S  SO

4

2-

 S

2-

Fe  Fe

2+

Fe

3+

Mn  Mn

2+

 Mn

4+

Mn

7+

N  N

3+

FeS

2

 SO

4

2-

(utlenianie)
SO

4

2-

 S

2-

(redukcja)

utlenianie redukcja
przyłączanie tlenu

oddanie tlenu

oddanie wodoru przyłączanie wodoru
oddanie elektronów przyłączanie elektronów

REDUKCJA

UTLENIANIE
-e
Fe

2+



Fe

3+

+e

-1 0 1

Wstęp do elektrochemii

Utlenianie (dezelektronacja)

proces polegający na utracie elektronów przez obojętne
atomy, cząsteczki lub jony, w którym następuje podwyższenie
stopnia utlenienia reduktora

Redukcja (elektronacja)

proces polegający na pobieraniu elektronów przez atomy lub
jony, w którym następuje obniżenie stopnia utlenienia
utleniacza

Utleniacz (dezelektronator)

substancja ulegająca redukcji, pobierającą elektrony od
substancji utlenionej i obniżającą swój stopień utlenienia

Reduktor (elektronator

)

substancja ulegającą utlenieniu, oddającą elektrony
substancji redukowanej i podwyższającą swój stopień
utlenienia

stopnie utlenienia

pierwiastka wchodzącego w skład określonego
związku
liczba dodatnich lub ujemnych ładunków
elementarnych, jakie zyskałby atom, gdyby wszystkie
wiązania w cząsteczce były jonowe

FeS, H

2

CO

3

, H

2

O

4. suma stopnia utleniania wszystkich atomów
wchodzących w skład cząsteczki obojętnej =

0

5. fluor we wszystkich swych połączeniach występuje
na

-1

stopniu utlenienia

6. wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenianie
równy

+1

, z wyjątkiem wodorków litowców i berylowców, gdzie

stopień utlenienia wynosi

–1

7. stopień utlenienia
litowców =

+1,

berylowców =

+2,

(metale przyjmują dodatnie stopnie

utlenienia)

1. stopień utlenienia pierwiastka w stanie wolnym =

0

2. stopień utlenienia pierwiastka w postaci jonu
prostego równa się jego elektrowartościowości

(wartościowości jonu)

3. suma stopnia utlenienia wszystkich atomów
wchodzących w skład jonu złożonego równa jest

ładunkowi jonu

8. tlen w połączeniach ma stopień utlenienia

–2

wyjątki: luorek tlenu OF

2

-

O

2+,

ponadtlenki np.

KO

2

–

O

-1/2

nadtlenki np. H

2

O

2

, Na

2

O

2

, BaO

2

-

O

-1

9. H

2

O

2

w reakcjach chemicznych:

utleniacz lub reduktor

do substancji ulegających

redukcji

czyli

utleniaczy

należą

1. pierwiastki najbardziej elektroujemne

(np. F

2

, Cl

2

, Br

2

, J

2

, O

2

)

2. jony metali na wyższym stopniu utlenienia, jony
metali szlachetnych i jon wodorowy

(np. Fe

3+

, Cu

2+

, Ag

+

, H

+

)

3. związki chemiczne, w których pewne pierwiastki
występują na najwyższych stopniach utlenienia

(np. KClO

4

)

KMnO

4

w zależności

od środowiska może
ulegać redukcji do
różnych stopni
utlenienia

zmiana zabarwienia
roztworu

do substancji ulegających

utlenieniu

, czyli

reduktorów

należą

1. pierwiastki najbardziej elektrododatnie

(np. Na, K, Mg, Ca, Al)

2. niemetale

(np. C, N, S, H)

3. jony metali i niemetali na niższym stopniu
utlenienia

(np. Fe

2+

, Sn

2+

, S

2-

)

4. związki chemiczne, które posiadają atomy
metali i niemetali na niższym stopniu
utlenienia

(np. SbCl

2

, FeCl

2

, CO, NaNO

2

, aldehydy)

5. jony ujemne fluorowców, dla których rosną
zdolności redukcyjne wraz ze wzrostem mas
atomowych

(np. Cl

-

, Br

-

, J

-

)

Fe + S = FeS

Fe

0

– 2e 

Fe

+2

1

S

0

+ 2e 

S

-2

1

2

10FeSO

4

+ 2KMnO

4

+ 8H

2

SO

4

=

= 5Fe

2

(SO

4

)

3

+ K

2

SO

4

+ 2MnSO

4

+8H

2

O

Fe

+2

– 1e 

Fe

+3

5 10

Mn

+7

+ 5e 

Mn

+2

1 2

5

reakcje utleniania i redukcji
(redox)

przemiana, w czasie której jedna substancja
ulega redukcji, a druga utlenianiu

CuO + H

2

 Cu + H

2

O

reakcje dysproporcjonowania

ten sam atom

w jednej cząsteczce (jonie)

ulega

utlenieniu

, a w drugiej cząsteczce

(jonie) ulega

redukcji

Hg

2

Cl

2

  HgCl

2

+ Hg

KClO

3

 KClO

4

+ KCl

Cl

+5

– 2e 

Cl

+7

3

Cl

+5

+6e 

Cl

-1

1

6

4KClO

3

 3KClO

4

+ KCl

Hg

+1

– 1e 

Hg

+2

1

Hg

+1

+ 1e 

Hg

0

1

1

ogniwo galwaniczne (elektryczne)
układ elektrod, z których każda
zanurzona jest w roztworze elektrolitu
i stanowi półogniwo

(-)ELEKTRODA 1 ELEKTROLIT 1ELEKTROLIT 2 

ELEKTRODA 2(+)

(-) ZnZnSO

4 aq

 CuSO

4 aq

Cu

(+)

ogniwo galwaniczne

M  M

+n

+ ne

Zn – 2e = Zn

2+

Cu

2+

+ 2e = Cu

ogniwo Daniela

ogniwo Volty

(-) ZnH

2

SO

4 aq

Cu (+)

Alessandro Giuseppe
Antonio Anastasio
Volta (1745-1827)

siła elektromotoryczna ogniwa

SEM lub E

SEM
różnica potencjałów elektrody dodatniej (o
wyższej wartości potencjału E

MeI

) i ujemnej

(E

MeII

) dla ogniwa otwartego, czyli takiego, w

którym obwód elektryczny nie jest zamknięty, a
opór miedzy biegunami ogniwa jest
nieskończenie wielki

SEM = E

Me(I)

- E

Me(II)

= E

równania Nernsta







z

Me

Me

Me

a

nF

RT

E

E

ln

0

roztworów rozcieńczonych aktywność jest równa
stężeniu

a

Me

z

+

= C

Me

z+

Jaką wartość ma siła elektromotoryczna ogniwa Daniela
w przypadku gdy roztwory soli mają stężenie
c

Cu2+

= c

Zn2+

= 1mol/dm

3



E

ogn.

= E

Cu

- E

Zn

= E

o

Cu

+ 0,059/2lgc

Cu2+

- E

o

Zn

- 0,059/2lgc

Zn2+



E

ogn.

=



E

o

ogn.

= E

o

Cu

- E

o

Zn

= +0,34V - (-0,76V) = 1,10 V

E

o

Cu

= +0,34V

E

o

Zn

= -0,76V

elektroda wodorowa - elektroda
standardowa







z

Me

Me

Me

c

nF

RT

E

E

ln

0



E = E

Me(1)

- E

Me(2)

standardowa elektroda wodorowa

standardowa elektroda wodorowa składa się z
płytki platynowej pokrytej warstewką czerni
platynowej (absorbuje ona gazowy wodór)
opłukiwanej wodorem gazowym pod
ciśnieniem 1013 hPa

potencjał elektrody wodorowej przyjęto
umownie jako równy

zero

, w każdej

temperaturze

ponieważ potencjał

normalnej elektrody

wodorowej

równa się

0

to zmierzona wartość

SEM jest normalnym względnym

potencjałem

danej elektrody

Warunki standardowe

25

o

C 298K

1013hPa
1mol/dm

3

szereg napięciowy
metali

K Na Mg Al Zn Cr Cd Ni Fe H Bi As Cu
Hg Ag Pt Au

Półogni

wo

Reakcja elektrodowa

E

0

[V]

Li I Li

+

Li

+

+ e

-

=Li

-3,01

K I K

+

K

+

+ e

-

= K

-2,93

Ba l Ba

2+

Ba

2+

+ 2e

-

= Ba

-2,92

Ca l Ca

2+

Ca

2+

+ 2e

-

= Ca

-2,84

Na l Na

+

Na

+

+ e

-

= Na

-2,71

Al l Al

3+

Al

3+

+ 3e

-

= Al

-1,66

Mg l Mg

2+

Mg

2+

+ 2e

-

= Mg

-2,38

Zn l Zn

2+

Zn

2+

+ 2e

-

= Zn

-0,76

Sn l Sn

2+

Sn

2+

+ 2e

-

= Sn

-0,14

Fe l Fe

3+

Fe

3+

+ 3e

-

= Fe

-0,04

H

2

l H

+

2H

+

+ 2e

-

= H

2

0,00

Cu l Cu

2+

Cu

2+

+ 2e

-

= Cu

+0,34

Ag l Ag

+

Ag

+

+ e

-

= Ag

+0,80

wartości standardowych potencjałów metali