Co to jest utleniacz?

Utlenianie: utrata elektronów, Środek utleniający / utleniający: substancja chemiczna, która może utleniać inny odczynnik. Redukcja: zdobywanie elektronów – potraktuj to jako redukcję ładunku! Środek redukujący: Substancja chemiczna, która może zredukować inny odczynnik.

A utlenianie nigdy nie może nastąpić bez redukcji , co oznacza, że jeśli używasz środka utleniającego do utleniania substancji, to z kolei sam utleniacz ulega redukcji. Zyskuje elektrony utlenionej substancji.

Aby opisać, jak dobrze substancja działa jako utleniacz, używamy potencjałów redukcji , mierzone w woltach! Substancja o dużym, dodatnim potencjale redukcyjnym jest łatwa do redukcji, co z kolei oznacza, że jest dobrym utleniaczem. Podobnie, jeśli substancja ma duży, ujemny potencjał redukcyjny, oznacza to, że trudno jest tę substancję redukować. Dzieje się tak, ponieważ sama dobrze redukuje inne substancje – jest środkiem redukującym.

Aby dowiedzieć się, czy reakcja redoks jest spontaniczna (jeśli potencjalnie może przebiegać samodzielnie), używamy standardowej redukcji potencjały, $ E_0 $ . Dotyczy to stężeń 1 M i temperatury 25 stopni Celsjusza. Sprawdzasz je w swoim podręczniku lub w Internecie.

Przykład: Czy poniższa reakcja jest spontaniczna? $$ \ ce {Cu ^ {2 +} (aq) + 2Ag (s) – > Cu (s) + 2Ag + (aq)} $$

Aby się tego dowiedzieć, najpierw znajdujemy standardowe potencjały redukcji dla każdego uczestniczącego gatunku:

$ \ ce {Cu ^ {2 +} (aq) + 2e- – > Cu (s)}, E_0 = + 0,34V $

$ \ ce {Ag ^ {+} (aq) + e- – > Ag (s)}, E_0 = + 0,80V $

To opisuje, o ile chcą być zredukowane (elektrony GAIN). Jony srebra tego chcą najbardziej! Zwróć jednak uwagę, że w naszej reakcji „prosimy o UTRACENIE elektronów (utlenienie). Dlatego: Nie, reakcja nie jest spontaniczna w wyżej wymienionych standardowych warunkach. Jednak reakcja ODWRÓCONA jest spontaniczna. Aby obliczyć potencjał naszego reakcji, po prostu mówimy:

$$ E_0 = (+ 0,34V) – (+ 0,80V) = -0,46V $$

Potencjał redukcji substancji, której chcemy aby uzyskać elektrony (zredukowane), pomniejszone o potencjał substancji, którą chcemy stracić elektrony (utlenić). Fakt, że wynik jest ujemny, jest tym, co mówi nam, że reakcja nie będzie przebiegać – i że w rzeczywistości będzie przebiegać w Kierunek PRZECIWNY.

Zwróć uwagę, że te potencjały redukcyjne nie mają jednostki Volt bez powodu! Są to prawdziwe potencjały elektryczne. Możesz myśleć o potencjałach elektrycznych jako o „ciśnieniach elektronowych”. Biegun z najwyższym elektronem ciśnienie wyniesie (-), ponieważ elektrony są naładowane ujemnie, a inne będą (+) względem niego.

Pamiętaj że potencjał redukcyjny (chęć przyjęcia elektronów) jonu srebra jest wyższy niż jonu miedzi. Srebro chce pobierać elektrony bardziej niż miedź, co oznacza, że elektrony będą podróżować od miedzi do srebra. równie dobrze można powiedzieć, że miedź chce pozbyć się swoich elektronów bardziej niż srebro – miedź ma wyższe ciśnienie elektronów.

A co z elektroujemnością ? Elektroujemność rzeczywiście w pewnym stopniu koreluje z potencjałami redukcyjnymi, przynajmniej w przypadku prostych reakcji z udziałem czystych pierwiastków. I widać, że Ag rzeczywiście ma wyższą elektroujemność niż Cu, co ma sens. Elektroujemność nie bierze pod uwagę stanów utlenienia różnych gatunków itp. I szybko lepiej jest po prostu pominąć elektroujemność w przypadku reakcji redoks.

Odpowiedź Briana jest bardzo dobra i dokładna, ale jest jeden dość ważny fakt empiryczny, który należy wziąć pod uwagę przy potencjale redukcji. Chociaż różnica w wartościach $ \ ce {E_0} $ może powiedzieć, czy reakcja może nastąpić, nie może powiedzieć, czy reakcja nastąpi . Istnieją inne czynniki, takie jak szybkość reakcji i energia aktywacji, które mogą zakłócać to, co wskazują wartości $ \ ce {E_0} $.

Istnieją dwa wspaniałe filmy z badania CHEM, które pokazują te punkty. Pierwsza, Brom: pierwiastek z morza , przedstawia procedurę utleniania jonu bromkowego w wodzie morskiej do bromu pierwiastkowego. Około 9:30 omawiają wyszukiwanie wartości $ \ ce {E_0} $ w celu znalezienia utleniacza bromu. Najpierw próbują tlenu, co wskazuje na spontaniczną reakcję $ \ ce {E_0} $, ale w rzeczywistości reakcja nie zachodzi, prawdopodobnie dlatego, że szybkość jest zbyt niska. Następnie próbują chloru, który utlenia brom. W tym przykładzie różnica w wartościach $ \ ce {E_0} $ jest większa między $ \ ce {Br_2} $ a $ \ ce {Cl_2} $ niż między $ \ ce {Br_2} $ a $ \ ce {O_2} $ , więc możesz rozsądnie dojść do wniosku, że większa różnica w wartościach $ \ ce {E_0} $ wskazuje na szybszą reakcję.

Niestety, jak pokazuje drugi film, jest coś więcej. Film z badania CHEM na temat Kwas azotowy pokazuje, że kwas azotowy – $ \ ce {HNO_3} $ – może być stosowany jako silny środek utleniający dzięki obecności azotu w stanie $ \ ce {+5} $. Około 10:30 omawiają potencjalne produkty redukcji, które można wytworzyć z kwasu azotowego (głównie gazów azotowo-tlenowych), sprawdzając wartości $ \ ce {E_0} $. Największy potencjał występuje w przypadku azotu, $ \ ce {N_2} $. Ale kiedy przeprowadzany jest eksperyment utleniania metali, produktem jest trujący dwutlenek azotu $ \ ce {(NO_2)} $, a nie $ \ ce {N_2} $, mimo że $ \ ce {NO_2} $ ma mniejszy $ \ ce Wartość {E_0} $. Odpowiedź jest taka, że redukcja do $ \ ce {N_2} $ wymaga wyższej energii aktywacji, aw temperaturze pokojowej ta reakcja przeważnie nie występuje, ale dominuje redukcja do $ \ ce {NO_2} $. Nie zdawanie sobie sprawy z tej możliwości może być dosłownie różnicą między życiem $ \ ce {(N_2)} $ a śmiercią $ \ ce {(NO_2)} $!

Jak zawsze w nauce, eksperymentowanie jest ostatecznym wyznacznikiem co działa. Teoria, taka jak potencjały redukcyjne, pomaga określić, co może zadziałać, ale to dopiero początek procesu.

Komentarze

• Rzeczywiście ważne 🙂

Każdy reagent odciągający elektrony jest utleniaczem, niezależnie od tego, czy występuje w gazie lub faza ciekła (również stała). Nazywa się to po prostu dlatego, że działają jak tlen, a tlen jest najpowszechniejszym utleniaczem na Ziemi.