Skip to main content

I.4.1. Reacții redox. Oxidarea și reducerea. Numărul de oxidare

📚

Reacția redox este reacția care are loc cu transfer de electroni între reactanți.

📚

Oxidarea este procesul ce se petrece cu cedare de electroni, iar particula care se oxidează (cedează electroni) se numește reducător (agent reducător-AR).

📚

Reducerea este procesul ce se petrece cu acceptare de electroni, iar particula care se reduce (acceptă electroni) se numește oxidant (agent oxidant-AO).

📚

Procesul redox (de oxido-reducere) este un proces unitar, compus din cele două reacții (de oxidare a reducătorului și de reducere a oxidantului) îndreptate în sensuri contrare, în care numărul de electroni cedați de reducător este egal cu numărul de electroni primiți de către oxidant. Acest fapt stă la baza scrierii și echilibrului reacțiilor redox.

De exemplu, la arderea magneziului în oxigen avem următoarele reacții de oxido-reducere:



Deoarece magneziul cedează electroni, el este agent reducător (AR) și se oxidează.

Deoarece oxigenul acceptă electroni, el este agent oxidant (AO) și se reduce.

👀 Experiment:Arderea magneziului cu o flacără orbitoare

🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesori!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție! A nu se privi flacăra orbitoare de la arderea magneziului întrucât aceasta produce leziuni ale ochilor!

📚

Pentru a înțelege formarea compușilor chimici, în mod deosebit a celor covalenți, în care nu are loc un schimb real de electroni, s-a introdus noțiunea de număr de oxidare.

Acest număr ne arată starea de oxidare a unui element chimic într-un anumit compus chimic și permite stabilirea oxidanților și reducătorilor la toate substanțele ce participă în reacția redox.

📚

Numărul de oxidare (N.O.) reprezintă sarcina atribuită unui atom dintr-o substanță simplă sau compusă, ionică sau covalentă. De obicei, N.O. se exprimă printr-un număr întreg, pozitiv sau negativ sau zero.

📚

Numărul de oxidare indică numărul de electroni cedați sau acceptați (în mod real la formarea substanțelor ionice sau imaginar pentru substanțele covalente). Deci, prin număr de oxidare (N.O.) se înțelege acea sarcină pe care ar avea-o un atom dintr-o moleculă, dacă molecula ar fi constituită numai din ioni.

📚

Pentru stabilirea numerelor de oxidare (N.O.) ale atomilor din compușii anorganici se procedează astfel:

  • N.O. al elementelor dintr-o substanță elementară este egal cu 0. De exemplu, aluminiul are N.O. = 0, oxigenul din molecula biatomică are N.O. = 0 etc.

  • N.O. al ionilor monoatomici este egal cu sarcina ionului. De exemplu, ionul de calciu, Ca+2 are N.O.= +2.

  • În compușii covalenți binari elementul cu electronegativitate mai mare are N.O. negativ.

F > O > Cl > N > Br > S > I > C > H

De exemplu, în dioxidul de sulf, SO2: S are N.O. = +4 și O are N.O. = -2.

  • Oxigenul are N.O. = -2. Avem următoarele excepții:
    • apa oxigenată și peroxizi în care O are N.O. = -1. De exemplu, în apa oxigenată (peroxidul de hidrogen), H2O2, avem O22-, deoarece se consideră că atomul de oxigen are numărul de oxidare -1.
    • în superoxizi, (O2-), oxigenul are N.O. = -1/2, deoarece această grupare are o sarcină negativă egală cu -1. Sarcina ionului superoxid de -1 este împărțită în mod egal între cei doi atomi de oxigen.
    • oxigenul în prezența fluorului (F este mai electronegativ decât O), în care oxigenul are N.O. = +1 sau +2. De exemplu, în difluorura de oxigen (OF2), oxigenul are N.O. = +2, iar în difluorura de dioxigen (O2F2), oxigenul are N.O. = +1.

  • Hidrogenul are N.O. = +1. Excepție avem la H la hidrurile metalice în care are N.O. = -1. . De exemplu, în hidrura de sodiu (NaH), sodiul cedează un electron având N.O. = +1, iar hidrogenul primește acest electron având N.O. = -1.

  • Într-un ion poliatomic suma N.O. ale atomilor este egală cu sarcina ionului. De exemplu, în ionul dicromat Cr2O7-2, avem: 2 ∙ (+6) + 7 ∙(-2) = -2, astfel N.O. ion dicromat = -2.

  • Suma N.O. ale atomilor dintr-un compus neutru (ionic sau covalent) este 0. De exemplu, în apă, H2O, avem : 2 ∙ (+1) + 1 ∙(-2) = 0.

📚

După ce am clarificat cum stabilim numerele de oxidare ale atomilor, să studiem numerele de oxidare ale atomilor care participă la reacția oxidului de cupru II cu acidul clorhidric:



Observăm că această reacție are loc fără schimbarea N.O. ale atomilor participanți (din reactanți, respectiv produși de reacție).

👀 Experiment: Reacția dintre oxidul cupric și acidul clorhidric

🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesori!
🔥 Atenție! Acidul clorhidric este caustic!

Materiale necesare:
Eprubetă, acid clorhidric, oxid de cupru II, pipetă.


Descrierea experimentului:

  • Pune în eprubetă puțină pulbere neagră de oxid cupric și adaugă câteva picături de acid clorhidric.
  • Ce observi ?

    Soluția obținută are culoare verde.


Concluzia experimentului:
Oxidul cupru II – CuO reacționează cu acidul clorhidric - HCl și se transformă în clorură de cupru II - CuCl2 și apă. Este o reacție de schimb, deoarece avem ca reactanți două substanțe compuse, iar ca produși avem tot două substanțe compuse:

CuO + 2 HCl = CuCl2 + H2O

📚

Să studiem numerele de oxidare ale atomilor care participă la reacția zincului cu azotatul de plumb:



Observăm că această reacție are loc cu schimbarea N.O. ale zincului și plumbului. Ionul azotat își păstrează același N.O.

👀 Experiment: Reacția zincului cu azotatul de plumb

🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesor!
🔥 Atenție! Azotatul de plumb este toxic !

Materiale necesare:
Pahar Berzelius, spatulă, cui zincat, soluție de azotat de plumb.


Descrierea experimentului:

  • Pune în paharul Berzelius cuiul zincat.
  • Toarnă peste sârmă soluție de azotat de plumb. Reacție lentă. Așteaptă mai mult timp până are loc reacția.
  • Ce observi ?

    Pe cuiul zincat se depune un metal gri-închis.


Concluzia experimentului:
Reacția zincului cu azotatul de plumb - Pb(NO3)2, decurge cu formare de azotat de zinc – Zn(NO3)2 și plumb – Pb. Este o reacție de substituție, deoarece avem ca reactanți o substanță simplă și una compusă, iar ca produși avem tot o substanță simplă și una compusă:

Zn + Pb(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Pb ↓

📚

În concluzie, unele reacții chimice au loc fără schimbarea numerelor de oxidare, iar altele au loc cu schimbarea numerelor de oxidare.

Reacțiile chimice care au loc cu schimbarea N.O. ale atomilor reactanților se numesc reacții de oxido-reducere sau reacții redox.