úvod
Oheň v krbe, tvoj dych, zelený list za oknom, hrdzavý bicykel v pivnici, sčernená strieborná retiazka aj hnedé jablko na tanieri. Vo všetkých týchto prípadoch jedna látka odovzdáva elektróny a druhá ich prijíma. Lekcia Oxidácia a redukcia ukázala, ako redoxnú reakciu spoznať v rovnici. Teraz ich nájdeš okolo seba.
teória
Horenie
Pri horení sa palivo zlučuje s kyslíkom a uvoľňuje sa teplo a svetlo. Palivo je redukovadlo, kyslík oxidovadlo. Uhlík z dreva, uhlia aj benzínu sa oxiduje z oxidačného čísla 0 alebo nižšieho až na +IV v oxide uhličitom, kyslík sa redukuje z 0 na −II. Ako horia látky v čistom kyslíku, ukazuje lekcia Spaľovanie v kyslíku.
Rovnaký princíp majú prskavky a ohňostroje. Zmes obsahuje palivo, napríklad práškový hliník a železo, a oxidovadlo, ktoré pri zahriatí uvoľní kyslík, napríklad dusičnan bárnatý. Zmes preto horí aj bez prístupu vzduchu. Ako si prskavku vyrobiť, ukazuje pokus Výroba prskaviek.
teória
Dýchanie a fotosyntéza
V každej bunke tvojho tela prebieha pomalé a riadené horenie, bunkové dýchanie. Glukóza z potravy sa oxiduje kyslíkom, ktorý vdýchneš, na oxid uhličitý a vodu, a uvoľní sa energia:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energia
Zelené rastliny robia opačný dej, fotosyntézu. Pomocou energie svetla redukujú oxid uhličitý na glukózu a z vody uvoľňujú kyslík. Čo rastliny vyrobia, to živočíchy a ľudia spália. Viac o fotosyntéze v lekcii Sacharidy.
teória
Hrdzavenie a čierne striebro
Železo na vlhkom vzduchu hrdzavie. Odovzdáva elektróny kyslíku, a z lesklého kovu s oxidačným číslom 0 vznikne hnedá hrdza so železom +III. Prečo hrdzavenie potrebuje vodu aj kyslík a ako sa mu bráni, ukazuje lekcia Železo.
Striebro na vzduchu nehrdzavie, ale časom sčernie. V ovzduší sú stopy sulfánu H₂S, ktorý vzniká napríklad pri rozklade bielkovín, a striebro sa s ním pokryje čiernym sulfidom strieborným Ag₂S. Striebro sa pri tom oxiduje z 0 na +I. Zápach sulfánu poznáš zo skazených vajec aj zo sírnych prameňov, ako píše lekcia Síra.
Pokus doma: strieborná lyžička v alobale. Misku vystel alobalom, polož na neho sčernenú striebornú lyžičku tak, aby sa ho dotýkala, a pridaj lyžicu jedlej sódy. Horúcu vodu nech naleje dospelý. O pár minút čierna vrstva zmizne a zacítiš zápach skazených vajec. Hliník je neušľachtilý kov a strieborné katióny v sulfide zredukuje späť na striebro. Na rozdiel od leštiacej pasty sa tak zo striebra nič neodbrúsi.
teória
Hnednutie jablka a antioxidanty
Rozkrojené jablko alebo banán na vzduchu hnedne. Nehnije, ale oxiduje sa: enzým v plode pomáha vzdušnému kyslíku oxidovať niektoré látky dužiny na hnedé farbivá. Keď jablko pokvapkáš citrónovou šťavou, zostane dlhšie biele. Citrón obsahuje vitamín C, ktorý je redukovadlo. Oxiduje sa prednostne a hnedé produkty dokonca vracia späť. Látky, ktoré chránia iné látky pred oxidáciou, sa volajú antioxidanty. Pridávajú sa do potravín, aby sa nekazili, a telo ich potrebuje na ochranu buniek. Ako vitamín C odfarbí roztok jódu, ukazuje pokus Reakcia jódu a vitamínu C.
teória
Bielenie a dezinfekcia
Bielidlá sú oxidovadlá. Chlórnan sodný v prípravkoch na bielenie a dezinfekciu a peroxid vodíka v odstraňovačoch škvŕn oxidujú molekuly farbív, ktoré tým stratia farbu. Škvrna teda nie je prekrytá, ale rozložená. Rovnako oxidovadlá ničia mikróby: pitná voda sa dezinfikuje chlórom, chlórnanom alebo ozónom, kúpaliská chlórom.
Redoxné reakcie sa dajú aj vidieť ako zmenu farby. V pokuse Modrá banka farbivo po zatrepaní oxiduje vzdušný kyslík a glukóza ho znova redukuje, a tak roztok striedavo modrie a odfarbuje sa. Podobne funguje pokus Chemický semafor.
vyskúšaj si
Redoxná reakcia alebo nie?
Prechádzajú pri deji elektróny z jednej látky na druhú, teda mení sa niektoré oxidačné číslo? Pozor: nie každý dej s kyslíkom alebo so zmenou farby je redoxný.
0 / 0Nie každá zmena je redoxná reakcia. Rozpúšťanie cukru a topenie ľadu sú fyzikálne deje. Pri neutralizácii, šumení vápenca s octom alebo hasení vápna síce vznikajú nové látky, no oxidačné čísla prvkov sa nemenia. Redoxná reakcia potrebuje látku, ktorá elektróny odovzdá, a látku, ktorá ich prijme.
