Redoxní reakce, elektrochemie
Přihlásit se
Redoxní reakce, elektrochemie (5/11) · 10:54

Úvod do redox reakcí Vysvětlení oxidačně-redukčních reakcí na příkladu spalování metanu.

Navazuje na Chemické reakce a rovnováhy.
Co máme zobrazeno přímo tady je spalovací reakce. Tady máme methan. Vezmete tohle. Vezmete nějaké molekuly kyslíku. Dáte jim dostatek tepla. A poté se spalují. A produkují oxid uhličitý, vodu a poté více energie, než jste dodali. Tohle je exotermická reakce. Vychází více energie než jste dodali. To je důvod, proč se šíří ohně. To je důvod, proč se spalování používá pro pohon věcí. Ale tohle se toto video nezaměřuje. V tomto videu chceme přemýšlet o tom, které z těchto částí těchto molekul, co je oxidováno a co redukováno? A k tomu je potřeba se nejprve zamyslet o oxidačním stavu vstupních atomů a oxidačním stavu výchozích různých složek těchto molekul. Takže vám doporučuji teď pozastavit video a pokusit se na to přijít sami. Takže předpokládám, že jste to zkusili. Teď pojďme na tom pracovat společně. Pojďme nejprve přemýšlet o methanu. Mám tady spoustu elektronegativit na základě Paulingovy škály, ale pojďme se podívat na methan. Methan je atom uhlíku navázaný na 4 vodíky. V našem světě oxidačního stavu... ačkoliv, tohle je ve skutečnosti kovalentní vazba předstíráme, že jsou jako hypotetické iontové vazby. Takže musíme dát elektronový pár jedné části vazby. Jestliže se podíváme mezi vodík a uhlík, uhlík je více elektronegativnější než vodík. Takže budeme předpokládat, že uhlík si bude elektrony brát a že vodík bude elektrony dávat pryč. Takže uhlík v tomhle předpokládaném světě hypoteticky vezme elektron od každého z těchto vodíků Takže bude mít oxidační stav - 4, jeden elektron z každého ze 4 vodíků. 4-. A ještě jednou, znaménko píšeme za číslem zřejmě tak, abychom je nezaměňovali s exponenty. Teď pojďme přemýšlet o vodících. Každý z těchto vodíků má v hypotetickém světě elektron vzaný od něj. Můžeme říct, že má oxidační stav + 1, který můžeme psát jako 1+. Nebo můžeme jenom napsat znaménko plus přímo sem. Teď máme molekulární kyslík, kyslík navázaný na kyslík. Dobře, všechny kyslíky si jsou rovny. Budeme předpokládat, že jsou si rovny, že to nejsou rozdílné isotopy nebo něco podobného. V tomto případě není žádný důvod, proč by jeden kyslík bral nějaké elektrony z jiného kyslíku. V tomto světě, kyslík má oxidační stav - když je v téhle molekulové formě - má oxidační stav 0 nebo oxidační číslo 0. Teď pojďme přemýšlet o téhle straně, o produktech. Co se tady děje s oxidem uhličitým? Oxid uhličitý je uhlík dvakrát vázaný na 2 rozdílné kyslíky. Vídíme, že kyslík je jeden z nejelektronegativnějších prvků rozhodně více elektronegativnější než uhlík. Takže v našem hypotetickém světě iontové vazby bychom řekli, že kyslík vezme 4 elektrony. Všechny tyhle vazby by měli jít do různých elektronů. Každý kyslík si vezme 2 elektrony z uhlíku. Uhlík ztratí 4 elektrony. Můžeme říci, že uhlík ztrácí 4 elektrony. Vy ztrácíte 4 elektrony. To vám dává hypotetický kladný náboj +4. Každý z těchto kyslíků získává 2 elektrony. Takže to každému dává hypotetický náboj 2-. A vidíme propojení. 4+. Dvakrát mínus dva je mínus čtyři. To vše se vyruší, je to neutrální molekula. A to vidíme přímo tady, pro mínus 4 plus 4 krát 1+. To je vše neutrální. A to dává smysl, protože tohle jsou neutrální molekuly. A nakonec máte vodu. A už jsme to viděli vícekrát. Kyslík, který má ve skutečnosti kovalentní vazby s vodíkem, v našem hypotetickém světě iontové vazby, kyslík je o trochu víc elektronegativnější. Takže předpokládáme, že si vezme elektrony z vodíků. Takže každý z vodíků ztrácí elektron, dává mu to oxidační číslo 1+ . Mohl bych to napsat ještě takhle. Oxidační číslo 1+. Kyslík získal 2 elektrony. Takže to mu dává oxidační číslo 2-. Takže teď, když máme tohle hotové, pojďme přemýšlet o tom, co je oxidováno a co redukováno. Takže, pojďme se nejprve zaměřit na uhlík. Uhlík začal s oxidačním číslem 4-. Probíhá reakce. A poté, uhlík