Reakcje redoks definicja i właściwości

Reakcje utleniania-redukcji (reakcje redoks, oksydacyjno-redukcyjne) to reakcje chemiczne, podczas których dochodzi od przeniesienia elektronów z jednego reagenta na drugi, co z kolei prowadzi do zmiany stopnia utlenienia niektórych atomów lub jonów biorących udział  w reakcji.

Stopień utlenienia pierwiastka jest to wartość, wyrażająca ile dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych zyskałby atom tego pierwiastka, gdyby wszystkie jego wiązana były jonowe. Wartość tą zapisuje się przy symbolu danego pierwiastka w indeksie górnym (np. Fe⁰). Pierwiastki w zależności od związku, w jakim występują, mogą posiadać różne stopnie utlenienia. Przy określaniu wartości stopnia utlenienia należy pamiętać o kilku zasadach:

– stopień utlenienia wolnego pierwiastka jest zawsze równy 0,

– suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki zawsze wynosi 0,

– stopień utlenienia jonu prostego i suma stopni utlenienia atomów wchodzących w skład jonu złożonego jest zawsze równa ładunkowi tego jonu,

– fluor we wszystkich związkach występuje na –I stopniu utlenienia,

– litowce i berylowce w związkach zawsze występują na odpowiednio I i II stopniu utlenienia,

– tlen w większość związków występuje na –II stopniu utlenienia (wyjątkami są nadtlenki i tlenek fluoru),

– wodór w większości związków występuje na I stopniu utlenienia (wyjątkiem są m.in. wodorki i metan).

Podczas reakcji redoks zachodzą dwa uzupełniające się procesy – redukcja, czyli pobieranie elektronów (obniżenie stopnia utlenienia) oraz utlenienie, czyli oddawanie elektronów (podwyższenie stopnia utlenienia). Każdej reakcji utlenienia towarzyszy reakcja redukcji i odwrotnie.

Przykładem reakcji redoks jest:

2FeCl₃ + H₂S → 2FeCl + S + 2HCl

Każdą z reakcji da się rozpisać na tzw. równania połówkowe, które obrazują ruch elektronów pomiędzy atomami reagentów:

Fe^III + e^- → Fe^II (redukcja żelaza z III na II stopień utlenienia)

S^-II → S⁰ + 2e^- (utlenienie siarki z -II na 0 stopień utlenienia)

Równania połówkowe należy zapisać tak, aby sumy stopni utlenienia były po obu stornach sobie równe - robi się to przez dopisanie po odpowiedniej stronie równania odpowiedniej liczny elektronów (e^-).

Reagent, który przyjmuje elektrony (jest akceptorem elektronów) nazywany jest utleniaczem, natomiast ten oddający (będący donorem elektronów) określany jest reduktorem.

Nietypowymi reakcjami redoks są reakcje dysproporcjonowania oraz synproporcjonowania. W pierwszym przypadku część atomów tego samego pierwiastka ulega redukcji a część utlenieniu. W drugim przypadku, atomy tego samego pierwiastka, występujące w substratach na różnych stopniach utlenienia ulegają utlenieniu i redukcji do jednego. Przykładami tych reakcji są:

Cl⁰₂ + H₂O → HCl^-I + HCl^IO - dysproporcjonowanie

H₂S^VIO₄ + S⁰ → 3S^IVO₂ + 2H₂O - synproporcjonowanie