úvod
Keď do roztoku modrej skalice ponoríš železný klinec, pokryje sa červenkastou meďou. Železo pritom odovzdá elektróny meďnatým iónom. Takým reakciám, pri ktorých si atómy vymieňajú elektróny, hovoríme redoxné. V tejto lekcii sa naučíš, ako ich rovnice vyčísliť spoľahlivo a bez hádania: cez polreakcie. Celý postup ukazujem aj vo videu na začiatku lekcie.
teória
Oxidácia a redukcia
| dej | elektróny | oxidačné číslo |
|---|---|---|
| oxidácia | atóm elektróny odovzdáva | stúpa |
| redukcia | atóm elektróny prijíma | klesá |
Oba deje prebiehajú vždy naraz. Elektróny nemôžu len tak zmiznúť ani vzniknúť: koľko ich jeden prvok odovzdá, toľko ich iný prijme.
- Redukovadlo je látka, ktorá elektróny odovzdáva a iné látky tým redukuje. Sama sa pri tom oxiduje.
- Oxidovadlo je látka, ktorá elektróny berie a iné látky tým oxiduje. Sama sa pri tom redukuje.
Kto sa oxiduje a kto redukuje, prezradia oxidačné čísla. Prvok samotný má oxidačné číslo 0, vodík v zlúčeninách zvyčajne I, kyslík −II a súčet oxidačných čísel v zlúčenine je 0, v ióne sa rovná jeho náboju. Ak si ich chceš zopakovať, pozri lekciu Oxidačné číslo.
Pri horení sodíka v chlóre odovzdá každý atóm sodíka jeden elektrón a stane sa z neho katión Na⁺. Molekula chlóru prijme dva elektróny a vzniknú dva anióny Cl⁻. Sodík sa oxidoval, chlór sa redukoval a spolu vytvorili chlorid sodný.
teória
Čo je polreakcia
Redoxnú reakciu rozdelíme na dve časti. Polreakcia je zápis len oxidácie alebo len redukcie aj s elektrónmi:
- polreakcia oxidácie: Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻ (elektróny sú vpravo, zinok ich odovzdáva)
- polreakcia redukcie: Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu (elektróny sú vľavo, meď ich prijíma)
V každej polreakcii musia sedieť atómy aj náboj. Vľavo pri oxidácii zinku je náboj 0, vpravo 2+ a dva elektróny, spolu tiež 0.
Pri molekulových rovniciach píšeme polreakcie pre atómy prvku, ktorý mení oxidačné číslo. Oxidačné číslo sa vtedy správa ako náboj: N(V) + 3 e⁻ → N(II). V niektorých učebniciach nájdeš oxidáciu zapísanú aj s mínusom, Zn(0) − 2 e⁻ → Zn(II). Znamená to to isté, len elektróny sú na druhej strane.
krok za krokom
Postup vyčísľovania cez polreakcie
- Urči oxidačné čísla a nájdi prvok, ktorý sa oxiduje (číslo stúpa), a prvok, ktorý sa redukuje (číslo klesá).
- Napíš polreakciu oxidácie a vyčísli ju: najprv atómy, potom elektróny.
- Napíš polreakciu redukcie a vyčísli ju rovnako.
- Vyrovnaj elektróny. Nájdi najmenší spoločný násobok počtu odovzdaných a prijatých elektrónov a polreakcie ním vynásob.
- Sčítaj polreakcie. Elektróny sa vyrušia.
- Prenes koeficienty do celej rovnice, dovyčísli ostatné atómy (vodík a kyslík nakoniec) a skontroluj atómy aj náboj.
Príklad 1: horčík a kyslík
Mg + O₂ → MgO
- oxidácia: Mg(0) → Mg(II) + 2 e⁻
- redukcia: O₂(0) + 4 e⁻ → 2 O(−II), molekula kyslíka má dva atómy a každý prijme dva elektróny
Oxidácia odovzdáva 2 elektróny, redukcia prijíma 4. Najmenší spoločný násobok je 4, preto oxidáciu vynásobíme dvoma a redukciu jednou. Dva atómy horčíka a jedna molekula kyslíka dajú dve jednotky MgO:
2 Mg + O₂ → 2 MgO
Príklad 2: meď a dusičnan strieborný
Cu + AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + Ag
- oxidácia: Cu(0) → Cu(II) + 2 e⁻
- redukcia: Ag(I) + e⁻ → Ag(0)
Meď odovzdá 2 elektróny, striebro prijme 1. Redukciu teda vynásobíme dvoma: na jeden atóm medi pripadajú dva atómy striebra.
Cu + 2 AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2 Ag
Túto reakciu si môžeš pozrieť v pokuse Strieborný strom: na medenom drôte rastú kryštáliky striebra a roztok modrie od meďnatých iónov.
Príklad 3: meď a zriedená kyselina dusičná
Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O
- oxidácia: Cu(0) → Cu(II) + 2 e⁻
- redukcia: N(V) + 3 e⁻ → N(II)
Najmenší spoločný násobok 2 a 3 je 6, teda 3 Cu a 2 NO. Pozor na kyselinu dusičnú, ktorá tu má dve úlohy. Dva jej atómy dusíka sa redukujú na NO, ďalších šesť ostane v 3 Cu(NO₃)₂ bez zmeny oxidačného čísla. Spolu treba 8 HNO₃ a z ich ôsmich atómov vodíka vzniknú 4 H₂O:
3 Cu + 8 HNO₃ → 3 Cu(NO₃)₂ + 2 NO + 4 H₂O
Kontrola: Cu 3 = 3, H 8 = 8, N 8 = 6 + 2, O 24 = 18 + 2 + 4.
teória
Polreakcie v roztoku
V roztokoch reagujú ióny, preto sa redoxné reakcie často zapisujú iónovo. Na strednej škole sa naučíš písať polreakcie aj s molekulami vody a iónmi H⁺, ktoré sa v roztoku zúčastňujú reakcie.
