Oxidačno-redukčná reakcia

Oxidačno-redukčná reakcia (skrátene redoxná reakcia, zriedkavejšie aj redukčno-oxidačná reakcia) je druh chemickej reakcie, pri ktorej nastáva výmena elektrónov medzi látkami, t.j. oxidácia jednej a redukcia druhej látky. Oxidácia a redukcia sú navzájom prepojené deje, ktoré prebiehajú pri redoxných reakciách, čiže tam, kde prebehla oxidácia, musela prebehnúť aj redukcia. Dochádza pritom k odovzdávaniu a prijímaniu valenčných elektrónov, pričom nemusia vždy vznikať ióny.

Oxidácia je chemický dej (chemická polreakcia), pri ktorom atóm, alebo ión odovzdáva svoje valenčné elektróny. Zároveň pritom zväčšuje svoje oxidačné číslo. Atóm, ktorý sa oxiduje je redukovadlom.
Redukcia je chemický dej (chemická polreakcia), pri ktorom atóm, alebo ión získava jeden alebo viac elektrónov. Zároveň pritom zmenšuje svoje oxidačné číslo. Atóm, ktorý sa redukuje je oxidovadlom.

Príklady redoxných reakcií

Redoxnými reakciami sú procesy ako horenie látok, korózia železa, dýchanie organizmov, metabolizmus, fotosyntéza, kvasenie, hnitie. Redoxné reakcie majú kruciálny význam pre ľudskú civilizáciu: syntéza amoniaku a hnojív, čo znásobilo ľudskú populáciu, výroba tepla spaľovaním dreva, uhlia, zemného plynu, pohon vozidiel na fosilné palivá. Na redoxnej reakcii je založený aj parný stroj, ktorý odštartoval priemyselnú revolúciu.

Horenie popusuje redixná reakcia oxidácie atómov uhlíka a redukcia vzdušného kyslíka:

C⁰ + O₂⁰ → C^IVO₂^-II

Oxidácia: C⁰ - 4e^- → C^IV

Redukcia: O₂⁰ + 4e^- → 2O^-II

Oxidačné činidlá

Oxidačné činidlá (oxidovadlá) sú chemické látky, ktoré sú schopné oxidovať inú látku, t.j. sú to látky, ktoré sú schopné prijímať elektróny, pričom dochádza k ich redukcii.^[1] Ako oxidovadlá sa využívajú chemické prvky s vysokou elektronegativitou: fluór, chlór, bróm, jód, kyslík, dusík.^[1] Vzdušný kyslík sa využíva ako najbežnejšie oxidačné činidlo v každonnenom živote, najmä pri horení (vykurovanie, spaľovanie benzínu, kerozínu a nafty v motoroch, varenie na sporákoch na zemný plyn a propán butánové fľase), vonkajšie dýchanie predstavuje prenos vzduchu, ktorý obsahuje kyslík, z vonkajšieho priestoru do pľúc, kde sa dostáva do krvi, kde sa chemicky viaže na hém v červených krvinkách.

Z hľadiska výživy obyvateľstva je dôležitý dusík ako oxidačné činidlo pri Haber Boschovej syntéze amoniaku a následnej výrobe dusičnanov ako hnojív, ktoré podprujú rast plodín využívaných ako potrava pre ľudí a hospodárske zvieratá.

Fotosyntéza je komplikovaný biochemický proces, ktorý sa dá zjednodušiť ako redoxná reakcia, pri ktorej sa uhlík oxidu uhličitého redukuje (oxid uhličitý tu vystupuje ako oxidačné činidlo). Oxid uhličitý formálne oxiduje vodu na kyslík, ktorý sa uvoľňuje do atmosféry. Fotosyntéza prestavuje jediný proces, ktorým sa energia dostáva do biosféry.

