Reakcje utleniania-redukcji zachodzące w obecności nadtlenku wodoru (roztwór wodny nadtlenku wodoru - H2O2(aq)) stanowią przypadek szczególny, który należy analizować odrębnie, głównie w odniesieniu do jego równowagi. Dzieje się tak, ponieważ tlenki w nadtlenku wodoru, które mają Nox równe -1, mogą albo utleniać się, albo redukować.
Na przykład spójrzmy na dwa przypadki, w których zachowuje się najpierw jako środek utleniający (redukujący), a następnie jako środek redukujący (utleniający):
- Środek utleniający: ilekroć nadtlenek wodoru jest redukowany, działając jako środek utleniający, wytwarza wodę jako produkt.
Jeśli dodamy roztwór nadtlenku wodoru do roztworu zawierającego jony jodkowe (I-) w środowisku kwaśnym będziemy mieli:
H2O2(aq) + ja-(tutaj) +H+(tutaj) → H2O(1) + ja2(s)
Zobacz, jak powstaje woda i jod. Aby jednak sprawdzić, czy nadtlenek wodoru rzeczywiście działał jako środek utleniający i redukowany, obserwuj wyznaczanie stopni utlenienia (NOx):*
Nox tlenu nadtlenku wodoru zmniejszył się z -1 do -2, biorąc pod uwagę, że otrzymał 1 elektron. Ponieważ jednak mamy dwa tleny w każdej cząsteczce nadtlenku wodoru (H
2O2), odmiana Nox będzie równa 2.Tak więc, jak pokazano w tekście „Równoważenie redoks”, niezbędnym krokiem do zrównoważenia reakcji metodą utleniania-redukcji jest odwrócenie wartości zmian Nox o współczynniki, które w tym przypadku są następujące:
* H2O2 = 2 (∆Nox) = 2 → 2 będzie współczynnikiem I-;
* JA-= ∆Nox = 1 → 1 będzie współczynnikiem H2O2.
Mamy więc:
1 godzina2O2(aq) + 2 ja-(tutaj) + H+(tutaj) → H2O(1) + ja2(s)
Trafianie na inne współczynniki poprzez równoważenie przez próby:
- Ponieważ w pierwszym elemencie znajdują się dwa atomy tlenu, współczynnik wody w drugim elemencie musi wynosić 2. A ponieważ w pierwszym elemencie znajdują się również dwa jony jodkowe, współczynnik jodu w drugim elemencie będzie wynosił 1. Nie zapominaj, że aby znaleźć odpowiednią ilość atomów i jonów w każdym członie, musimy pomnożyć indeks przez współczynnik:
1 godzina2O2(aq) + 2 ja-(tutaj) +H+(tutaj) → 2 godz2O(1) + 1 ja2(s)
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
- Teraz pozostaje tylko zbilansować kation wodorowy pierwszego członu, a jego współczynnik będzie musiał być równy 2, ponieważ w drugim członie ma 4 wodory, a w pierwszym członie ma już dwa:
1 godzina2O2(aq) + 2 ja-(tutaj) +2 godz+(tutaj) → 2 godz2O(1) + 1 ja2(s)
- Środek redukujący: ilekroć nadtlenek wodoru utlenia się, działając jako czynnik redukujący, wytwarza tlen (O2) jako produkt.
Przykładem redukcji nadtlenku wodoru jest kontakt z nadmanganianem potasu (KMnO4). Substancja ta ma bardzo charakterystyczną fioletową barwę, jednak w kontakcie z nadtlenkiem wodoru staje się bezbarwna. Dzieje się tak, ponieważ cały mangan obecny w jonie MnO4- roztworu nadmanganianu ulega redukcji, co powoduje powstanie jonu Mn2+, jak pokazano niżej:
+1 -1 +7 -2 +1 0 +2 +1 -2
H2O2 + MnO4-+ H+ →2 + Mn2++ H2O
Obliczając Nox widzimy, że tlen zawarty w nadtlenku wodoru faktycznie utlenia się i powoduje redukcję manganu:
Podobnie jak w poprzednim przykładzie, ∆Nox nadtlenku wodoru będzie równy 2, ponieważ istnieją dwa tleny i każdy z nich traci elektron. Dlatego mamy:
* O2 = 2 (∆Nox) = 2 → 2 będzie współczynnikiem MnO4-;
*MnO4- = ∆Nox = 5 → 5 będzie współczynnikiem O2.
I jak wszyscy O2 pochodzi z nadtlenku wodoru, obie substancje mają ten sam współczynnik:
5 H2O2 + 2MnO4-+ H+ → 5 O2 + Mn2++ H2O
Wyważając metodą próbną mamy:
5 godzin2O2 + 2 MnO4-+ 6 godz+ → 5 O2 + 2 mln2++ 8 godz2O
* W przypadku jakichkolwiek pytań dotyczących sposobu obliczania stopnia utlenienia (Nox) atomów i jonów w reakcji przeczytaj tekst „Wyznaczanie liczby utlenienia (Nox)”.
Jennifer Fogaça
Absolwent chemii
Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Reakcje utleniania-redukcji z udziałem nadtlenku wodoru”; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacoes-oxirreducao-envolvendo-agua-oxigenada.htm. Dostęp 28 czerwca 2021 r.
