Redoxní děje – maturitní otázka

Otázka: Redoxní děje

Předmět: Chemie

Přidal(a): Tereza

Chemická reakce – acidobazické a redoxní reakce, základní typy reakcí v organické chemii

podstata chemického děje
- děj, při nemž se za vhodných věnjších podmínek přeměnují reaktanty na produkty
- reaktant = výchozí látka, která vstupuje do chem,reakce
- produkt = nově vzniklá látka, vystupuje z chemické reakce
- A + B → C + D

acidobazické děje
- děje, které probíhají mezi kyselinami a zásadami
- Bronstedo teorie:
  - kyselina je látka schopná odštěpovat proton (poskytuje ho jiné látce), jeho uvolněním se z ní stane zásada
  - zásada je látka schopná příjmat proton, jeho přijetím se z ní stane kyselina
  - konjugovaný pár tvoří vždy dvojice kyselina – zásada lišící se o proton, při protolytických reakcích spolu vždy navzájem reaguje kyselina jednoho konjugovaného páru se zásadou druhého konjugovaného páru
- autoprotolýza:
  - reakce, která probíhá mezi dvěma molekulami rozpouštědla, z nichž jedna raeguje jako kyselina a druhá jako zásada
- iontový součin vody:
  - voda je mfoterní látka → může příjmat a odevzdávat proton (kyselina i zásada), její disociací vzniká oxoniový kationt H₃O⁺ a hydroxylový aniont OH^–
  - disociace vody se nazývá autoprotolýza vody 2 H₂O → H₃O⁺ + OH^–
  - iontový součin vody: z rovnovážné konstanty autoprotolýzy vody můžeme odvodit iontový součin vody
- redoxní děj – reakce, při které se mění oxidační čísla atomů, tvořena dvěma poloreakcemi probíhajícími současně → oxidace a redukce
  - rekace, při níchž docházi k přenosu elektronů mezi reakčními složkami
  - oxidace = oxidační číslo se snižuje
  - redukce = oxidační číslo se zvyšuje
  - oxidační číslo – definuje součet pozitivních a negativních nábojů v atomu, peřímo udává počet přijatých nebo odevzdaných elektronů, smysl má pouze tehdy účastní-li se astom iontové polární vazby
    - přijímá elektrony → záporné číslo – aninon
    - odevzdává elektrony ->kladné číslo – kation
  - oxidační činidlo – látka, která způsobuje oxidaci jiné látky a sama se redukuje, je akceptorem elektronů (elektronegativní nekovy: F₂, O₂, Cl₂, Br₂; některé kationty přechodných kovů: Au³⁺, Ag⁺, Fe³; anionty kyslíkatých kyselin: MnO₄^–,ClO₄^–; oxidy prvký s vyššími oxidačními čísly a peroxidy: MnO₂, PbO₂, H₂O₂)
  - redukční čičnidlo – látka, která způsobuje redukci jiné látky a sama se oxiduje, je donorem elektronů (málo elektronegativní prvky: I.-III.A skupiny; ionty kovů s nízkým oxidačním číslem: Cr₂⁺, Sn₂⁺; iontové hydridy, oxidy s nízkým oxidačním číslem: LiH, NaH, CO)
- elektrochemická řada napětí kovů:
  - Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au
  - klesá schopnost uvolňovat elektrony-> klesá reaktivita, klesá schopnost být redukčním činidlem
- redoxní děje v chemických výrobách
  - elektrolýza – působení stejnosměrného el.proudu na elektrolyt (roztok nebo tavenina iontové sloučeniny, která díky volným elektronům vede el.proud)
    - výroba Na:
      - elektrolýza taveniny NaCl
        
        katoda – Fe : probíhá redukce 2 Na⁺ + 2e^–  2 Na
        
        anoda – C : probíhá oxidace 2 Cl^–  Cl₂ + 2e^–
    - výroba Al :
      - elektrolýza taveniny Al₂O₃ (bauxit, pro snížení teploty tání se přidává kryolit Na₃[AlF₆]) při cca 950°C
      - katoda – grafitové dno nádoby : Al³⁺ + 3e^–  Al
      - anoda – grafitové tyče : 2 O^2-  O₂ + 4e^–

