Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto
Oxidace a redukce jsou chemické reakce spojené s výměnou elektronů. Při oxidaci látka elektrony uvolňuje a její oxidační číslo se zvyšuje. Při redukci látka elektrony přijímá a její oxidační číslo se snižuje. Reakce hoření vodíku na vzduchu probíhá explozívně podle rovnice 2H 2 + O 2 2H 2 O Můžeme pozorovat oxidaci vodíku. Celkem čtyři atomy vodíku uvolňují každý po jednom elektronu. Oxidační číslo vodíku se při reakci mění z 0 na +I. Čtyři uvolněné elektrony přijímá redukující se kyslík. Každý atom kyslíku přijme dva elektrony. Oxidační číslo kyslíku se při reakci mění z 0 na II.
Oxidační činidlo je látka, která při oxidačně-redukční reakci vyvolává oxidaci jiné látky a sama se při tom redukuje. Redukční činidlo je látka, která při oxidačně-redukční reakci vyvolává redukci jiné látky a sama se při tom oxiduje. Při korozi železa vzniká oxid železitý. Reakce probíhá podle rovnice. 4Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 Oxidačním činidlem způsobujícím korozi železa je kyslík. Při aluminotermické výrobě chrómu probíhá vyredukování kovového chrómu z nerostu chromitu podle rovnice Cr 2 O 3 + 2Al 2Cr + Al 2 O 3 Redukčním činidlem způsobujícím vyredukování chrómu je kov hliník.
Význam a využití oxidačně - redukčních dějů a) Výroba významných sloučenin b) Elektrické články a akumulátory c) Elektrolýza d) Výroba kovů e) Koroze f) Pokovování g) Oxidačně redukční odměrná analýza h) Automobilový katalyzátor
a) S pomocí oxidačně redukčních reakcí se vyrábí řada důležitých sloučenin. Například kyselina chlorovodíková, amoniak, kyselina dusičná, kyselina sírová a další. H 2 + Cl 2 2HCl 3H 2 + N 2 2NH 3 4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O 2NO + O 2 2NO 2 2NO 2 + H 2 O HNO 3 + HNO 2 S + O 2 SO 2 2SO 2 + O 2 2SO 3
b) Ponoříme-li do roztoku síranu měďnatého dvě elektrody, jednu z mědi, druhou ze zinku a vodivě je spojíme přes citlivý galvanoměr, ukáže přístroj výchylku. Vytvořili jsme jednoduchý elektrický článek. Jeho napětí bude záviset na koncentraci roztoku síranu měďnatého. Příčinou jsou chemické reakce. Měďnatá sůl se bude oxidovat na kovovou měď, zinek se bude rozpouštět za vzniku zinečnaté soli. Cu +II + 2e Cu Zn Zn +II + 2e Sumárně CuSO 4 + Zn ZnSO 4 + Cu Olověnný akumulátor je založen na oxidačně-redukční chemické reakci Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O
c) Výroba hliníku z taveniny bauxitu a kryolitu se provádí elektrolýzou. Tavenina v elektrolyzéru se rozkládá působením stejnosměrného elektrického proudu. Na záporné elektrodě katodě probíhá vyredukování hliníku. Na kladné elektrodě- anodě probíhá oxidace a vzniká kyslík. Ten okamžitě reaguje s uhlíkem anody na oxid uhličitý. Rovnice sumárně 2Al 2 O 3 4Al + 3O 2 Rovnice na katodě 4Al +III + 12e 4Al Rovnice na anodě 6O -II 3O 2 + 12e
d) Výroba kovů z rud využívá oxidačně redukčních reakcí. Železo se vyrábí ve vysokých pecích z železných rud redukcí uhlíkem a oxidem uhelnatým. Redukcí uhlíkem se vyrábí mnoho dalších kovů například olovo, cín, zinek a bizmut. Chróm se vyrábí z chromitu aluminotermicky, redukcí hliníkem. Aluminotermicky se vyrábí také mangan. Sodík se vyrábí z taveniny chloridu sodného elektrolýzou redukcí na katodě. Na anodě vzniká chlór. Germanium se vyrábí z oxidu germaničitého obsaženého v elektrárenském popílku redukcí vodíkem. Také molybden, wolfram a čisté železo se mohou připravit z oxidů redukcí vodíkem. Při kyanidovém způsobu získávání zlata se tento ušlechtilý kov vyredukovává zinkem.
