Oxidazio-erredukziozko erreakzioak

Gure bizitzan gertatzen diren hainbat fenomeno: tresna metalikoak erdoiltzea , piletan gertatzen diren erreakzio kimikoak energia elektrikoa sortzeko, zeluletan elikagaien konbustioa, odolaren oxigenazioa, e.a. oxidazio-erredukziozko (redox) edo elektroi-transferentziako prozesuak dira.

Oxidazioa: magnesio metalikoa oxidatzen da magnesio oxidoa lortzeko Mg(s) + 1/2 O₂(g) --> MgO(s)

Erredukzioa: karbono dioxidoa erreduzitzen da CO₂(g) + H₂(g) --> CO(g) + H₂O(g)

Oxidazioa eta erredukzioa batera gertatzen dira, elekroi-transferentzia dagoelako. Goiko lehen erreakzioan Mg oxidatzen den bitartean O₂(g) erreduzitzen da eta bigarrenean CO₂(g) erreduzitzean H₂(g) oxidatzen da.

Prozesu bakoitzari erreakzioerdi deritzo

Oxidaziozko erreakzioerdia: Mg(s) -2e --> Mg²⁺

Erredukziozko erreakzioerdia: 1/2 O₂(g) + 2e --> O^2-

Aurreko prozesuan oxidatzailea oxigenoa da eta erreduktorea magnesioa.
Jakiteko substantzia bat oxidatu edo erreduzitzen den ezagutu behar da substantziaren oxidazio-zenbakiaren aldakuntza, ikusteko elektroiak galdu edo irabazi diren.
Oxidazio-zenbakia: elementu batek edukiko lukeen karga, konposatua ioi positiboz eta negatiboz osatuta balego. Arauak:

Beste edozein elementuren oxidazio-zenbakia kalkulatzeko ondoko eragiketa egin behar da: konposatuaren atomo guztien oxidazio-zenbakien batura 0 da konposatua neutroa bada edo ioia baldin bada ioiaren karga.

Oharra: oxidazio-zenbakia izan daiteke zenbaki ez osoa; 1/2, 1/3, esaterako. Edo nulua, nahiz eta elementua aske ez egon.

Hurrengo redox prozesuan: Mg(s) + 1/2 O₂(g) --> Mg²⁺+ O^2-

Magnesioaren oxidazio-zenbakia 0-tik +2-ra adatzen da. Oxidazioa: oxidazio-zenbakia handitzea.

Oxigenoarena aldiz 0-tik -2-ra. Erredukzioa: oxidazio-zenbakia txikitzea.

Magnesioa oxidatzen da. Erreduktorea da eta Mg²⁺ bere oxidatzaile konjokatua da.

Oxigenoa erreduzitzen da. Oxidatzailea eta O^2- bere erreduktore konjokatua da.

Ariketak1

Redox ekuazioen doiketa

Tutorial batez ikasiko dugu zelan doitu holako erreakzioak .

Ariketak4

Substantzia baten masa baliokidea: masa molarra / trukatutako elektroi kopurua mol bakoitzeko.

Pila elektrokimikoak edo voltaikoak

Redox erreakzio espontaneo batetik abiatuta energia elektrikoa sortzeko gai den gailua. Ikus dezagun Daniell pila izenekoa.

Pilaren erreakzio globala: Zn(s) + Cu²⁺ (aq) --> Zn²⁺ (aq) + Cu(s)

Pila voltaikoaren osagaiak:

• Elektrodoak: metalezko xaflak:

  • Zinkezko elektrodoa, ZnSO₄-zko disoluzio batean murgilduta. ANODOA da. Bertan oxidazioa gertatzen da eta elektroiak askatzen dira. Elektrodo hau erreakzio aurrera joan ahala disolbatu egiten da . Ezkerraldean kokatzen da. Negatiboa da

  • Kobrezko elektrodoa, CuSO₄-zko disoluzio batean murgilduta. KATODOA da. Bertan erredukzioa gertatzen da , non elektroiak irabazten diren. Elektrodo honen masa handitu egiten da erreakzioan. Eskumaldean kokatzen da. Positiboa da

• Kanpo-eroale elektriko bat korronte elektrikoa ahalbideratzeko. Elektroiak anodotik katodora doa.

• Voltimetroa. Pilaren indar elektroeragilea (i.e.e.) edo potentziala neurtzeko tresna. Indar elektroeragilea, elektrodoen arteko potentzial-diferentzia elektroiak eroateko neurria da, volt-etan neurtzen da (V).

• Gatz-zubia. Zirkuitua ixteko, pilaren prozesuekiko geldoa den elektrolito bat, KCl-zko disoluzio batez osatuta, adibidez. Gatz-zubiaren funtzioa bi ontzietan dauden disoluzioen neutralizazioa mantentzekoa da. Ioi negatiboak (kloruro ioiak) anodorantz doaz eta ioi positiboak (potasio ioiak) katodorantz.

