(Vehiculele electrice sunt alimentate de baterii, dispozitive care valorifică energia reacțiilor redox spontane. (Credit: analogicus/Pixabay))
Chimia reacțiilor de reducere-oxidare (redox) este definită de modificările stărilor de oxidare pentru unul sau mai multe elemente reactante și include un subset de reacții care implică transferul de electroni între speciile reactante. La începutul secolului al XIX-lea, chimiștii au început să exploreze modalități prin care acești electroni ar putea fi transferați indirect printr-un circuit extern, mai degrabă decât direct prin contactul intim al reactanților redox. În cele două secole de atunci, domeniul electrochimiei a evoluat pentru a oferi perspective semnificative asupra aspectelor fundamentale ale chimiei redox, precum și o multitudine de tehnologii, de la procese metalurgice la scară industrială până la baterii robuste și reîncărcabile pentru vehicule electrice (Figura).
Numerele de oxidare
Prin definiție, o reacție redox este una care implică modificări ale numărului de oxidare (sau ale stării de oxidare) pentru unul sau mai multe dintre elementele implicate. Numărul de oxidare al unui element dintr-un compus este în esență o evaluare a modului în care mediul electronic al atomilor săi este diferit în comparație cu atomii elementului pur. Prin această descriere, numărul de oxidare al unui atom dintr-un element este egal cu zero. Pentru un atom dintr-un compus, numărul de oxidare este egal cu sarcina pe care atomul ar avea-o în compus dacă compusul ar fi ionic. Ca urmare a acestor reguli, suma numerelor de oxidare pentru toți atomii dintr-o moleculă este egală cu sarcina pe moleculă. Pentru a ilustra acest formalism, vor fi luate în considerare exemple din cele două clase de compuși, ionic și covalent.
Compușii ionici simpli prezintă cele mai simple exemple pentru a ilustra acest formalism, deoarece, prin definiție, numerele de oxidare ale elementelor sunt echivalente numeric cu sarcinile ionice. Clorura de sodiu, NaCl, este compusă din cationi Na+ și anioni Cl−, astfel încât numerele de oxidare pentru sodiu și clor sunt +1 și, respectiv, -1. Fluorura de calciu, CaF2, este compusă din cationi Ca2+ și anioni F−, și astfel numerele de oxidare pentru calciu și fluor sunt +2 și, respectiv, -1.
Compușii covalenți necesită o utilizare mai dificilă a formalismului. Apa este un compus covalent ale cărui molecule constau din doi atomi de H legați separat de un atom central de O prin legături polare covalente O-H. Electronii împărtășiți care cuprind o legătură O-H sunt atrași mai puternic de atomul de O mai electronegativ și astfel capătă o sarcină negativă parțială în molecula de apă (față de un atom de O din oxigenul elementar). În consecință, atomii de H dintr-o moleculă de apă prezintă sarcini pozitive parțiale în comparație cu atomii de H din hidrogenul elementar. Suma sarcinilor parțiale negative și parțiale pozitive pentru fiecare moleculă de apă este zero, iar molecula de apă este neutră.
Imaginați-vă că polarizarea electronilor împărtășiți în legăturile O−H ale apei a fost 100% completă – rezultatul ar fi transferul de electroni de la H la O, iar apa ar fi un compus ionic format din anioni O2− și cationi H+. Și astfel, numerele de oxidare pentru oxigen și hidrogen în apă sunt -2 și, respectiv, +1. Aplicând aceeași logică la tetraclorura de carbon, CCl4, rezultă numere de oxidare de +4 pentru carbon și -1 pentru clor. În ionul azotat, NO−3, numărul de oxidare pentru azot este +5 și cel pentru oxigen este -2, însumând sarcina 1− pe moleculă:
(1 atom N)(+5/atom N) + (3 atomi O)(−2/atom O) = +5 + −6 = −1
Sursa: Chemistry 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2023 MultiMedia Publishing
Lasă un răspuns