Back to the topics list

redoks reakcije

Razumijevanje redoks reakcija u elektrokemiji

Redoks reakcije, skraćenica za redukcijsko-oksidacijske reakcije, kemijski su procesi u kojima se elektroni prenose između dviju tvari. Te su reakcije temelj razumijevanja raznih kemijskih i fizikalnih pojava, posebice u području elektrokemije.

Osnove redoks reakcija

U redoks reakcijama oksidacija i redukcija se odvijaju istovremeno. Oksidacija uključuje gubitak elektrona od strane atoma ili molekule, dok redukcija uključuje dobivanje elektrona. Tvar koja gubi elektrone zove se redukcijsko sredstvo, a tvar koja dobiva elektrone naziva se oksidacijsko sredstvo.

Da bismo predstavili te procese, koristimo oksidacijske brojeve za označavanje naboja atoma na temelju pretpostavljene raspodjele elektrona među atomima u molekuli. Promjena u oksidacijskim brojevima atoma u redoks reakciji može pomoći u određivanju koje su tvari oksidirane, a koje reducirane.

Elektrokemija i redoks reakcije

Elektrokemija se usredotočuje na proučavanje kemijskih procesa koji uzrokuju kretanje elektrona. Ovo kretanje elektrona stvara električnu struju koja se može iskoristiti za različite primjene. U središtu elektrokemije su elektrokemijske ćelije, koje se mogu podijeliti u dvije glavne vrste:

• Galvanske ili naponske ćelije : ove ćelije pretvaraju kemijsku energiju u električnu kroz spontane redoks reakcije.
• Elektrolitičke ćelije : Za razliku od galvanskih ćelija, elektrolitičke ćelije zahtijevaju vanjski izvor električne energije kako bi inducirale nespontanu redoks reakciju.

Primjeri redoks reakcija u elektrokemiji

Razmotrite cink-bakrenu naponsku ćeliju kao primjer. U ovoj ćeliji metalni cink djeluje kao anoda, a metalni bakar kao katoda. Redoks reakcija može se opisati sljedećim polureakcijama:

• Na anodi (oksidacija): \( Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^- \)
• Na katodi (redukcija): \( Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) \)

Ukupna reakcija stanice može se predstaviti kao:

Ova reakcija pokazuje prijenos elektrona s iona cinka na ione bakra, pokrećući protok električne energije kroz vanjski krug koji povezuje dvije elektrode.

Ravnoteža u redoks reakcijama

Da bi se odvijala redoks reakcija, procesi redukcije i oksidacije moraju biti uravnoteženi. To znači da broj elektrona izgubljenih u polureakciji oksidacije mora biti jednak broju elektrona dobivenih u polureakciji redukcije. Uravnoteženje redoks reakcija često uključuje podešavanje koeficijenata u reakcijskoj jednadžbi kako bi se osiguralo očuvanje mase i naboja.

Primjena redoks reakcija u elektrokemiji

Redoks reakcije imaju brojne primjene u elektrokemiji, od proizvodnje električne energije do galvanizacije metala. Neke značajne primjene uključuju:

• Baterije : Baterije su praktične primjene naponskih ćelija gdje redoks reakcije daju električnu energiju potrebnu za napajanje raznih uređaja.
• Galvanizacija : Ovaj proces koristi elektrolitičke ćelije za nanošenje sloja metala na površinu. To se postiže redukcijom metalnih iona na katodi.
• Korozija : Neželjena oksidacija metala, kao što je hrđanje željeza, je redoks reakcija koja ima značajan ekonomski učinak.
• Fotosinteza i stanično disanje : Ovi biološki procesi uključuju redoks reakcije u kojima biljke pretvaraju ugljični dioksid i vodu u glukozu i kisik, a organizmi pretvaraju glukozu i kisik u ugljični dioksid i vodu, kako bi oslobodili energiju.

Eksperimentiranje s redoks reakcijama

Dostupan eksperiment za istraživanje redoks reakcija uključuje promatranje reakcije između vodikovog peroksida i kalijevog jodida. U ovoj reakciji vodikov peroksid se reducira, a jodidni ioni oksidiraju. Kada se doda mala količina sredstva za pranje posuđa, reakcija proizvodi veliku količinu mjehurića kisika, pokazujući živopisnu redoks reakciju.

Za izvođenje ovog eksperimenta pomiješajte vodikov peroksid s malo sredstva za pranje posuđa u posudi. Dodajte kalijev jodid kao katalizator i promatrajte brzo stvaranje pjene. Ova reakcija "slonovske paste za zube" ne samo da ilustrira koncept redoks reakcija, već također prikazuje njihove dramatične učinke.

Zaključak

Redoks reakcije temeljni su aspekt kemije, osobito u proučavanju elektrokemije. Ove reakcije, karakterizirane prijenosom elektrona između tvari, sastavni su dio našeg razumijevanja načina na koji se kemijska energija pretvara u električnu i obrnuto. Pažljivim proučavanjem i primjenom redoks reakcija možemo iskoristiti njihov potencijal u tehnologiji, pohrani energije, pa čak i biološkim sustavima.