výroba NaOH :
- elektrolýza vodného roztoku NaCl, dva způsoby :
  - diafragmový způsob :
    - katoda i anoda – železná, anodový a katodový prostor oddělen tzv. diafragmou, která zamezuje reakci chloru a vodíku, ale umožňuje proudění proudu
    - katoda : 2 H₃O⁺ + 2e^–  H₂ + H₂O
    - anoda : 2 Cl^–  Cl₂ + 2e^–
    - ionty Na⁺ a OH^– zůstávají v roztoku
    - celkově : 2 NaCl + 2 H₂O  2 NaOH + Cl₂ + H₂
  - amalgamový způsob :
    - novější, katoda je rtuťová
    - katoda – vrstva Hg na dně : redukce Na⁺, vznik amalgamu (slitiny rtuti a sodíku)
    - anoda – grafitové tyče : obdobně jako a) – vylučuje se chlor
    - v odděleném prostoru (rozkladném žlabu) amalgam (resp. sodík v něm) reaguje s vodou :2 Na + 2 H₂O  H₂+ 2 NaOH
- základní typy reakcí v organické chemii
  - homolýza – kovaletní vazba tvořená atomy se stejnou elektronegativitouštěpí symetricky tak, že každá ze vzniklých částic si nechá jeden elektron a vytvoří se radikály
  - heteroláza – je opakem homolýzy, vazba se štěpí nesymetricky, vázané částice mají velký rozdíl elektronegativit, elektronegativnější částice se ponechá celý elektronový pár z vazby a vznikají ionty
  - činidla: substrát – nejsložitější reaktant, jehož přemena nás zajímá; atakující činidlo – látka, jejíž interakcí se substrátem je přeměna umožněna
  - adice – reakce, při níž se na organicou sloučeninu nesoucí násobnou vazbu adují(přidávají) molekuly jiné látky (vody, halogenovodíků) a násobná vazba zaniká
    - elektrofilní adice – elektrofilní činidlo (činidlo s elektronovým deficitem) reaguje s pí-elektrony násobných vazeb
    - nukleofilní adice – nukleofilní činidlo (obsahuje nevazebný elektronový pár) se aduje na uhlík ve vazbě nesoucí částečný kladný náboj, reakce je typická pro karbonylové sloučeniny
  - eliminace – reakce, při níž dochází k odštěpení jednoduché anorganické sloučeniny a současně se tvoří násobná vazba
    - dehydratace = oštěpuje se molekula vody, dehydrogenace = odštěpuje se molekula vodíku
  - substituce – reakce, při níž je atom nebo skupina atomů zaměněna za jiný atom nebo skupinu atomů, násobnost vazby se nemění
    - radíkálová substituce – sloučeniny s nepolárními kovalentními vazbami (alkany), homolytické štěpení → radikály (velmi reaktivní částice s nepárovým elektronem), chlorace
    - elektorfilní substituce – aromatické uhlovodíky, reagují s elektrofilním činidlem (vzniká během reakce), nitrace arenů
    - nukleofilni substituce – nukleofilní činidlo reaguje s uhlíkovým atomem a částečně s kladným nábojem, typické pro alkylhalogeny
  - přesmyk – izomerační reakce, dochází k přeskupení atomů uvnitř molekuly

kovy jsou seřazeny podle stoupajících hodnot standardních elektrodových potenciálů

standardní elektrodový (redoxní) potenciál – (E⁰_ox/red) charakterizuje snahu částic (ve standardním stavu) přijímat nebo odevzdávat elektrony, je dán rovnovážným napětím galvanického článku, sestaveného z elektrody příslušného kovu a tzv. standardní vodíkové elektrody (která má definovanou hodnotu potenciálu nulovou)

kovy stojící v řadě nalevo od vodíku se nazývají neušlechtilé kovy, kovy stojící napravo jsou ušlechtilé kovy

oxidační (redukční) vlastnosti prvků rostou (klesají) zleva doprava

prvek stojící v řadě vlevo působí jako redukční činidlo na prvky stojící od něj napravo

to se projevuje tím, že kovy v řadě více vpravo mohou vytěsnit kovy od nich nalevo z roztoků jejich solí

neušlechtilé kovy mají E⁰ < 0, snadno tvoří kationty, např. E⁰ (Na⁺/Na) = -2,713 V

ušlechtilé kovy mají E⁰ > 0, např. E⁰ (Au³⁺/Au) = 1,420 V

pouze kovy, které jsou od vodíku nalevo, jsou schopny jej vytěsnit s kyselin

průběžně zleva doprava klesá reaktivita kovů vůči vodě a kyselinám : po vápník reagují s vodou za studena za vzniku vodíku a příslušného hydroxidu, až po železo reagují s vodní parou na vodík a oxid, s neoxidujícími kyselinami reagují všechny neušlechtilé kovy na vodík a sůl

ušlechtilé kovy reagují pouze s kyselinami se silnými oxidačními účinky (např. Cu, Ag – s HNO₃ nebo H₂SO₄ za horka, Hg, Au – reagují až s lučavkou královskou)

Příklady zákonitostí :

2 Na + 2 H₂O -> H₂ + 2 NaOH (Na vytěsnil (vyredukoval) vodík)
Fe + CuSO₄ -> Cu + FeSO₄ (železo vyredukovalo měď z její soli)

Další podobné materiály na webu: