VIII.1. Reacții de oxido-reducere.

Multe reacții chimice studiate la chimie sunt reacții redox.

Tot procese redox sunt și cele responsabile cu digestia, metabolismul, fotosinteza, arderile etc.

Reacția redox este reacția care are loc cu transfer de electroni între reactanți.

Oxidarea este procesul ce se petrece cu cedare de electroni, iar particula care se oxidează (cedează electroni) se numește reducător (agent reducător-AR).

Reducerea este procesul ce se petrece cu acceptare de electroni, iar particula care se reduce (acceptă electroni) se numește oxidant (agent oxidant-AO).

Procesul redox (de oxido-reducere) este un proces unitar, compus din cele două reacții (de oxidare a reducătorului și de reducere a oxidantului) îndreptate în sensuri contrare, în care numărul de electroni cedați de reducător este egal cu numărul de electroni primiți de către oxidant. Acest fapt stă la baza scrierii și echilibrului reacțiilor redox.

De exemplu, la arderea magneziului în oxigen avem următoarele reacții de oxido-reducere:

Deoarece magneziul cedează electroni, el este agent reducător (AR) și se oxidează.

Deoarece oxigenul acceptă electroni, el este agent oxidant (AO) și se reduce.

Modelul transferului de electroni permite stabilirea oxidanților și reducătorilor la substanțe cu ajutorul numerelor (formale) de oxidare.

Numărul de oxidare (N.O.) reprezintă sarcina atribuită unui atom dintr-o substanță (simplă sau compusă).

Prin număr de oxidare se înțelege acea sarcină pe care ar avea-o un atom dintr-o moleculă, dacă molecula ar fi constituită numai din ioni.

👀 Experiment: Caracterul oxidant al dicromatului de potasiu
🔥 Atenție! Acidul sulfuric concentrat este caustic!
🔥 Atenție! Dicromatul de potasiu este coroziv, oxidant, foarte toxic, nociv și periculos pentru mediu!
🔥 Atenție! Sulfatul de fier II este nociv în caz de înghiţire, provoacă iritarea pielii și a ochilor.

Materiale necesare:
Pahar Berzelius, pahar Erlenmeyer, dicromat de potasiu, acid sulfuric concentrat, sulfat de fier II, pipetă.

Descrierea experimentului:

• Prepară soluții de dicromat de potasiu și de sulfat de fier II.
• Pune într-un pahar 10 mL de sol. de FeSO₄.
• Adaugă în pahar câteva picături acid sulfuric conc. și apoi soluție de dicromat de potasiu, picătură cu picătură, până când soluția din pahar va avea culoarea verde.

Se identifică atomii care își schimbă N.O. și se scriu procesele parțiale de oxidare și de reducere care au loc:
Cr⁺⁶ din K₂Cr₂O₇ se reduce la Cr⁺³ din sulfatul de crom III, prin acceptarea de 3ē, fiind agent oxidant (AO).
Fe⁺² din FeSO₄ se oxidează la Fe⁺³ din Fe₂(SO₄)₃, prin cedarea de 1ē, fiind agent reducător (AR).

Pentru stabilirea numerelor de oxidare (N.O.) ale atomilor din compușii anorganici se procedează astfel:

• N.O. al elementelor dintr-o substanță elementară este egal cu 0. (ex. Al⁰, O₂⁰ etc.).
• N.O. al ionilor monoatomici este egal cu sarcina ionului (ex. Ca⁺² are N.O.= +2).
• În compușii covalenți binari elementul cu electronegativitate mai mare are N.O. negativ.

F > O > Cl > N > Br > S > I > C > H

Ex. SO₂ : N.O. al S = +4 și N.O. al O = -2

• Oxigenul are N.O. = -2 (ex. CO₂^-2). Excepție avem la O din apa oxigenată și peroxizi în care are N.O. = -1.
• Hidrogenul are N.O. = +1 (ex. NH₃⁺¹). Excepție avem la H la hidrurile metalice în care are N.O. = -1.
• Într-un ion poliatomic suma N.O. ale atomilor este egală cu sarcina ionului (ex. Cr₂O₇^-2, avem : 2 ∙ (+6) + 7 ∙(-2) = -2.
• Suma N.O. ale atomilor dintr-un compus = 0.

Numărul de electroni schimbați între reducător și oxidant permite stabilirea coeficienților stoechiometrici pentru echilibrele cu schimb de electroni.

O reactie redox (de oxido-reducere) este reacția în care reactanții suferă schimbări în starea lor de oxidare.

Pentru stabilirea coeficienților stoechiometrici pentru echilibrele cu schimb de electroni se parcurg următoarele etape :

• Se scrie ecuația reacției redox fără coeficienți :
  Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O + NO↑

• Se stabilește N.O. pentru fiecare atom din fiecare compus ai reactanților și ai produșilor de reacție :

• Se identifică atomii care își schimbă N.O. și se scriu procesele parțiale de oxidare și de reducere care au loc:

• Se echilibrează cele două semireacţii ţinând cont că numărul de electroni cedaţi trebuie să fie egal cu numărul de electroni primiţi. Pentru acest lucru trebuie să se găsească cel mi mic multiplu comun al numerelor de electroni transferaţi între cele două semireacţii. În acest caz, cel mai mic multiplu comun este 6. Împărţim această valoare la numărul electronilor cedaţi (în procesul de oxidare), iar cu valoarea obţinută înmulţim semireacţia de oxidare. La fel se procedează şi cu semireacţia de reducere.

• Se introduc coeficienţii astfel obţinuţi în ecuaţia globală a reacţiei,se stabilesc coeficienţii celorlalte specii chimice care iau parte la reacţie, respectând bilanțul atomic :