Оксидационо-редукциона реакција

Оксидационо-редукциони реакции (или редокс-реакции, од редукција + оксидација) — сите хемиски реакции при кои оксидациониот број на атомите се менува. Кај ваквите реакции, секогаш едниот реактант се оксидира, додека другиот се редуцира. Овие реакции може да се мошне едноставни, како едноставниот редокс процес на оксидација на јаглеродниот атом, при што се добива јаглерод диоксид или редукцијата на јаглеродот со водород што дава метан (CH₄), или мошне сложени, како на пример оксидацијата на шеќерот во човечкото тело преку низа на многу сложени електрон-пренесувачки реакции.

Илустрација на редокс реакција.

Демонстрација на реакцијата меѓу силно оксидационо и редукционо средство. Кога на спрашен калиум перманганат (силен оксиданс) ќе се додадат неколку капки глицерол (редукционо средство), за неколку секунди (во зависност од степенот на спрашеност на калиум перманганатот) започнува бурна реакција проследена со палење на смесата. Реакцијата се одвива како резултат на силните оксидациони својства на калиум перманганатот и редукционите својства на глицеролот.

Овие реакции (оксидационо-редукциони) секогаш одат заедно и наједноставно се објаснуваат на следниот начин:

$\mathrm {A\longrightarrow A^{+}+e^{-}}$

Оксидација означува губиток на електрони или зголемување на оксидационата состојба од страна на молекула, атом или јон.

$\mathrm {B+e^{-}\longrightarrow B^{-}}$

Редукција означува примање на електрони или намалување на оксидационата состојба од страна на молекула, атом или јон.

$\mathrm {A+B\longrightarrow A^{+}+B^{-}}$

Оксидационо-редукциона реакција: Реактантот A дава електрон на реактантот В.

Иако се доволни за многу процеси, овие описи не се секогаш прецизни. Оксидацијата и редукцијата се однесуваат на промена на оксидациониот број, при што пренесувањето на електрони може и да не се случи. Според ова, оксидацијата подобро се дефинира како зголемување на оксидациониот број, а редукцијата како негово намалување. Во пракса, пренесувањето на електрони секогаш ќе предизвикува промена во оксидациониот број, но постојат многу реакции кои се класифицирани како "редокс" без разлика на тоа што во нив нема пренесување на електрони (како оние каде се вклучени ковалентни врски).

Реакциите кои не се оксидационо-редукциони, при кои нема промени во формалниот полнеж, се познати како метатезни реакции.

Според тоа, оксидацијата претставува процес во кој некој елемент се сврзува со кислород, а тој процес, всушност, е резултат на два одделни процеса (полуреакции): во едната полуреакција се оддава електрон, додека втората полуреакција вклучува примање на електрон. Меѓутоа, секоја размена на електрони не претставува оксидација. На пример, атомите од железо оддаваат електрони кога железото се сврзува со хлор или со сулфур. Размената на електроните се лсучува и при некои други реакции, а не само при оксидацијата. Оттука, како процеси на оксидација се сметаат сите процеси во кои доаѓа до оддавање електрони, додека, пак, сврзувањето со кислород е само едне од можните процеси на оксидација, но не и единствениот таков процес. Од друга страна, сите процеси во кои доаѓа до примање на електрони се нарекуваат процеси на редукција. Во продолжение, оддавањето електрони секогаш е поврзано со нивно примање, односно нема да дојде до процес на редукција (примање електрони) ако не е присутна супстанца која оддава електрони. Тоа значи дека процесите на редукција и оксидација се неразделно поврзани и затоа секогаш се зборува за оксидационо-редукциони процеси или редокс-процеси.

Оксидирачки и редуцирачки средства (агенси)

Согорувањето вклучува редокс реакции во кои се вклучени слободни радикали.

Во секоја редокс реакција разликуваме оксидационо средство и редукционо средство. Оксидационо средство е супстанца која предизвикува оксидација на некој од другите реактанти при што самата се редуцира, додека редукционо средство е супстанца која може да предизвика редуцирање на некоја друга супстанца при што самата мора да оксидира.

Хемискиот начин на гледање на редокс реакциите е дека редуктантот пренесува електрони од оксидансот. Според ова, во реакцијата, редуктантот или редуцирачкото средство губи (оддава) електрони и се оксидира, додека оксидансот или оксидирачкото средство прима (добива) електрони и се редуцира. Парот кој се состои од оксидирачко и редуцирачко средство кои се вклучени во одредена реакција се нарекува редокс пар.

Оксиданси

Супстанците кои имаат способност да ги оксидираат другите супстанци се нарекуваат оксидативни и се познати како оксидирачки средства или оксиданси. Со други зборови, оксидансот отстранува електрони од друга супстанца, по што истиот се редуцира. Поради тоа што тој „прима“ електрони, се нарекува и електронски примател (акцептор).

Оксидансите се најчесто хемиски супстанци чии елементи имаат високи оксидациони броеви (на пример H₂O₂, MnO₄⁻, CrO₃, Cr₂O₇²⁻, OsO₄) или високо електронегативни супстанци кои можат да примат еден или два дополнителни електрони со оксидација на некоја супстанца (O, F, Cl, Br).

Кога станува збор за простите (елементарни) супстанци образувани од елементите од една определена група во периодниот систем, оксидационите својства, по правило, слабеат со порастот на атомскиот број на елементот. Во рамките на една периода, пак, оксидационите својства на простите елементи се засилуваат со зголемувањето на атомскиот број на елементот од дадената периода. Така, кај халогените елементи, најсилно оксидационо својство има флуорот, а најслабо — јодот. Од елементите на втората периода, најсилно оксидационо својство има флуорот, а најслабо — литиумот.

Редуктанти

Супстанците кои имаат способност да редуцираат други супстанци се нарекуваат редукциони и се познати како редуцирачки средства или редуктанти. Со други зборови, редуктантот пренесува електрони до друга супстанца, по што се оксидира. Бидејќи "донира" електрони се нарекува и електронски давател (дарител). Редуктантите во хемијата се многу разновидни. При металната редукција се користат електропозитивни метали (Li, Na, Mg, Fe, Zn, Al). Овие метали донираат или оддаваат електрони мошне брзо. Друг вид на редуктанти се хидрид-пренесувачките реагенси (NaBH₄, LiAlH₄), кои обично се користат во органската хемија, особено во редукцијата на карбонилните соединенија до алкохоли. Друг корисен метод на редукција е оној при кој се користи водороден гас (H₂) со паладиумски, живини или никелски катализатори. Овие каталитички редукции првично се употребуваат во редукцијата на јаглерод-јаглерод двојните или тројни врски.

Поврзано

• Оксидационен број
• Метатезна реакција