reakcja redoks

reakcja redoks
N., liczba mnoga: reakcje redoks

definicja: w biologii, reakcja biochemiczna, w której liczba utleniania atomu(s) zmieniła się

definicja reakcji redoks

czym są reakcje redoks? Jest to powszechne określenie w chemii i biologii. W chemii reakcja redoks jest jednym z rodzajów reakcji chemicznych polegających na zmianie Stanów utleniania atomów. W tej reakcji zachodzi rzeczywisty transfer lub przesunięcie elektronów, które ma miejsce między różnymi gatunkami chemicznymi. W tej reakcji jeden gatunek traci elektrony, podczas gdy drugi zyskuje elektron. (Olson, 2021) mówi się, że gatunki, które zyskują elektron, są redukowane, podczas gdy gatunki, które utraciły elektron, są utleniane. W biologii reakcja redoks definiuje wszystkie aspekty życia, ponieważ jest to forma reakcji zachodząca w wieloaspektowych procesach biologicznych.

co bierze udział w reakcjach redoks? Zgodnie z regułą reakcji redoks reakcja składa się z dwóch części i zawsze występują razem. Są to połowa zredukowana i połowa utleniona. Reakcje pół-redukcji i pół-utleniania to rodzaje dwóch form pół-reakcji reakcji redoks. (MindTouch, 2021)

Jak określić reakcję redoks?

reakcja redoks jest zawsze określana przez zmianę stanu utleniania dwóch atomów. Jeśli nie ma zmian w liczbie utleniania, to nie ma reakcji redoks. Inną cechą reakcji redoks jest to, że składa się z dwóch jednoczesnych procesów, stąd nazwa. Aby to lepiej zrozumieć, przyjrzyjmy się definicjom utleniania i redukcji. Co to jest utlenianie? Utlenianie to proces zwiększania stanu utleniania atomu, jonu lub cząsteczki. Mówiąc najprościej, oznacza to utratę elektronu. Co to jest redukcja? Redukcja to proces zmniejszania stanu utleniania atomu, jonu lub cząsteczki. Lub po prostu odnosi się do uzyskania elektronu. (Tak, redukcja w tym zakresie oznacza „zyskanie”). W reakcji redoks, podczas gdy jeden traci elektron, drugi go zyskuje.

rodzaje reakcji redoks

są to różne rodzaje reakcji redoks i każdy z nich jest wyjaśniony poniżej.

1. Reakcja Rozkładu
2. Reakcja Połączenia
3. Reakcja Przesunięcia
4. Reakcja Dysproporcji

1. Reakcja rozkładu

jak sama nazwa wskazuje, w reakcji rozkładu, reagent jest dzielony lub dzielony na różne składniki: AB → A + B

przykłady:

• 2nah → 2na + H2
• 2H2O → 2H2 + O2

powyższe produkty powstają w wyniku rozkładu reagenta. W rezultacie powstają mniejsze związki chemiczne.
jednak w niektórych przypadkach nie każda reakcja rozkładu musi być również reakcją redoks. Na przykład CaCO3 → Cao + CO2 jest reakcją rozkładu, ale nie reakcją redoks. Dlaczego nie jest to reakcja redoks? Reakcja rozkładu CaCO3 → cao + CO2 polega na dysocjacji składników, ale nie ma zmian w Stanach utleniania. Liczba utleniania nie uległa zmianie, co ma się zmienić, gdy jest reakcją redoks.

2. Reakcja skojarzona

odwrotnością reakcji rozkładu jest reakcja skojarzona . W reakcji tej zachodzi kombinacja dwóch reagentów i powstaje produkt: A + B → AB

przykłady:

• H2+Cl2 → 2hclc+ O2→CO2
• 4Fe + 3O2→2Fe2O2

3. Reakcja przemieszczenia

jak sama nazwa wskazuje, reakcja ta polega na zastąpieniu jonu lub atomu z pierwiastka na jon lub atom innego pierwiastka: X + YZ → XZ + Y . Reakcje przemieszczenia mają dwie formy. Są to reakcje przemieszczeń metali i reakcje przemieszczeń niemetalicznych.

