úvod
Podrž tenký medený plech v plameni kahana. Lesklý ružový kov sa zafarbí do čierna a na váhach by bol o niečo ťažší ako predtým. Na povrchu vznikol čierny oxid meďnatý: 2 Cu + O₂ → 2 CuO. Keď na rozžeravený začernený plech pustíš prúd vodíka, oxid zmizne a plech je znova ružový: CuO + H₂ → Cu + H₂O. Meď sa najprv oxidovala a potom redukovala. V tejto lekcii zistíš, čo tieto slová znamenajú a prečo pri nich ide vždy o elektróny.
teória
Oxidácia a redukcia kedysi
Slovo oxidácia pochádza od kyslíka, po latinsky oxygenium. Chemici ním pôvodne nazývali zlučovanie látky s kyslíkom: meď na vzduchu oxiduje na oxid meďnatý, uhlík pri horení na oxid uhličitý. Redukcia bola opačný dej, odoberanie kyslíka z oxidu. Vodík redukuje oxid meďnatý na meď a vo vysokej peci oxid uhoľnatý redukuje železnú rudu na železo, ako ukazuje lekcia Železo.
Pozri sa na to, čo sa deje s atómami. Pri horení horčíka 2 Mg + O₂ → 2 MgO vznikajú ióny: každý atóm horčíka odovzdá dva elektróny a stane sa z neho katión Mg²⁺, každý atóm kyslíka dva elektróny prijme a stane sa z neho anión O²⁻.
teória
Oxidácia a redukcia dnes
Dnes chemici definujú oba deje cez elektróny:
| dej | elektróny | oxidačné číslo | príklad |
|---|---|---|---|
| oxidácia | atóm elektróny odovzdáva | stúpa | Mg → Mg²⁺ + 2 e⁻ |
| redukcia | atóm elektróny prijíma | klesá | O₂ + 4 e⁻ → 2 O²⁻ |
Taká definícia je širšia. Kyslík pri nej nemusí byť vôbec. Sodík v chlóre zhorí na kuchynskú soľ 2 Na + Cl₂ → 2 NaCl: sodík odovzdá elektrón a oxiduje sa, chlór ho prijme a redukuje sa. Železný klinec v roztoku modrej skalice sa pokryje meďou Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu: železo odovzdá dva elektróny meďnatým katiónom.
Oxidácia a redukcia prebiehajú vždy naraz. Elektróny nemôžu zmiznúť ani vzniknúť, a tak koľko ich jedna látka odovzdá, toľko ich iná prijme. Reakcia, pri ktorej si látky vymieňajú elektróny, sa preto volá redoxná reakcia (z redukcia a oxidácia).
teória
Oxidovadlo a redukovadlo
Látky v redoxnej reakcii majú dve úlohy:
- Redukovadlo elektróny odovzdáva a druhú látku tým redukuje. Samo sa pri tom oxiduje.
- Oxidovadlo elektróny prijíma a druhú látku tým oxiduje. Samo sa pri tom redukuje.
V reakcii CuO + H₂ → Cu + H₂O je redukovadlom vodík. Odoberie oxidu kyslík, odovzdá elektróny meďnatým katiónom a sám sa oxiduje z 0 na +I. Oxidovadlom je oxid meďnatý, meď v ňom sa redukuje z +II na 0. Pri horení je palivo redukovadlo a kyslík oxidovadlo.
teória
Ako spoznať redoxnú reakciu
Redoxná reakcia sa prezradí zmenou oxidačných čísel. Ak niektorý prvok má oxidačné číslo na ľavej strane rovnice iné ako na pravej, reakcia je redoxná. Pravidlá na určovanie oxidačných čísel si zopakuj v lekcii Oxidačné číslo.
Dobrá skratka: ak je na jednej strane rovnice prvok samotný (Mg, O₂, Cu, H₂) a na druhej v zlúčenine, reakcia je určite redoxná. Prvok samotný má oxidačné číslo 0 a v zlúčenine ho mať nemôže. Naopak, kyslík vo vzorci ešte nič neznamená. Pri pálení vápenca CaCO₃ → CaO + CO₂ vzniká oxid, a predsa vápnik zostane +II, uhlík +IV a kyslík −II. Ani neutralizácia HCl + NaOH → NaCl + H₂O redoxná nie je.
vyskúšaj si
Kto dáva, kto berie
Je to redoxná reakcia?
Pri každej rovnici sa najprv opýtaj, či je na niektorej strane prvok samotný. Ak áno, nájdi ho na druhej strane v zlúčenine: ak tam jeho oxidačné číslo stúplo, odovzdal elektróny a je to redukovadlo. Ak kleslo, elektróny prijal a je to oxidovadlo. Pomôcka: redukovadlo redukuje iných, a tak sa samo musí oxidovať.
Redoxné deje uvidíš v mnohých pokusoch. Horčík horí oslnivým plameňom v pokuse Horenie horčíka, oceľová vlna v kyslíku v pokuse Spaľovanie oceľovej vlny v kyslíku a medená špirála v pokuse Svietiaca meď sa striedavo oxiduje a redukuje, a pritom žiari. Ako prudko reaguje vodík s kyslíkom, ukazuje pokus Zmes vodíka a kyslíka.
