1. Oxidare
și
Reducere
Un material interactiv pentru licee,colegii și școli profesionale
2. Reacții de Oxidare-Reducere
• Reacții de oxidare -reducere sunt deasemenea numite
reacții redox
• Toate reacțiile redox inplică transferul de electroni de
la un atom la altul.
• Reacțiile redox spontane sunt generate exotermic, şi
putem folosi energia eliberată ca o sursă de energie
pentru alte aplicaţii
converti căldura de ardere în energie mecanică pentru a
muta mașinile noastre
utilizarea de energie electrică într-o baterie de masina
pentru a porni motorul nostru de masina 2
3. Reacțiile de combustie
• Reacţiile de ardere sunt întotdeauna exoterme
• în reacţii de ardere, O2 se combina cu toate
elementele dintr-un alt reactant pentru a obține
produși(oxizi) și energie:
• 4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s) + energie
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) + energie
3
4. Reversul(inversul) reactiilor de ardere
• deoarece reacţiile de ardere sunt exoterme,
reacţiile lor sunt reversibile endotermic
• inversă a unei reacţii de ardere implică
producerea de O2
• energie + 2 Fe2O3(s) → 4 Fe(s) + 3O2(g)
energie + CO2(g) +2 H2O(g) →CH4(g) +2O2(g)
• sunt reacţiile redox -reacţii în care O2 este
consumat sau format,absorbind sau degajând
energie.
4
5. Oxidare și Reducere(REDOX)
Definiția
• Elementul combinându-se cu oxigenul se oxidează
• în reacția CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g), C este
oxidat în această reacţie, dar H nu este
• atunci când un compus pierde(elimină) oxigenul în
cursul unei reacţii,elementul este redus
• în reacția 2 Fe2O3(s) → 4 Fe(s) + 3 O2(g) , Fe s-a redus
• O definiţie a reacțiilor redox este combinarea sau
pierderea(eliminarea) de O, dar nu este cel mai bun
5
6. Oxidare–Reducere(REDOX)
• Considerăm următoarele reacții:
4 Na(s) + O2(g) → 2 Na2O(s)
2 Na(s) + Cl2(g) → 2 NaCl(s)
• Reacţia de adiție dintre un metal și un nemetal.
• În ambele reacții atomii se transformă în ioni: pozitivi
și negativi
4 Na(s) + O2(g) → 2 Na+2O– (s)
2 Na(s) + Cl2(g) → 2 Na+Cl–(s)
6
7. Oxidare și Reducere(REDOX)
e
Altă definiție Definiție
• Transformarea atomilor în ioni,decurge cu
acceptarea sau donarea de electroni.
• Desigur,dacă un atom pierde electroni,atunci alt atom va
accepta.
• Când electronii sunt transferați de la un atom la
altul în timpul reacțiilor se numesc reacţii redox.
• Atomii care pierd(cedează) electroni-se oxidează,
iar atomii care acceptă electroni –se reduc
ror
2 Na(s) + Cl2(g) → 2 Na+Cl–(s)
Na → Na+ + 1 e– oxidare
Cl2 + 2 e– → 2 Cl– reducere
Leo
T 7
8. Oxidare–Reducere
• Oxidarea şi reducerea are loc simultan
• Dacă un atom pierde electroni,atunci altul acceptă electroni
• Reactantul care reduce un element într-un alt reactant se
numeşte agent reducător
Reducătorul se oxidează
• Reactantul care oxidează un element într-un alt reactant
se numeşte agent oxidant
Oxidantul se reduce
De ex: 2 Na(s) + Cl2(g) sunt reactanți,iar 2 Na+Cl–(s)-produs
2 Na(s) + Cl2(g) → 2 Na+Cl–(s)
Na agent reducător ,Na se oxidează, iar
Cl2 agent oxidant, Cl se reduce 8
9. Identificați elementele care sunt oxidați
și reduși ,şi agenţi de oxidare şi de
reducere a
• 2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)
• Fe(s) + Cl2(g) → FeCl2(s)
• Zn(s) + Fe2+(aq) → Zn2+(aq) + Fe(s)
9
10. Identificarea elementelor care sunt
oxidați și reduși ,şi agenţi de oxidare şi
de reducere
• 2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)
Mg se oxidează, O se reduce
Mg agent reducător, O2 agent oxidant
• Fe(s) + Cl2(g) → FeCl2(s)
Fe se oxidează, Cl se reduce
Fe agent reducător, Cl2 agent oxidant
• Zn(s) + Fe2+(aq) → Zn2+(aq) + Fe(s)
Zn se oxidează, Fe se reduce
2+
Zn agent reducător, Fe2+ agent oxidant
10
11. Calcularea electronilor
• Avem nevoie de o metoda pentru determinarea
modului în care electronii sunt transferați de la
un atom la altul,transformându-se în ioni.
• Chimiștii atribuie noțiunea de stare(grad,nivel)
de oxidare, care le permite determinarea
numărului de electroni transferați în reacţie.
• Calculul electronilor cedați sau acceptați va
depinde de starea de oxidare a ionului(ionilor)
din compuși.
11
12. Reguli pentru stări de oxidare
Alocarea
• Regulele sunt în ordinea succesivă
2. Elementul liber are starea de oxidare = 0
Na = 0 cu Cl2 = 0 trec în 2 Na(s) + Cl2(g)
3. ioni monatomici au starea de oxidare egală cu
sarcina ionului
Na = +1 și Cl = -1 în NaCl
4. (a) suma stărilor de oxidare al tuturor atomilor
din compus eate egal cu 0
Na = +1 și Cl = -1 în NaCl, (+1) + (-1) = 0
12
13. Reguli pentru stări de oxidare
1. (b) suma stărilor de oxidare a tuturor atomilor din
compus ionic(poliatomic) este egal cu suma fiecărui
ion(un atom de azot (+5) cu 3 atomi de oxigen (-2) ).
N = +5 și O = -2 ,în NO3–, (+5) + 3(-2) = -1
• (a) Metalele din grupa (I)au starea de oxidare +1 în
toți compușii Na = +1 în NaCl
• (b) Metalele din grupa (II)au starea de oxidare +2 în
toți compușii Mg = +2 în MgCl2
13
14. Reguli pentru stări de oxidare
1. În compuși,nemetalele au starea de oxidare
conform tabelului de mai jos
Nemetalele poa avea starea de oxidare cea mai joasă
Nemetalul Starea de oxidare Exemple
F -1 CF4
H +1 CH4
O -2 CO2
Grupa 7A -1 CCl4
Grupa 6A -2 CS2
Grupa 5A -3 NH3
14
16. Identificați elementele care sunt oxidanți
și reducători
• Br2 Br = 0, (regula 1)
• K+ K = +1, (regula 2)
• LiF Li = +1, (regula 4a) & F = -1, (regula 5)
• CO2 O = -2, (regula 5) & C = +4, (regula 3a)
• SO42- O = -2, (regula 5) & S = +6, (regula 3b)
• Na2O2 Na = +1,(regula 4a) & O = -1,)regula 3a)
16
17. Oxidarea și Reducerea
O mai bună definiție
• Oxidarea se produce atunci când starea unui
atom de oxidare creşte în timpul unei reacţii
• Reducerea se produce atunci când starea
unui atom de oxidare scade în timpul unei
reacţii
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
-4 +1 0 +4 –2 +1 -2
oxidare
reducere
17
18. Identificați elementele care sunt oxidanți
și reducători pentru fiecare reacție
3 H2S + 2 NO3– + 2 H+ → 3 S + 2 NO + 4 H2O
MnO2 + 4 HBr → MnBr2 + Br2 + 2 H2O
18
19. Identificați elementele care sunt oxidanți
și reducători pentru fiecare reacție
red ag ox ag
3 H2S + 2 NO3– + 2 H+ → 3 S + 2 NO + 4 H2O
+1 -2 +5 -2 +1 0 +2 -2 +1 -2
oxidare
reducere
ox ag red ag
MnO2 + 4 HBr → MnBr2 + Br2 + 2 H2O
+4 -2 +1 -1 +2 -1 0 +1 -2
oxidare
reducere
19
20. Bilanțul reacțiilor redox
¢ Elementullui se atribuie stări 2+
Fe + MnO4– → Fe3+ + Mn2+
de oxidarepentru a determina
+2 +7 -2 +3 +2
oxidantul și reducătorul. oxidează
¢ Separăm în semireacții reduce
oxidarea si reducerea Fe2+ → Fe3+
¢ În aceste semireacții lipsește bilanțul MnO4– → Mn2+
material
a) Dacă ionul sau substanța conține mai mulți
atomi de oxigen,atunci se va elibera unindu-se
cu hidrogenul și se va elibera sub formă de Fe2+ → Fe3+
apă,în cazul nostru-mediul acid.