Dýchací reťazec
Glukóza v bunke nezhorí naraz. Jej oxidácia prebieha v mnohých krokoch a elektróny z nej preberajú prenášače, napríklad NAD⁺, ktorý sa redukuje na NADH. V mitochondriách odovzdáva NADH elektróny dýchaciemu reťazcu, rade bielkovín, v ktorých sa železo v cytochrómoch striedavo redukuje z Fe³⁺ na Fe²⁺ a znova oxiduje. Na konci reťazca elektróny prijme kyslík a vznikne voda. Energia, ktorá sa pri tom uvoľňuje po malých dávkach, sa ukladá do molekúl ATP.
Hemoglobín v krvi kyslík len prenáša. Železo v ňom zostáva Fe²⁺ a kyslík naviaže len dočasne, takže o redoxnú reakciu nejde. Vitamín C pomáha telu vstrebať železo z potravy, lebo ho udržiava v redukovanej forme Fe²⁺.
Kolobeh dusíka
Kolobeh dusíka je reťaz redoxných reakcií. Baktérie v koreňových hľúzkach viažu vzdušný dusík N₂ (0) na amoniak (−III). Nitrifikačné baktérie v pôde oxidujú amónne ióny na dusitany NO₂⁻ (+III) a tie na dusičnany NO₃⁻ (+V), ktoré prijímajú rastliny. Denitrifikačné baktérie dusičnany redukujú späť na plynný dusík. Kolobeh si prejdi v lekcii Dusík. Priemysel oxiduje amoniak na oxid dusnatý pri výrobe kyseliny dusičnej, ako ukazuje pokus Amoniakové svetlušky.
Etanol, aldehydy a dychová skúška
Dychová skúška v starších trubičkách využívala oranžový dichróman draselný. Chróm v ňom má oxidačné číslo +VI. Etanol z dychu ho redukuje na zelené ióny Cr³⁺ a sám sa oxiduje na acetaldehyd a ďalej na kyselinu octovú. Dnešné policajné prístroje merajú etanol elektrochemicky, v malom palivovom článku. Rovnakú oxidáciu etanolu robia baktérie, keď víno na vzduchu skysne na ocot: C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O. Viac v lekcii Alkoholy.
Na oxidácii aldehydov stoja Fehlingova a Tollensova skúška z lekcie Aldehydy a ketóny: aldehyd redukuje meďnaté ióny na červený Cu₂O alebo strieborné katióny na kovové striebro, ako ukazuje pokus Strieborné zrkadlo. Redukcia striebra stojí aj za čiernobielou fotografiou.
Svetlo a hodiny z redoxných reakcií
Pri niektorých oxidáciách sa energia neuvoľní ako teplo, ale ako svetlo. Luminol sa peroxidom vodíka oxiduje na molekulu, ktorá žiari modro, v pokuse Chemiluminiscencia luminolu. Rovnako svietia svetlušky a svetelné tyčinky. V oscilujúcich reakciách, napríklad v Bielousovovej a Žabotinského reakcii, sa katalyzátor striedavo oxiduje a redukuje a roztok pravidelne mení farbu. Peroxid vodíka sa v pokuse Slonia zubná pasta rozkladá disproporcionáciou na vodu a kyslík.
rozšírenie Ohrievače rúk, ktoré hrdzavejú
Jednorazové ohrievače rúk do rukavíc alebo topánok obsahujú práškové železo, trochu vody a soli a aktívne uhlie. Kým sú vo fólii, nedeje sa nič. Keď vrecúško otvoríš, vnikne doň vzduch a železo začne hrdzavieť. Je to rovnaká reakcia ako hrdzavenie klinca, len oveľa rýchlejšia: prášok má obrovský povrch, soľ reakciu urýchľuje a aktívne uhlie drží vlhkosť a vzduch blízko zrniek železa. Teplo, ktoré sa pri oxidácii železa uvoľní, vydrží hriať niekoľko hodín. Keď všetko železo zhrdzavie, ohrievač vychladne a nedá sa obnoviť.
Iné ohrievače, ktoré sa dajú použiť znova, obsahujú octan sodný. Tie hrejú kryštalizáciou presýteného roztoku, a to nie je redoxná reakcia. Ukazuje to pokus Horúci ľad.
teória
Časté chyby
- „Jablko hnedne, lebo hnije.“ Hnednutie je oxidácia látok v dužine vzdušným kyslíkom za pomoci enzýmu. Hnitie spôsobujú mikroorganizmy a trvá dlhšie.
- „Antioxidant ničí kyslík.“ Antioxidant je redukovadlo, ktoré sa oxiduje namiesto inej látky a tým ju chráni.
- „Bielidlo farbu len prekryje.“ Bielidlo je oxidovadlo, molekuly farbiva rozloží a tie prestanú pohlcovať svetlo.
- „Pálenie vápenca je redoxná reakcia, lebo vzniká oxid.“ Pri CaCO₃ → CaO + CO₂ sa oxidačné čísla nemenia. Rozhoduje prenos elektrónov, nie kyslík vo vzorci.
- „Zmena farby vždy znamená redoxnú reakciu.“ Modrá skalica s amoniakom stmavne a indikátor zmení farbu podľa pH, no elektróny pri tom neprechádzajú.
Prečo niektoré kovy elektróny odovzdávajú ochotne a iné takmer vôbec, vysvetľuje ďalšia lekcia Rad napätia kovov.