• przemieszczenie metalu :w reakcjach przemieszczenia metalu zwykle metal jest zastępowany przez inny metal. Przykładem jest CuSO4+Zn→Cu + ZnSO4. Reakcje przemieszczeń metali są stosowane w procesie metalurgicznym do otrzymywania czystych metali z ich rud.
• przemieszczenie niemetalowe: w reakcji przemieszczenia niemetalowego do przemieszczenia stosuje się wodór H2 lub czasami tlen O2.

4. Reakcja dysproporcjonowania

w reakcji dysproporcjonowania pojedynczy reagent redukuje się, jak również utlenia.

przykład:

P4 + 3naoh + 3H2O → 3nah2po2 + PH3

środki utleniające i redukujące

w reakcjach redoks istnieją dwa rodzaje środków chemicznych. Są to środki utleniające (utleniacze) i środki redukujące (reduktory). Rozróżnijmy je, rozumiejąc ich rolę w procesach utleniania i redukcji.

Standardowy potencjał elektrody

Standardowy potencjał elektrody jest uważany za wartość standardowej siły elektromotorycznej (emf) takiej komórki, w której cząsteczki wodoru (H2) są utleniane w postaci solwatowanych protonów, pod standardowym ciśnieniem.

jaki jest cel reakcji redoks w ogniwie elektrochemicznym?

reakcja redoks jest podstawą ogniwa elektrochemicznego. Można go podzielić na dwie pół-reakcje, utlenianie na anodzie i redukcję na katodzie. Ze względu na różnicę między potencjałem elektrycznym dwóch elektrod generowana jest energia elektryczna. A ze względu na różnicę między potencjałami dwóch metalowych elektrod, powstaje różnica potencjału dla elektrolitu. Służy do pomiaru mocy redukcyjnej dowolnego elementu lub związku.

nie ma prostego i łatwego sposobu dokładnego pomiaru potencjału elektrody lub potencjału elektrolitu. Zmiany ciśnienia, temperatury czy stężenia wpływają nie tylko na potencjał elektryczny, ale także na równania elektrochemiczne. W reakcji redoks potencjał utleniania jest ujemny potencjału redukcji, więc wystarczy obliczyć jeden z potencjałów. Z tego powodu standardowy potencjał elektrody jest również zapisywany jako standardowy potencjał redukcji.

jeśli wartość standardowego potencjału redukcyjnego jest większa, redukcja (pozyskanie elektronu) staje się łatwiejsza. Na przykład standardowy potencjał redukcji F2 wynosi +2,87 V, A Dla Li+ wynosi -3,05 V.

ale co z biologią? Jaki jest cel reakcji redoks w komórce biologicznej?
w komórce biologicznej istnieją różne cele reakcji redoks, takie jak podczas metabolizmu cząsteczka cukru jest rozkładana na wodę, dwutlenek węgla i energię. Następuje przeniesienie 48 elektronów z atomu węgla w cukrze do tlenu wraz z uwolnieniem energii.

C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6co2(g) + 6H2O(l) + energia

innym celem reakcji redoks w żywym ciele jest komunikacja komórkowa. Reaktywne cząsteczki zawierające tlen w komórce odgrywają rolę cząsteczek sygnalizacyjnych. Na przykład reaktywne cząsteczki zawierające tlen (O2, H2O2, NO) są wytwarzane w komórce w kontrolowany sposób podczas reakcji redoks. Substancje te mają różne role, takie jak gojenie się ran, stan zapalny, starzenie się i zaprogramowana śmierć komórki.

według nowszych badań reakcja redoks może być również wykorzystywana w komórkach do leczenia raka. Klasa leków leczenia raka zwiększa produkcję reaktywnych cząsteczek zawierających tlen w organizmie nowotworu, który ostatecznie zabija komórki nowotworowe.

przykłady reakcji redoks

niektóre przykłady reakcji redoks są następujące.

przykład 1: reakcja pomiędzy wodorem i fluorem

w reakcji fluoru i wodoru utlenianie zachodzi w wodorze, podczas gdy redukcja zachodzi w fluorze. Wodór i fluor łączą się i tworzą fluorowodór.

poniższe równanie pokazuje reakcję: H2 + F2 → 2HF
równanie utleniania to H2 → 2h+ + 2e–
równanie redukcji to F2 + 2e– → 2F–

przykład 2: reakcja między żelazem a nadtlenkiem wodoru

nadtlenek wodoru utlenia jon żelaza Fe2+ do jonu żelaza Fe3+ w obecności kwasu. W rezultacie powstaje jon wodorotlenkowy. Nadtlenek wodoru reaguje z protonem, który jest przekazywany przez kwas do tworzenia wody.