b) Dacă ionul sau substanța conține mai puțini MnO4– → Mn2+
atomi de oxigen decât substanțele
finale,atunci insuficiența lor se completează în MnO4– → Mn2+ + 4H2O
soluțiile acide și neutre cu molecule de apă.
MnO4– + 8H+ → Mn2+ + 4H2O
20
21. Bilanțul reacțiilor redox
¢ Echilibrăm sarcinile ionilor
din ambele semireacții prin Fe2+ → Fe3+ + 1 e-
intermediul electronilor. MnO4– + 8H+ → Mn2+ + 4H2O
¢ Elementul se oxidează eliberând +7 +2
electroni(în cazul Fe) MnO4– + 8H+ + 5 e- → Mn2+ + 4H2O
¢ Semireacția care acceptă electroni se
reduce(în cazul Mn).
¢ Numărul de electroni servesc Fe2+ → Fe3+ + 1 e- } x 5
echilibrul între jumătățile de MnO4– + 8H+ + 5 e- → Mn2+ + 4H2O
reacţii(găsim numitor comun) și
pentru determinarea coeficienților.
¢ Se adună jumatățile de reacţii, 5 Fe2+ → 5 Fe3+ + 5 e-
electroni şi speciile comune se reduc. MnO4– + 8H+ + 5 e- → Mn2+ + 4H2O
¢ Verificăm
5 Fe + MnO4– + 8H+ → Mn2+ + 4H2O + 5 Fe3+
2+
21
26. Va avea loc o reactie?
• reacţii favorabile energetic sunt spontane
• energia de activare poate fi atât de mare
încât reacția să fie încetenită
• reactivitatea relativă ale metalelor pot fi
folosite pentru a determina dacă unele
reacţii redox sunt spontane(din seria
tensiunii pentru metale).