Iónovú polreakciu v kyslom prostredí vyčísliš v štyroch krokoch:
- Vyrovnaj prvok, ktorý mení oxidačné číslo.
- Chýbajúci kyslík doplň molekulami vody H₂O.
- Chýbajúci vodík doplň iónmi H⁺.
- Náboj vyrovnaj elektrónmi.
Napríklad redukcia manganistanu na mangánaté ióny:
- MnO₄⁻ → Mn²⁺ (mangán sedí)
- MnO₄⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O (štyri kyslíky vpravo ako voda)
- MnO₄⁻ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 4 H₂O (osem vodíkov vľavo ako H⁺)
- MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O (náboj vľavo −1 + 8 − 5 = 2, vpravo 2)
Príklad 4: dichróman a železnaté ióny
Cr₂O₇²⁻ + Fe²⁺ + H⁺ → Cr³⁺ + Fe³⁺ + H₂O
- oxidácia: Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻
- redukcia: Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O
Redukcia prijíma 6 elektrónov, oxidácia odovzdáva 1, preto oxidáciu vynásobíme šiestimi. Po sčítaní sa elektróny vyrušia:
Cr₂O₇²⁻ + 6 Fe²⁺ + 14 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 6 Fe³⁺ + 7 H₂O
Kontrola náboja: vľavo −2 + 12 + 14 = 24, vpravo 6 + 18 = 24.
Keď sa rovnaká častica objaví po sčítaní na oboch stranách, odčítame ju. Pri reakcii manganistanu s peroxidom vodíka vznikne vľavo 16 H⁺ a vpravo 10 H⁺, vo výsledku ostane vľavo 6 H⁺. V zásaditom prostredí postupuješ rovnako a nakoniec pridáš na obe strany toľko iónov OH⁻, koľko je H⁺. Spolu vytvoria vodu.
teória
Vyskúšaj si to krok za krokom
vyskúšaj si
Vyčísli cez polreakcie
Vyčísli rovnicu krok za krokom cez polreakcie.
0 / 0Zinok v roztoku síranu meďnatého
0Zn+IICuVIS−IIO₄→IIZnVIS−IIO₄+0Cu
Nad atómami sú oxidačné čísla.
- 1. Čo sa mení
- 2. Oxidácia
- 3. Redukcia
- 4. Elektróny
- 5. Súčet
- 6. Celá rovnica
Ktorý prvok sa oxiduje? (oxidačné číslo stúpa, odovzdáva elektróny)
Ktorý prvok sa redukuje? (oxidačné číslo klesá, prijíma elektróny)
Najprv urči, ktorý prvok sa oxiduje a ktorý redukuje. Potom šípkami vyčísli obe polreakcie tak, aby sedeli atómy aj náboj, vyrovnaj počet elektrónov a prenes koeficienty do celej rovnice. Pri každom kroku vidíš, či počty sedia.
Okrem jednoduchých reakcií kovov a nekovov si vyber aj reakcie s kyselinami, kde treba dovyčísliť látky, ktoré oxidačné číslo nemenia, a iónové polreakcie v kyslom prostredí s vodou a iónmi H⁺.
rozšírenie Polreakcie, ktoré sa dajú oddeliť
Keď zinok ponoríš do roztoku síranu meďnatého, elektróny prejdú zo zinku na meďnaté ióny priamo a uvoľní sa teplo. Polreakcie sa však dajú od seba oddeliť. V galvanickom článku je zinková platnička v roztoku síranu zinočnatého a medená v roztoku síranu meďnatého a nádoby spája soľný mostík.
Oxidácia Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻ prebieha na zinku, redukcia Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu na medi. Elektróny pritom putujú drôtom z jednej platničky na druhú a cestou môžu rozsvietiť žiarovku. Takto funguje každá batéria: redoxná reakcia, ktorej polreakcie prebiehajú na dvoch rôznych miestach.
teória
Časté chyby
- „Oxidácia je vždy reakcia s kyslíkom.“ Oxidácia je odovzdanie elektrónov. Sodík sa oxiduje aj chlórom a meď striebornými iónmi.
- „Pri oxidácii oxidačné číslo klesá.“ Pri oxidácii stúpa, pri redukcii klesá. Pomôže slovo redukcia, znamená zníženie.
- „V polreakcii stačí vyrovnať atómy.“ Musí sedieť aj náboj. Práve ten určí počet elektrónov.
- „Koeficient z polreakcie platí pre celú látku.“ Keď sa len časť atómov prvku oxiduje alebo redukuje, ako dusík v HNO₃, zvyšok treba dovyčísliť zvlášť.
- „V kyslom roztoku doplním kyslík ako O₂.“ Kyslík v polreakcii dopĺňaš molekulami vody a vodík iónmi H⁺.
- „Po sčítaní už netreba nič kontrolovať.“ Skontroluj atómy aj náboj a odčítaj častice, ktoré sú na oboch stranách, napríklad H⁺ alebo H₂O.
Ďalšie riešené príklady metódou oxidačných čísel nájdeš v lekcii Vyčíslovanie chemických rovníc a redoxné reakcie. Prečo musia počty atómov na oboch stranách rovnice sedieť, vysvetľuje ďalšia lekcia Zákon zachovania hmotnosti.