Nr ćwicz. 11	Data 10.05.2006	Radosław Plackowski	Technologia chemiczna Kier. inżynieria proc. Chem.	Semestr II
Dr inż. Bogdan Wyrwas		przygotowanie:	wykonanie:	ocena:

Reakcje utleniania i redukcji II:

I Wstęp teoretyczny:

1. Amfotery redoks:

Związki, które w zależności od tego czy reagują z silnym utleniaczem, czy z silnym reduktorem są albo reduktorami, albo w drugim przypadku utleniaczami nazywamy amfoterami redoks. Sa to najczęściej jony lub cząsteczki zawierające pierwiastki na pośrednim stopniu utlenienia. Mogą być one zredukowane do niższego stopnia lub utlenione do wyższego. Np.: Mn(II) - Mn(IV) - Mn(VI) - Mn(VII). Z tego szeregu amfoterami redoks są: Mn(IV) i Mn(VI), bowiem występują na posrednim stopniu utlenienia, mogą zatem obniżyć swój stopień utlenienia lub podwyższyć go.

2. Woda utleniona jako utleniacz oraz reduktor w reakcjach redoks:

Jest to typowy amfoter redoks, stosowany częściej jako utleniacz. Jest wygodny w stosowaniu, bowiem nie powoduje wprowadzenia żadnego dodatkowego jonu do badanego roztworu. Nadmiar nadtlenku wodoru rozkłada się łatwo przez wygotowanie , wydziela się przy tym tlen:
. 30 % roztwór
zwany jest perhydrolem i w tej postaci nadtlenek wodoru jest przechowywany. Przy dłuższym przechowywaniu zachodzi rozkład tej substancji.

W reakcjach z reduktorami nadtlenek wodoru reaguje według pierwszego równania, np. z jonami jodkowymi:

(H₂O₂ jako utleniacz)

W reakcjach z utleniaczami nadtlenek wodoru działa jak reduktor np.:

(H₂O₂ jako reduktor)

3. Wpływ środowiska na reakcje redoks:

1. 
   

wzór ogólny tej reakcji:

utleniacz 1 + m₁H⁺ + n₁e reduktor 1 + m₁/2 H₂O

Potencjał tego układu można obliczyc ze wzoru Nernsta:

przyjmując, że log a_H+ = -pH, można napisać, że:

Gdy reakcja redoks przebiega z udziałem protonu, wówczas zmniejszenie pH, czyli zwiększenie kwasowości środowiska, zwiększa potencjał utleniający układu.

2. 
   

wzór ogólny tej reakcji:

reduktor 2 + m₂OH^- - n₂e utleniacz 2 + m₂/2 H₂O

Potencjał tego układu można obliczyc ze wzoru Nernsta:

przyjmując, że log a_OH- = -pOH=pH-14, można napisać, że:

i ostatecznie:

Z ostatecznego wzoru wynika, że w przypadku reakcji redoks, w których biora udział jony OH^-, potencjał redoks układu wzrasta w miarę wzrostu pH . Układ ten jest silniejszym utleniaczem w środowiskach bardziej alkalicznych.

3. Kwasowość środowiska wpływa też na reakcje redoks przebiegające z jonami hydratowanymi. W układzie jonów wanadu pięcio- i czterowartościowego potencjał wynosi:
   

Oba jony są w srodowisku wodnym uwodnione. Reakcja
, zatem w środowisku wodnym jest prawie niemożliwa i wytwarza się nowa równowaga redoks. Potencjał tej reakcji zalezy już od nowego potencjału normalnego:

po zmianie [H⁺] przez pH, otrzymuje sięwyrażenie:

Znając wartości
oraz stężenia
i
można określić krzywą zależności E od pH, która wskazuje, jak bardzo zmienia się potencjał redoks tego układu w zależności od pH.

Przykład takiej krzywej:

4. Reakcja dysmutacji chloru w układzie chlor-woda zależna jest od pH.

4. Reakcja dysproporcjonowania:

Reakcja dysproporcjonowania (zwane tez reakcją dysmutacji) jest to reakcja polegająca na występowaniu jednego pierwiastka w roli utleniacza i reduktora jednocześnie w jednej reakcji. Np. reakcja:

1. Inne ciekawe reakcje redoks:

1.Niszczenie bilonu narodowego za pomocą kwasu azotowego:

Reakcja zachodzi gwałtownie. Miedź gwałtownie się roztwarza w kwasie azotowym (V) wydzielając ostre opary brunatnego gazu o charakterystycznym, drażniącym zapachu, a roztwór przybiera kolor zielony, a ostatecznie barwę niebieską. Reakcja jest przytym silnie egzotermiczna.

2.Pokrywanie 1-groszówki warstwą rtęci:

3.Spalanie termitu:

Ogrzewana mieszanina drobnych ziaren aluminiowych z tlenkiem żelaza
, czyli tzw. Termit Goldschmidta wydzieliła znaczne ilości ciepła.

4.”Węże faraona”:

Podczas spalania rodanku rtęci (II) (biały proszek, nierozp. w wodzie) wytwarzane są bardzo duże ilości popiołu. Rodanek rtęci (II) rozkłada się egzotermicznie w temperaturze 165°.

III . Wnioski:

• Ogromna ilość wytworzonego ciepła przez glin świadczy ojego powinowactwie do tlenu.

• Stosując proste reakcje redoks, jak w przypadku pokrywania 1-groszówki warstewką metalicznej rtęci można na jakiś czas pokryć metale, które reagują z rtęcią warstewką metali ze zwiąku. Niestety tylko na krótki czas, bowiem po pewnym czasie warstewka ulegnie zniszczeniu lub po prostu zetrze się.

• Podczas niektórych redoksów wydzielają się bardzo toksyczne związki. Szczególnie niebezpieczny jest tlenek azotu w reakcji, gdzie niszczyliśmy „bilon narodowy”, bowiem jest toksyczny i ma zdradliwe działanie na układ oddechowy.

(utleniacz)

(reduktor)