26
27. Reacţii redox ireversibile
• Reacții de substituție
• Un element mai activ substitue un element
mai puțin activ din punct de vedere chimic
metalele substitue alte metale sau H
Cu + 2 AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2 Ag
Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2
nemetalele substitue alte nemetale,
2 KI + Br2 → 2 KBr + I2
Carbonul substitue metale din oxizi
3 C + Fe2O3 → 3 CO + 2 Fe
• Sunt reacții redox,deaore elementul își schimbă gradul de oxidare
27
28. Substutue
Substitue
Substitue
K
KK Substitue H2
H2 2
H
Seria de activitate a metalelor K
Ba
Ba
Ba
Ba
Sr
SrSr
2
from
rapide
rapide
from
cold
Sr
Ca
Ca
Ca cold
H2O
• Metalele :Li,Na,K,,sunt metale Ca
Na
Na
Na H2O
Reacționează Reacționează O2 O2 formând oxizi
Na
active Mg
Mg
Mg
Reacț O2 formândcu formând oxizi
Mg
Al
Al from
rapide
from
ționează cu formând oxizi
Al
• Metalele reactive lista de mai Al
Mn
Mn
Mn
from
steam
steam
Mn
Zn
Zn steam
sus de H se va dizolva în acid Zn
Zn
Cr
Cr
Cr
Cr
Reaccu ioneazăcu O2oxizi
• Metalele sub H sunt mai Fe
Fe
Fe
Fe
Cd
Cd
Cd
pasive Aurul este Cd
Co
Co
. Co
Co from țio-
from
Reac
la partea
• Pt,Au sunt metale nobile Ni
Ni
Ni
Ni
from cu
acids
nează
acids
Sn
Sn
Sn acids
de jos, aşa Sn
Pb
Pb
Pb
acizii
Pb
Zn + Fe2+ → Fe + Zn2+ că este H
H
HH
Sb
Sb
Sb
foarte Sb
Cu + Fe → nu reacționeazănereactiv
2+ As
As
As
As
Bi
Bi
Bi
Zn + 2 H → H2 + Zn
+ 2+ Bi
Cu
Cu
Cu
Cu
Hg
Hg
Hg
Zn este înaintea Fe, deci Cu
Fe este înaintea Cu,
Zn este înaintea H, deci Zn Hg
Ag
Ag
Ag
Ag
Pd
Pd
va substitui Fe ț Fe2+
nu va substitui
deci Zn va reac2+iona cu acizii Pd
Pd
Pt
Pt
Pt 28
Pt
Au
Au
Au
Au
29. Mg este înaintea
Cu în seria activității
Mg va reacționa a metalelor Dar Cu nu va
cu Cu2+ se reacționa cu Mg2+
formează Mg2+
și Cu
29
31. Care sunt produșii?
• 3 Mg + 2 H3PO4 → Mg3(PO4)2 + 3 H2
• Cu + H2SO4 → nu reacționează
• 2 Al + 3 Fe2+ → 2 Al3+ + 3 Fe
31
32. Celule Electrochimice(Pile chimice)
• electrochemia studiază reacțiile redox care produc sau
consumă current electric(energie electrică) .
• conversia dintre energia chimică şi energie electrică se
realizează într-o celulă electrochimică(pile chimice)
• reacţii spontane redox vor avea loc într-o celulă
voltaică
de asemenea, cunoscut sub numele de celule galvanice
bateriile se numesc celule voltaice
• Reacții redox nespontane consumă curent electric (are
loc la fiecare electrod,o reacție chimică) în pile chimice
reversibile.
32
33. Celule Electrochimice(Pile chimice)
• Reacțiile de reducere și oxidare sunt separate
jumătate de celulă
• fluxul de electroni printr-un fir, împreună cu fluxul de
ioni, printr-o soluţie constituie un circuit electric
• necesită un conductor solid (metal sau grafit),pentru
a permite transferul/migrare de electroni.
prin circuitul exterior
• schimbul de ioni,este în soluția ionică, dintre cele
două jumătăţi ale pilei chimice se numește:
electrolit
33
34. Electrozi
• Anod
electrod are loc procesul de oxidare.
Anionii sunt atrași de anod.
conectat la capatul pozitiv(+) al bateriei în celula
electrolitică.
pierde în greutate în celulă electrolitică.
• Catod
electrod are loc procesul de reducere.
Cationii sunt atrași de catod.
conectat la capatul negativ(-) al bateriei în celula
electrolitică.
electrod în cazul în care are loc în placare galvanizare.
Câştigă în greutate în celulă electrolitică.
34
36. Curentul și Voltajul
• Numărul de electroni care parcurg prin
sistem intr-o secundă se numește current
Suprafaţa electrodului dictează numărul de
electroni care pot parcurge
• cantitatea de forță ce împinge electronii
prin cablu este tensiunea - voltaj
mai departe metalele sunt aranjate în seria de
activitate sau de tensiunea lor
36
37. Curentul electric-mișcare orientată a particulelor
încărcate cu sarcini electrice.