Oxidačné činidlá v organickej syntéze

Oxidácie organických látok sa realizujú za účelom transformácie elektrofilných centier (uhlík alkoholu C-OH) na nukleofilné centrá (uhlík aldehydu alebo ketónu C=O), resp, na zvýčenie elektrofility reakčného centra. V organickej syntéze sa za oxidáciu považujú hlavne tieto transformácie:^[2]

prenos jedného elektrónu z organickej molekuly na oxidačné činidlo (RCOO^– → RCOO^●)
pripojenie atómu kyslíka na atón uhlíka alebo heteroatón v organickej molekule (tzv. oxygenácia) (RCH=O → RCOOH)
znižovanie počtu atómov vodíka viazaných na atóm uhlíka alebo na heteroatóm (RCH₂OH → RCH=O)

Oxidačné činidlá rozdeľujeme na jednoelektrónové oxidačné činidlá:

Fe³⁺ → Fe²⁺
Cu²⁺ → Cu⁺
Ag⁺ → Ag⁰

a dvojelektrónové oxidačné činidlá:

Cr⁶⁺ → Cr⁴⁺
Pb⁴⁺ → Pb²⁺
Os⁸⁺ → Os⁶⁺
Mn⁷⁺ → Mn⁵⁺

Za oxidačné činidlá můžeme považovať aj heterogénne katalyzátory využívané na katalytickú dehydrogenáciu uhľovodíkov za vzniku násobných väzieb, napriklad oxidáciu cykloalkánov na anromatické zlúčeniny.^[2]

Oxidačné činidlá môžu vznikať aj in situ ako v prípade Canizzarovej reakcii arylaldehydov, kde jedna molekul aldehydu vystupuje ako oxidačné činidlo a druhá ako redukčné činidlo.^[2]

Redukčné činidlá

Redukčné činidlá (redukovadlá) sú látky schopné redukovať inú látku, t.j. odovzdať jej svoje elektróny.^[1] Ako redukovadlá sa využívajú elektropozitívne kovy, ktoré ľahko odovzdávajú svoje elektróny (alkalické kovy, kovy alkalických zemín, prechodné kovy). Z nekovov sa používajú ako redukovadlá hlavne plynný vodík, uhlík (grafit), resp. hliník (aluminotermia).^[1] Zo zlúčenín sa ako redukčné čnidlá používajú zlúčeniny síry (siričitany, ditioničitany, alkalické sulfidy a polysulfidy), zlúčeniny fosforu (kyselina fosforná), hydridy (diborán, alán, diizoalumíniumhydrid, komplexné hydridy: LiAlH₄, NaBH₄), heterogénne a homogénne katalyzátory hydrogenácií.^[2]

Redoxné reakcie katónov a aniónov

Niektoré zlúčeniny (najmä jodidy a bromidy) nie je možné pripraviť, hoci existujú ich izostéry s chloridovými alebo fluoridovými aniónmi, pretože ich kontraión (katión) by zoxidoval jodidový alebo bromidový anión.

Pozri aj

Tento článok týkajúci sa chémie je zatiaľ „výhonok“. Pomôž Wikipédii tým, že ho doplníš a rozšíriš.

Referencie

↑ ^a ^b ^c ^d KMEŤOVÁ, Jarmila; SILNÝ, Peter; VYDROVÁ, Mária. CHÉMIA pre 1. ročník gymnázia. Bratislava : Expol Pedagogika, 2010. ISBN 978-80-8091-560-5.
↑ ^a ^b ^c ^d SVOBODA, Jiří. Organická syntéza. 1. vyd. Praha : VŠCHT, 2017. ISBN 978-80-7080-990-7.

[:0-1] KMEŤOVÁ, Jarmila; SILNÝ, Peter; VYDROVÁ, Mária. CHÉMIA pre 1. ročník gymnázia. Bratislava : Expol Pedagogika, 2010. ISBN 978-80-8091-560-5.

[:1-2] SVOBODA, Jiří. Organická syntéza. 1. vyd. Praha : VŠCHT, 2017. ISBN 978-80-7080-990-7.

[1]