má teď oxidační číslo 4+ 4+ Takže, jak něco jde od oxidačního čísla 4- k 4+? Možností, jak zvýšit váš náboj, nebo hypotetický náboj, je ztratit elektrony. Pokaždé, když ztratíte elektron, tohle se stává míň záporným. A nakonec se to stane kladným. Takže musíte ztratit 8 elektronů. Takže přímo sem napíšu + 8 elektronů. Vezmete tyto elektrony, dáte je uhlíku. A dostanete tuhle stranu rovnice. A způsob, jakým to právě teď píšu, je nazýváno "poloreakce" kde se nezávisle soustředím na každou elementární součást těhlech reakcí. Takže tady máte uhlík. V této reakci uhlík, v našem světě hypotetické iontové vazby, ztratil 8 elektronů. Jak nazýváme to, když ztrácíme tyhle hypotetické elektrony? Dobře, můžeme si připomenout ; oxidace ztrácí elektrony, redukce je získává. Nebo ztráta elektronů je oxidace, získávání elektronů je redukce. Takže tady je jasné, že se uhlík oxiduje. Ztrácí elektrony. Oxidace je ztráta elektronů. Takže uhlík se oxiduje. Uhlík se oxiduje. Teď pojďme přemýšlet o vodíků. Na levé straně máte 4 vodíky, každý z nich má oxidační číslo 1+. Na pravé straně máte 4 vodíky. Píšeme to trochu jiným způsobem. Můžeme to napsat takhle, 2 H2 každý z nich má oxidační číslo 1+. Oxidační číslo pro vodíky se nezměnilo. Vodíky nebyly ani oxidovány ani redukovány. Pojďme přemýšlet o kyslících. Na levé straně, máte dva O2 s neutrálním oxidačním číslem. O na pravé straně máte co? Máte celkově 4 kyslíky. Tyhle zkombinuji dohromady. Já to napíšu jako celkem 4 atomy kyslíku. Celkově 4 kyslíky. A jaké je oxidační číslo každého z nich? Dobře, vidíme, že je to 2-. Říkám 2-. Takže co se stalo každému z těchto 4 kyslíků? Mohl bych tady napsat 4 O namísto 2 O2. V každém případě se opravdu jen snažím dopočítat kyslíků. Tady mám 4 kyslíky s neutrálním oxidačním číslem, s oxidačním číslem 0. A tady mám 4 kyslíky se záporným oxidačním číslem. Jak jste došli z 0 k zápornému? Každý z nich musel získat 2 elektrony. Jestliže máte 4 kyslíky, každý z nich získal 2 elektrony, dokonce bychom mohli napsat tuto reakci takhle. Vlastně, dovolte mi to napsat takhle. Dovolte mi přesunout tuto část. Takže vyjmout a vložit. Dovolte mi přesunout to trochu na pravou stranu, protože co chci ukázat je získávání elektronů. Takže plus 8 elektronů. Takže, co se stalo s kyslíkem? Dobře, kyslík získal elektrony. Co je získávání elektronů? Redukce je získávání. Získávání elektronů je redukce. Takže kyslík... Kyslík byl redukován. Teď, co oxidovalo uhlík? Uhlík ztratil elektrony ke kyslíku. Takže uhlík je oxidován kyslíkem (oxygen), kvůli čemuž se to taky nazývá "oxidace". A co redukovalo kyslík? Dobře, kyslík vzal tyhle elektrony od uhlíku. Takže kyslík je redukován uhlíkem. A tenhle typ reakce, kde se koná oxidace i redukce, a opravdu to jsou dvě strany stejné mince. Jedna věc je oxidována, jestliže se jiná věc redukuje a naopak. Tohle nazýváme oxidačně-redukční reakce. Oxidačně-redukční reakce. Nebo někdy zkráceně "redoxní." Vezměte "red" z "redukce" a "ox" z "oxidace," a máte "redox." Tohle je redoxní reakce. Něco je oxidováno. Něco jiného je redukováno. Ne všechno je oxidováno nebo redukováno, a my to můžeme jasně vidět, když se nám to zobrazí v těchto poloreakcích. A jeden způsob ke kontrole, zda vaše poloreakce dávají smysl, je sečtení obou stran. Jestliže vezmete tuhle levou stranu a sečtete je, měli byste dostat všechny složky tady mínus elektrony A stejná věc zde. Měli byste dostat všechny složky které máte na pravé straně mínus elektrony. Takže, jeden ze způsobů jak přemýšlet o tom, jestliže jste přidali všechny tyhle věci na levé straně, měli byste dostat tohle plus 8 těchto elektronů na levé straně. Pokud jste všechno přidali, měli byste mít plus 8 elektronů na téhle straně také. A tak 8 elektronů, mohli byste říct: "Pojďme je dát pryč z obou stran." Měli byste dostat původní reakci. A tak vás tady opustím. Tohle je velmi, velmi mocný nástroj v chemii, protože nám opravdu pomáhá přemýšlet o tom, co se vlastně děje uvnitř nějaké reakce.
video