Curentul
Curent electric continuu-curent electric al cărei sens
și a cărei intensitate nu variază în timp.
Curent electric alternativ -curent electric al cărui
sens și a cărui intensitate variază periodic în timp.
Cantitatea de apă
Mișcându-se într-o
direcție variindu-se cu
timpul.
37
38. Voltajul
cantitatea de forță
ce împinge electronii
prin cablu este
tensiunea - voltaj
.
Gravitaţia este forţa
de tracţiune de apă
în jos pe râu.
38
39. Sunt surse care
Batteria generează curent
electric,printr-un proces
chimic(și în parte
fizic) la care participă
un electrolit(soluție).
• Componentele
principale ale unei pile
sunt cei doi electrozi
ai ei împreună cu
electrolitul din jurul
său.
• Electrozii sunt uniți
în exteriorul pilei
printr-un conductor
electric,prin aceasta
trece un curent
electric,deci circulă
electronii de la
electrodul negativ la
cel pozitiv.
39
40. LeClanche’ Acidică Dry Cell
• electrolit în formă de pastă ZnCl2 + NH4Cl
sau MgBr2
• anodul = Zn (sau Mg)
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-
• catodul = cilindru de grafit
• MnO2 se reduce
• 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq) + 2 H2O(l) + 2 e- → 2 NH4OH(aq) + 2 Mn(O)OH(s)
• Celula voltaică = 1.5 v
• scumpă, nonreșargabilă, grea, se corodează uşor
Tro's Introductory Chemistry, 40
Chapter 16
41. Alcalină Dry Cell
• aceeaşi celulă de bază ca și la celula de uscat
acidă, cu excepţia electrolitului care este alcalin
pasta KOH
• anodul = Zn (sau Mg)
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-
• catodul = tijă de alamă
• MnO2 se reduce
• 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq) + 2 H2O(l) + 2 e- → 2 NH4OH(aq) + 2 Mn(O)OH(s)
• celula voltaică = 1.54 v
• viaţă de depozitare şi coroziune e mai lungă decât celulele
acide uscate, sunt reincarcabile 41
42. Acumulatorul de Plumb
• 6 celule în serie
• electrolitul = 6 M H2SO4
• anodul = Pb
Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2 e-
• catodul = Pb acoperită cu PbO2
• PbO2 se reduce
• PbO2(s) + 4 H+(aq) + SO42-(aq) + 2 e- → PbSO4(s) + 2 H2O(l)
• celula voltaică = 2.09 v
• Regenerabilă,
42
43. Pile de combustie
• Într-o pilă compusă dintr-un electrod de hidrogen cuplat cu un electrod de
oxigen,reacția producătoare de energie electrică este
2H2+O2=2H2O(formarea apei)
• Anodul și Catodul împreună sunt acoperite cu metal de Pt
• Electrolitul este soluția OH–
• Reacția anodică: 2 H2 + 4 OH– → 4 H2O(l) + 4 e-
• Reacția catodică: O2 + 4 H2O + 4 e- → 4 OH–
43
44. Coroziinea
• Coroziunea este oxidarea spontană a unui metal în
produse chimicecu mediul înconjurător
• din moment ce multe materiale pe care le folosim sunt
active, metale, coroziunea poate fi o problema foarte mare
44
45. Prevenirea Coroziunii
• O modalitate de a reduce sau de a incetini
coroziunea este pentru a acoperi suprafata de
metal
• să-l păstraţi de la contactul chimic-corozive în
mediul,
• cum ar fi Al, formează un oxid rezistent, care se
ataseaza la suprafata de metalului ca o peliculă
de protecție,
• altă metodă de a proteja metalul este să-l ataşaţi
la un metal mai reactiv, care este electrod ieftin
de sacrificiu 45
