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–
- elektrolýza taveniny NaCl
- 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 O2- O2 + 4e–
- výroba Na:
- elektrolýza – působení stejnosměrného el.proudu na elektrolyt (roztok nebo tavenina iontové sloučeniny, která díky volným elektronům vede el.proud)
- 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
- diafragmový způsob :
- 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
- elektrolýza vodného roztoku NaCl, dva způsoby :
kovy jsou seřazeny podle stoupajících hodnot standardních elektrodových potenciálů
standardní elektrodový (redoxní) potenciál – (E0ox/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)