2fe22+ + H2O2 + 2h+ → 2fe3+ + 2H2O
połowa reakcji utleniania to Fe2+ → Fe3+ + e-
połowa reakcji redukcji to H2O2– 2e – → 2 OH–

przykład 3: reakcja między cynkiem i miedzią

gdy Zn wypiera jon miedzi w roztworze siarczanu miedzi, uzyskuje się metal miedzi.

ZN (s) + CuSO4 (AQ) → ZnSO4 (aq) + CU (s)
połowa reakcji utleniania to Zn → Zn2+ + 2e-
połowa reakcji redukcji to Cu2+ + 2e– → Cu

Znaczenie reakcji redoks

reakcje utleniania-redukcji są znaczące, ponieważ są najważniejszym i głównym źródłem energii na świecie.ziemi w sposób naturalny (biologiczny) lub nienaturalny (Sztuczny). W reakcji utleniania można uzyskać ogromną ilość energii poprzez usunięcie wodoru lub połączenie tlenu. (Chemia, 2021)

reakcje redoks w przemyśle

wiele chemikaliów, które są powszechnie stosowane w przemyśle, takim jak chlor, soda kaustyczna itp., powstaje w wyniku reakcji redoks. Reakcje redoks są stosowane w materiałach wybielających i dezynfekujących wodę. W produkcji przemysłowych środków czyszczących stosuje się proces utleniania. Wiele metali, które są narażone na korozję są chronione przez łączenie ich z anodami ofiarnymi. Przykładem jest galwanizacja stali. Utlenianie amoniaku wytwarza kwas azotowy, który jest niezbędnym nawozem. Reakcja redoks jest również stosowana do oddzielania metali od ich rud. Przykładem tego jest również wytapianie siarczku metalu w obecności środka redukującego. W produkcji pozłacanych ozdób stosuje się reakcję redoks do nakładania cienkiej warstwy materiału na powierzchnię przedmiotu. Proces ten jest również znany jako galwanizacja. (W3spoint.com, 2021)

reakcje redoks w biologii

jaki jest cel reakcji redoks w komórce? Wiele procesów biologicznych obejmuje reakcje redoks, takie jak oddychanie komórkowe i fotosynteza.

oddychanie komórkowe

oddychanie komórkowe (C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O) to utlenianie glukozy do dwutlenku węgla (CO2) i redukcja Tlenu (O2) do wody (H2O). Metoda oddychania komórkowego redox jest związana z redukcją i utlenianiem NAD+ do NADH i odwrotnie. Poniżej znajduje się schematyczny schemat oddychania komórkowego.

fotosynteza

w reakcjach redoks w fotosyntezie (6 CO2 + 6 H2O + energia światła → C6H12O6 + 6 O2) dwutlenek węgla jest redukowany do cukru, a utlenianie wody daje tlen cząsteczkowy. Liczba elektronów w tlenu wynosi 8. Chociaż oddychanie komórkowe i fotosynteza wyglądają jak reakcje przeciwne, te dwa procesy nie są odwrotne od siebie.

Czytaj: Fotosynteza-Fotoliza i Wiązanie węgla

Redox Cycling

duża różnorodność związków aromatycznych jest redukowana za pomocą enzymów do tworzenia wolnych rodników. Wolne rodniki mają jeden lub więcej elektronów niż ich rodzic. Dawcą elektronów może być dowolny flawoenzym lub jego koenzym. Po utworzeniu wolne rodniki w postaci anionów zredukowały tlen do ponadtlenku, a także nienaruszony związek macierzysty (oryginalny) zostaje odnowiony. Ogólnie rzecz biorąc, w tej reakcji zachodzi utlenianie w koenzymie flawoenzymu i redukcja w cząsteczkowym tlenu w celu utworzenia ponadtlenku. To zachowanie katalityczne określa się mianem cykli redoks.

