelementa u toj kemijskoj jedinki, pripisaoelektronegativnijem od ta dva atoma.

ILI

OKSIDACIJSKI BROJ (stehimetrijska valencija) nekogelementa je razlika između broja elektrona nekog atoma unjegovu elementarnom stanju i broja elektrona koje je tajatom dao ili primio vežući se s atomima nekog drugogelementa u molekulu ili ion.


VRIJEDNOST OKSIDACIJSKOG BROJA

0 atom je u elementarnom stanju (neutralnom)

+ manjak elektrona u atomu ili manja gustoćaelektronskog oblaka oko jezgre atoma, s obzirom na broj elektrona ili gustoćuelektronskog oblaka u neutralnom atomu

- višak elektrona u atomu ili veća gustoćaelektronskog oblaka oko jezgre atoma, s obzirom na broj elektrona ili gustoćuelektronskog oblaka u neutralnom atomu


U kemijskim spojevima se oksidacijski broj piše odmah izaimena elementa, u okrugloj zagradi, npr., željezov(II)klorid, željezov(III) klorid.

U kemijskim jednadžbama koje prikazuju redoks reakcije,oksidacijski broj se piše iznad simbola elementa u formulispoja. Pozitivni oksidacijski broj se piše bez predznaka, anegativnom oksidacijskom broju ispred rimskog broja pišepredznak”-” .

Oksidacijski broj nekog elementa u bilo kojojkemijskoj jedinki ovisi o elektronegativnosti atomaelemenata koji grade tu kemijsku jedinku i određujese prema jednostavnim, dogovorenim pravilima.


1. Oksidacijski broj atoma (Cu, Fe) ili molekule uelementarnom stanju, bez obzira na složenostmolekule (H2, S8) je (0).

2. Oksidacijski broj vodika je uvijek (I), osim umetalnim hidridima u kojima je (-I), npr. LiH.

3. Oksidacijski broj kisika je uvijek (-II), osim uperoksidima u kojima je (-I), npr. H2O2 i usuperoksidima u kojima je (-1/2), npr. K2O. Uspojevima s najelektronegativnijim elementomfluorom je (II).

0 0

0

I (-I)

0

I (-I)

I (-1/2)


4. Oksidacijski broj svih jednoatomnih iona(gradivne čestice ionskih spojeva) jednak je nabojuiona (npr. u ionu Br- oksidacijski broj broma je (-I),a u ionu Cr3+ oksidacijski broj kroma je (III); npr. uspoju kalcijevom kloridu, (CaCl2), oksidacijski brojkalcija je (II) jer je kalcijev atom iz valentneljuske otpustio dva e-, pri čemu je nastao ionCa2+, dok je oksidacijski broj klora (-I) jer je svakiklorov atom u svoju valentnu ljusku primio pojedan e-, pri čemu su nastali ioni Cl-).

5. Zbroj oksidacijskih brojeva svih atoma uneutralnoj molekuli ili formulskoj jedinki morabiti jednak nula (HOCl, NaCl).

I (-II) I I -I


6. Zbroj oksidacijskih brojeva atoma u višeatomnimionima mora biti jednak naboju iona (npr., SO4

2-,sumpor je (VI), a kisik je (-II), pa slijedi da je:1 x (VI) + 4 x (-II) = 2-).

7. U kovalentnim spojevima oksidacijski broj nekogatoma jednak je zamišljenom naboju koji ostaje natom atomu kada se zajednički elektronski parovidodijele elektronegativnijem atomu (npr., PCl3 ,oksidacijski broj fosfora je (III), jer je njegov koef.elektroneg. 2,2; oksidacijski broj klora je (-I), jer jenjegov koef. elektroneg. 3,2).


8. Oksidacijski broj fluora (F) je uvijek (-I) jer jefluor najelektronegativniji element.

9. Oksidacijski broj alkalijskih elemenata je uvijek(I), a zemnoalkalijskih elemenata je uvijek (II).


NAJVEĆA VRIJEDNOST POZITIVNOG I NEGATIVNOG OKSIDACIJSKOG BROJA

1. NAJVEĆI POZITIVNI oksidacijski broj ELEMENATAGLAVNIH SKUPINA (1., 2., 13. – 18.) u PSE jednak jezadnjoj znamenci broja skupine u kojoj se elementnalazi (tj.: od skupine 13. – 18. = broj skupine – 10), tj. jednakje broju elektrona u vanjskoj ljusci atoma dotičnogelementa i NE MOŽE BITI VEĆI OD VIII (npr. XeO6

4-).(npr. klor je u 17. skupini PSE i u vanjskoj ljusci ima 7 elektrona,pa je njegov najveći pozitivni oksidacijski broj: 17 – 10 = VII)

NAPOMENA:

NAJVEĆI POZITIVNI oksidacijski broj PRIJELAZNIH ELEMENATA

- od 3. do 7. skupine jednak je broju skupine- od 8. – 11. skupine PSE se u periodama s lijeva na desno smanjuje, ali u

skupini odozgo prema dolje raste i NAJVIŠE je VIII. (npr. OsO4 Os(VIII), O(-II))- lantanoidima je u pravilu III- aktinoidima je od III do VI

VIII (-II)


2. NAJVEĆI NEGATIVNI oksidacijski broj ELEMENATAnekih GLAVNIH SKUPINA 14.(C, Si)-17.(osim F) u PSEdobije se tako, da se od zadnje znamenke brojaskupine u kojoj se element nalazi odbije broj 8, tj. dase od broja elektrona u vanjskoj ljusci atomadotičnog elementa odbije broj 8.

(npr., dušik je u 15. skupini PSE i u vanjskoj ljusci ima 5elektrona, pa je njegov najveći negativni oksidacijski broj:5 – 8 = –III).

NAJVEĆI BROJ ELEKTRONA U VANJSKOJ LJUSCI ATOMA ELEMENTA IZNOSI OSAM.


OKSIDACIJA :

uklanjanje elektrona (e-) s neutralnog atoma, npr.:

Na Na+ + e-; Na(0) Na(I)

ili iona, npr.: Fe2+ Fe3+ + e-; Fe(II) Fe(III)

ili smanjenje gustoće elektronskog oblaka oko jezgre atoma unutar molekule, npr. (nepotpuna jednadžba):

4 PH3 P4O10 + 4 x 8 e-; P(- III) P(V)

ili iona, npr. (nepotpuna jednadžba):

SO32- SO4

2- + 2 e-; S(IV) S(VI)

POSLJEDICA: POVEĆANJE OKSIDACIJSKOG BROJA ATOMA


REDUKCIJA :

dodavanje elektrona (e-) nekom neutralnom atomu, npr:

Cl2 + 2 e- 2 Cl-; Cl(0) Cl(-I)

ili monoatomnom ionu, npr.: Fe3+(aq) + e- Fe2+

(aq); Fe(III) Fe(II)

ili povećanje gustoće elektronskog oblaka oko jezgre atoma unutar molekule, npr. (nepotpuna jednadžba):

N2H4 + 2 x e- 2 NH3; N(- II) N(- III)

ili iona, npr. (nepotpuna jednadžba):

MnO4- + 3 e- MnO4

2-; Mn(VII) Mn(VI)

POSLJEDICA: SMANJENJE OKSIDACIJSKOG BROJA ATOMA

KEMIJSKE REAKCIJE - REDOKS REAKCIJE

REDOKS REAKCIJE su reakcije OKSIDACIJE iREDUKCIJE kod kojih dolazi do potpunog prijenosaelektrona (e-) s atoma manje elektronegativnosti naatom veće elektronegativnosti, pri čemu nastaju ionskispojevi, ili do djelomičnog prijenosa elektrona (e-), tako daje gustoća elektronskog oblaka veća oko jezgre atomaveće elektronegativnosti, a manja oko jezgre atomamanje elektronegativnosti, pri čemu nastaju kovalentnispojevi.

U OBA SE SLUČAJA MIJENJA OKSIDACIJSKI BROJATOMA

KEMIJSKE REAKCIJE – REDOKS REAKCIJE

JEDNADŽBA REDOKS REAKCIJE SE UVIJEK PIŠE KAO DA JE DOŠLO DO POTPUNOG PRIJELAZA ELEKTRONA

Redoslijed koraka pri rješavanju redoks jednadžbe:

1. Odrediti oksidacijske brojeve svih atoma u reaktantima i produktima (molekule, ioni, jedno- ili višeatomni elementi)

2. Utvrditi koja vrsta (vrste) se oksidira , a koja se reducira

3. Izjednačiti broj ukupno otpuštenih i broj ukupno primljenihelektrona (e-)

4. Kada se postignu ti uvjeti, stehiometrijski koeficijenti onih vrstakoje su promjenile oksidacijski broj NE SMIJE SE TIJEKOMDALJEG IZJEDNAČAVANJA jednadžbe MIJENJATI


Načini rješavanja redoks jednadžbi

a) PARCIJALNO rješavanje jednadžbe postavljanjempojedinačnih jednadžbi oksidacije i redukcije

MnO4-+ Fe2++ H+ Mn2+ + Fe3+ + H2O

Redukcija: MnO4-+ H+ + e- Mn2+ + H2O

VII -II

Oksidacija: Fe2+ - e- 5 Fe3+

II5

-II48

/ X 555

Sumarno: MnO4-+ 5 Fe2++ 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O


MnO4-+ Fe2++ H+ Mn2+ + Fe3+ + H2O

VII -II IIIII

+5 e-

5II

- e-/X 5

5 48

Fe2+ ... redukcijsko sredstvo, jer gubi e- i pritom se sam oksidira, a permanganat ion prima te elektrone i pritom se reducira

MnO4-... oksidacijsko sredstvo, jer “oduzima” e- željezovu(II) ionu i oksidira ga, a

sam se reducira

b) IZRAVNO rješavanje jednadžbe, bez pisanja pojedinačnihjednadžbi oksidacije i redukcije


- na kraju je potrebno !!!

provjeriti da li je izjednačen broj atoma pojedinih elemenata nalijevoj i desnoj strani

provjeriti da li je suma nabojnih brojeva reaktanata jednakasumi nabojnih brojeva produkata

Domaća zadaća1. M Sikirica: Stehiometrija

a) 4.1. – 4.8.; 4.9. ; 4.11.b), d), e); 4.12 g); 4.13 b), d), c), g), k), m), 4.15 f), h), m), o), t) i u) (sve ostale zadatke vježbati).

b) poglavlje III : pročitati str. 35 – 40.

2. I. Filipović: Opća i anorganska kemija

a) primjeri i zadatci: str. 471 primjer 1. i 2. ; str. 476. 8.7.1.-8.7.31.

b) pročitati i proučiti: poglavlje IV (str. 89 - 92)

KAKO BISTE USPJEŠNO SVLADALI RJEŠAVANJE REDOKS JEDNADŽBI,NEOPHODNO JE DA KONTINUIRANO VJEŽBATE IZRADU ZADATAKAPREMA GORNJEM POPISU.

redoks reakcije - zoak.fkit.hrzoak.fkit.hr/nastava/pred_oiak/seminar 04., kemijske reakcije... ·...

Documents