Čiastkové reakcie
Oxidáciu a redukciu môžeš zapísať samostatne ako čiastkové reakcie, ktorým sa hovorí aj polreakcie:
- oxidácia: Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻
- redukcia: Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
Súčet oboch dá iónovú rovnicu Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu. Ak jedna látka odovzdá iný počet elektrónov, ako druhá prijme, čiastkové reakcie sa vynásobia tak, aby sa počty rovnali. Celý postup vyčísľovania je v lekcii Vyčísľovanie redoxných reakcií, metódu oxidačných čísel ukazuje lekcia Vyčíslovanie rovníc a precvičiť si to môžeš v hre Vyčísli rovnicu.
Typické oxidovadlá a redukovadlá
| oxidovadlá | redukovadlá |
|---|---|
| O₂, O₃, F₂, Cl₂ | H₂, C, CO |
| H₂O₂ | alkalické kovy, Mg, Al, Zn |
| KMnO₄, K₂Cr₂O₇ | H₂S, jodidy |
| HNO₃, koncentrovaná H₂SO₄ | glukóza a iné aldehydy |
Redoxné vlastnosti prvkov vyplývajú z ich miesta v periodickej tabuľke. Kovy vľavo dole majú nízku ionizačnú energiu, ľahko odovzdávajú elektróny a sú silné redukovadlá, ako ukazuje pokus Lítium s kremíkom. Nekovy vpravo hore, najmä fluór, kyslík a chlór, majú vysokú elektronegativitu a elektróny ochotne prijímajú, sú to silné oxidovadlá. Viac v lekcii Periodické trendy.
Prvok v najvyššom oxidačnom čísle môže byť len oxidovadlom (mangán +VII v manganistane, dusík +V v kyseline dusičnej), v najnižšom len redukovadlom (síra −II v sulfáne). Prvok so stredným oxidačným číslom môže oboje. Kyslík v peroxide vodíka má −I: jodidy oxiduje a sám prejde na vodu (−II), manganistan ho naopak oxiduje na kyslík O₂ (0). Podobne síra +IV v oxide siričitom. Ako mangán mení oxidačné čísla a s nimi farby, ukazuje pokus Chemický chameleón.
Disproporcionácia a komproporcionácia
Pri disproporcionácii sa ten istý prvok z jednej látky sčasti oxiduje a sčasti redukuje:
- Cl₂ + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H₂O: chlór z 0 prejde na −I v chloride aj na +I v chlórnane. Takto vzniká bielidlo,
- 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂: kyslík z −I prejde na −II vo vode aj na 0 v molekule O₂.
Pri komproporcionácii je to naopak: z dvoch rôznych oxidačných čísel toho istého prvku vznikne jedno spoločné. SO₂ + 2 H₂S → 3 S + 2 H₂O, síra +IV a síra −II sa stretnú na 0.
rozšírenie Koniec flogistónu
V 18. storočí si chemici horenie vysvetľovali flogistónom, neviditeľnou látkou, ktorá mala z horiaceho dreva či kovu unikať. Popol a „vápno kovu“ (dnes by sme povedali oxid) boli podľa nich látky bez flogistónu. Jedna vec však nesedela: kov po vypálení na vzduchu svoju hmotnosť nestratil, ale pribral.
Francúzsky chemik Antoine Lavoisier v 70. rokoch 18. storočia kovy a ich vápna presne vážil v uzavretých nádobách. Ukázal, že kov pri zahrievaní viaže časť vzduchu a že táto časť podporuje aj horenie a dýchanie. Nazval ju oxygène, z gréckych slov pre „kyslý“ a „tvoriaci“, lebo si myslel, že kyslík je v každej kyseline. To sa neskôr ukázalo ako omyl, no meno zostalo. Aj slovenské slovo kyslík má rovnaký pôvod a z mena kyslíka pochádza aj slovo oxidácia. Ako sa hmotnosť pri reakciách zachováva, ukazuje lekcia Zákon zachovania hmotnosti.
teória
Časté chyby
- „Oxidácia je vždy reakcia s kyslíkom.“ Oxidácia je odovzdávanie elektrónov. Sodík sa oxiduje aj v chlóre a železo v roztoku modrej skalice, kde kyslík nehrá žiadnu úlohu.
- „Oxidovadlo sa oxiduje.“ Je to naopak. Oxidovadlo iné látky oxiduje, a preto samo elektróny prijíma a redukuje sa.
- „Pri oxidácii oxidačné číslo klesá.“ Pri oxidácii atóm stráca záporne nabité elektróny, a tak jeho oxidačné číslo stúpa. Klesá pri redukcii.
- „Každá reakcia s kyslíkom vo vzorci je redoxná.“ Pri pálení vápenca vzniká oxid a pri neutralizácii voda, no žiadne oxidačné číslo sa nezmení.
- „Oxidácia môže prebehnúť aj bez redukcie.“ Elektróny nemôžu zmiznúť. Ak sa niečo oxiduje, niečo iné sa musí redukovať.
Kde všade okolo teba prebiehajú redoxné reakcie, od dýchania po bielenie, ukazuje ďalšia lekcia Redoxné reakcie okolo nás.