reakcje redoks w geologii

w geologii reakcja redoks ma wiele zastosowań, takich jak:

• mobilizacja minerałów
• Tworzenie minerałów
• środowiska deponowania

w Kolorze skał widoczny jest stan redoks. Skała utleniająca miała kolor czerwony. Gdy ciecz redukująca lub płyn jest przekazywany do skały, daje zielony lub biały kolor. Ciecz redukująca lub ciecz miała minerały nośne uranu. Marmury Moqui i złoża uranu są przykładami złóż powstałych w wyniku geologicznych reakcji redoks.

reakcje redoks w glebach

w reakcji redoks zachodzi jednoczesna reakcja utleniania i redukcji. Przykładem reakcji redoks w glebie jest utlenianie żelaza na żelazo przez redukcję tlenu w obecności wody. (Przyroda, 2021)

Równoważenie reakcji redoks

poniżej wyjaśniono, jak zrównoważyć równanie redoks lub jak wykonać reakcje redoks lub reakcje redoks w roztworach podstawowych.

• krok I: napisz równanie niezbalansowane.
• Etap II: Wyizoluj reakcję redoks na dwie pół-reakcje
  Podaj liczbę utleniania każdemu atomowi
  znajdź i napisz pary redoks
  Połącz pary redoks w dwie pół-reakcje
• krok III: Zrównoważenie pół-reakcji
  zrównoważyć wszystkie atomy z wyjątkiem H2 I O2
  zrównoważyć wszystkie atomy O2 wodą H2O
  zrównoważyć atomy wodoru H+
  dodać 1 OH– on każda strona h+ dla podstawowego medium
• krok IV: zrównoważyć liczbę elektronów
• krok V: w półreakcji ułóż stratę elektronów równą zyskowi elektronów
• krok VI: Razem dodaj pół-reakcje
• krok VII: Uprość równanie
  na końcu sprawdź, czy wszystkie ładunki i elementy są zrównoważone. Dla łatwości, Kalkulator reakcji redox online lub kalkulator stanu utleniania jest również używany do równoważenia równań.

jak znaleźć numery utleniania? Poniżej przedstawiono kilka zasad liczby utleniania:

1. Zero to liczba utleniania wolnych pierwiastków.
2. Ładunek na Jonie jest równoważny liczbie utleniania jonów mono-atomowych.
3. Ładunek na jony jest również równoważny liczbie utleniania jonów poliatomowych.
4. Liczba utleniania wodoru wynosi +1, jednak gdy jest on w związku z pewnym pierwiastkiem elektroujemnym, liczba utleniania zmienia się na -1.
5. Liczba utleniania tlenu wynosi -2, ale w nadtlenkach wynosi -1.
6. Liczba utleniania węgla jest bardzo zróżnicowana. W CH4 jest to -4, podczas gdy w CO2 jest to +4
7. Pierwiastek z grupy 1 miał liczbę utleniania +1.
8. Pierwiastek grupy 2 miał liczbę utleniania +2.
9. Pierwiastek z grupy 17 miał liczbę utleniania -1.
10. W obojętnym związku całkowita liczba utleniania wszystkich atomów wynosi zero.

• Vrchemia. (2021). Reakcje redoks i potencjał elektrochemiczny. 04.11.2021 r., z https://vrchemistry.chem.ox.ac.uk/potential/text/redox1.htm
• Generalic, E. (2021). RÓWNOWAŻENIE REAKCJI REDOKS. 04.11.2021 r., z https://www.periodni.com/half-reaction_method.php
• MindTouch, P. b. (2021). Reakcje utleniania-redukcji Retrieved 04 Nov, 2021, from https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Supplemental_Modules_(Analytical_Chemistry)/Electrochemistry/Redox_Chemistry/Oxidation-Reduction_Reactions
• Nature, S. (2021). Reakcje redoks i diagramy w glebie. 04.11.2021 r., z https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-1-4020-3995-9_477
• reakcja utleniania-redukcji. 04.11.2021. 09 :22 W3spoint.com (2021). Reakcja redoks w elektrochemii. 04.11.2021. 09: 51 Socratic.org (2021). Oblicz liczbę utleniania pierwiastka w związku. 04.11.2021. 09 :21