Hurrengo notazioa erabiltzen da pila voltaikoa adierazteko:

Zn(s) | Zn²⁺ (aq , 1 M ) || Cu²⁺ ( aq, 1 M ) | Cu(s)

anodoaren izaera | 1. gatzaren disoluzioaren konposizioa eta molaritatea ||gatz zubia|| 2. gatzaren disoluzioaren konposizioa eta molaritatea | katodoaren izaera

Animazio honetan ikus dezakezu pilaren funtzionamendua.

Pila baten indar elektroeragilearen (i.e.e.) edo potentzialaren neurketa

Ezinezkoa da elektrodo bakar baten potentziala neurtu.

Horretarako erreferentzia moduan Hidrogenozko elektrodo estandarra definitzen da eta berari E⁰=0 balioa esleitzen zaio. Platinozko xafla bat HCl 1 M disoluzio batean murgilduta dago 25 ^oC-tan eta disoluzio horretan zehar H₂ gasa 1 atm-ko presiopean burbuilarazten da.

Horrela eginez beste edozein elektrodorekin ondoko erreduziozko potentzial estandarraren taula lortzen da.

Taula honen analisia:

1. Erreduziozko erreakzioerdiak dira. Ezkerraldean forma oxidatua (oxidatzailea) eta eskumaldean forma erreduzitua (erreduktorea).

2. Aurkako prozesua (oxidazioa) idaztean potentzialaren zeinua aldatzen da.

3. Baldintzak estandarrak dira (25 ^oC-tan eta 1 M disoluzioan, gasa bada 1 atm-ko presioa). Beste baldintzetan gertatzen bada prozesua Nerst-en ekuazioa erabili behar da.

4. Zenbat eta positiboagoa izan (beherago), ezkerrean dagoen substantziaren indar oxidatzailea handiagoa da. Beraz, fluoroa F₂ da oxidatzailerik sendoena eta oxida dezake bere gainean dagoen edozein substantzia.

5. Zenbat eta negatiboagoa izan (gorago), eskumaldean dagoen substantziaren indar erreduktorea handiagoa da. Beraz, litio metala Li(s) da erreduktorerik sendoena eta erreduzi dezake bere azpian dagoen edozein substantzia.

6. Substantzia bat sendoa bada (oxidatzaile edo erreduktorea) bere konjokatua (erreduktorea edo oxidatzailea) ahula da eta alderantziz.

Nola kalkulatu pila baten indar elektroeragilea?

1. Aztertu bi elektrodoetatik zein oxidatzen eta zein erreduzitzen den.Taulan begiratu.

2. Idatzi erreakzioerdiak, kontuan hartuta oxidazioan potentzialaren zeinua aldatuta dagoela.

3. Doitu bi erreakzioerdiak materiarekiko eta kargarekiko. ** Nahiz eta atomo kopurua aldatu potentzialaren balioa ez da aldatzen.

4. Idatzi pilaren erreakzio globala eta batu potentzialak. Horixe da pilaren potentziala.

Redox erreakzio bat espontaneoa da, baldin eta pilaren indar elektroeragilea positiboa bada.

Ariketak6

Elektrolisia

Elektrolito batean zehar korronte elektrikoa pasatzean, ez espontanoea den erreakzio redox bat sortarazten duen prozesua da. Elektrolisia upela elektrolitiko izeneko ontzian gertatzen da

Osagaiak:

• Upela elektrolitikoa. Ontzia da eta bertan kokatzen da elektrolitoa, nahiz disoluzioan, nahiz fundituta ioiak sortzeko.

• Elektrodoak. Geldoak dira erreakzioekiko.

  • Ezkerraldean ANODOA, bateriaren polo positiboari lotuta . Bertan oxidazioa gertatzen da. Anodoak ioi negatiboak (anioiak) erakartzen ditu.

  • Eskumaldean KATODOA, polo negatiboari lotuta, non erredukzioa gertatzen den. Katodoak ioi positiboak (katioiak) erakartzen ditu

• Bateria edo korronte jarraiaren iturria, indar elektrikoaz hornitzeko prozesuari.

Elektrolisiaren aplikazioak:

1. Hidrogenoaren, oxigenoaren, kloroaren eta metalen (alkalinoak, lurralkalinoak, Al, e.a.) lorpenak.

2. Metalen purifikazioa.

3. Galbanostegia. Estaldura metalikoa da. Cr, Ni, Au, Ag erabiltzen dira objektuak estaltzeko korrosiotik babesteko edo bitxigintzan ornatzeko.

4. Galbanoplastia. Molden gainean objektuak irudikatzea.

Faraday-ren legea

Elektrodo batean ezartzen den elementuaren masa ondoko ekuazioak ematen du:

m = ezarritako elementuaren masa (g)

M = elementuaren masa molarra(g)

Q = karga elektrikoa (C)

I = intentsitate elektrikoa (A)

t = denbora (s)

z = elkartrukatutako elektroi kopurua

96.500 C/mol = faraday bat; elektroi mol baten karga elektrikoa.

Ariketak7 Ariketak8