e) Při korozi se železo oxiduje vzdušným kyslíkem na oxid železitý, rez. Dochází tak k pomalému rozpadu železných předmětů. Ochranou jsou nátěry nebo pokovování. Zamezí se přístupu kyslíku. f) Nejběžnějším pokovováním je pozinkování, pocínování nebo postříbření. Může se provádět elektrolyticky na katodě, nebo s využitím elektrochemické řady kovů. Kovy jsou seřazeny podle svých oxidačně redukčních vlastností do řady. Vlevo stojí kovy které se snadněji oxidují než redukují. Směrem doprava postupně klesá schopnost se oxidovat a roste schopnost se redukovat. Nejvíce vlevo stojí alkalické kovy. Pak kovy 2.A skupiny PSP. Následují přechodné kovy. Nakonec stojí kovy ušlechtilé. Ponoříme-li do roztoku dusičnanu stříbrného měděnou minci, po chvíli pozorujeme, že se postříbřila. Měď leží v elektrochemické řadě vlevo od stříbra. Měď se rozpouští na měďnatou sůl, oxiduje se. Ze stříbrné soli se na povrchu mědi vylučuje stříbro redukcí. 2AgNO 3 + Cu Cu(NO 3 ) 2 + 2Ag
g) Jednou z metod kvantitativní analýzy - zjišťování obsahu složky ve vzorku je odměrná analýza. Stanovovaná složka a činidlo spolu reagují v roztoku až do úplného spotřebování stanovované složky. Její obsah se pak vypočítá z chemické rovnice. Část odměrné analýzy využívá oxidačně redukčních reakcí. Při manganometrii lze stanovit obsah železnatých solí v roztoku reakcí s roztokem manganistanu draselného. 10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 5Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O h) Škodlivé plyny vznikající spalováním kapalných paliv v automobilových motorech se mění oxidačně redukční reakcí katalyzovanou platinou (platinový katalyzátor) na dusík a oxid uhličitý. Pt 2NO + 2CO N 2 + 2CO 2
Použitá literatura MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. 3., přeprac. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005, 240 s. ISBN 80-7182-055-51. ŠRÁMEK, Vratislav a Ludvík KOSINA. Obecná a anorganická chemie. 2. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2000, 262 s. ISBN 80-718-2099-7. STS-51-L. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2013-06-05]. Dostupné z: cs.wkipedia.org/wiki/sts-51-l
Registrační číslo projektu Šablona Autor Název materiálu CZ.1.07/1.5.00/34.0951 III/2 INOVACE A ZKVALITNĚNÍ VÝUKY PROSTŘEDNICTVÍM ICT Ing. František Paseka 19. Oxidace a redukce Ověřeno ve výuce dne 11. 6. 2013 Předmět Ročník Klíčová slova Anotace Metodický pokyn Chemie První Oxidace, redukce, oxidační činidlo, redukční činidlo, oxidační číslo, elektrický článek, elektrolýza, katoda, anoda, elektrochemická řada, pokovování, aluminotermie, odměrná analýza, manganometrie, koroze. Na počátku prezentace jsou vysvětleny základní pojmy. Oxidace, redukce, oxidační a redukční činidlo. Následující snímky jsou věnovány významu a využití oxidačně redukčních dějů. Jednotlivé způsoby jsou dokumentovány příklady. Prezentace je určena jako výklad do hodiny i jako materiál určený k samostudiu Počet stran 13 Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora.