Post on 01-Mar-2019
Anna Jurowska
Kamil Jurowski
Kornel Roztocki
Małgorzata Krzeczkowska
Wszystkim uczniom, którzy zgłębiają
wiedzę w zakresie chemii.
Anna Jurowska
Mojej najbliższej Rodzinie, która przyczyniła
się do powstania tej książki, pracę tę poświęcam.
Dziękuję Pani Małgorzacie Piątek
za wkład w moje wykształcenie chemiczne.
Kamil Jurowski
Monografię dedykuję mojej Rodzinie, a w szczególności
Żonie, bez której pomocy nie mogłaby powstać.
Kornel Roztocki
Książkę tę dedykuję moim młodszym współpracownikom
za nieustanną inspirację i wsparcie.
Mojemu Synowi z podziękowaniami przede
wszystkim za cierpliwość.
Małgorzata Krzeczkowska
mgr Anna Jurowska
mgr Kamil Jurowski
mgr Kornel Roztocki
dr Małgorzata Krzeczkowska
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
9
i Wstęp
1. Koncepcja wartościowości i stopnia utlenienia
1.1. Idea wartościowości chemicznej
1.2. Definicje stopnia utlenienia
2. Uogólnione reguły ustalania stopni utlenienia
2.1. Uwagi wstępne na temat reguł
2.2. Dyskusja reguł
3. Pojęcia podstawowe związane z ustalaniemwspółczynników stechiometrycznych w równaniachreakcji
3.1. Symbolika reakcji chemicznych
3.2. Zapis dodatkowych informacji na temat przebiegu reakcji chemicznej
3.3. Dobieranie współczynników stechiometrycznych
3.3.1. Metoda „Metal, niemetal, wodór, tlen” 3.3.2. Metoda „ogólna” 3.3.3. Metoda Linga (metoda podkreśleń) 3.3.4. Metoda „dopisywania reagentów” 3.3.5. Metoda bilansu elektronowego
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
10
3.3.6. Metoda równań połówkowych (równania jonowo-elektronowe)
3.3.7. Metoda bilansu materiałowo-ładunkowego 3.3.8. Metoda równań algebraicznych 3.3.9. Metoda „O.P.I.S.U.”
4. Diagramy stopnia utlenienia
4.1. Diagramy Frosta-Ebswortha
4.2. Diagramy Latimera
5. Reakcje utlenienia-redukcji w chemii
koordynacyjnej
6. Reakcje dysproporcjonowania w chemii
nieorganicznej
6.1. Idea reakcji dysproporcjonowania
6.2. Przykłady reakcji dysproporcjonowania w chemii nieorganicznej
7. Reakcje synproporcjonowania w chemii
nieorganicznej
7.1. Idea reakcji synproporcjonowania
7.2. Przykłady reakcji synproprocjonowania w chemii nieorganicznej
8. Skomplikowane reakcje utlenienia – redukcji
z udziałem związków nieorganicznych
8.1. Reakcje utlenienia – redukcji, w których stopień utlenienia zmieniają trzy atomy różnych pierwiastków
8.2. Reakcje utlenienia – redukcji, w których stopień utlenienia zmieniają cztery atomy różnych pierwiastków
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
11
8.3. Reakcje utlenienia – redukcji, w których udział biorą reagenty posiadające różne wartości stopnia utlenienia atomów tego samego pierwiastka
9. Stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych
10. Bibliografia
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
12
WSTĘP
W polskiej literaturze fachowej brak jest monografii,
która przedstawiałaby w wyczerpujący sposób
zagadnienia związane z koncepcją stopnia utlenienia oraz
przykładami reakcji utlenienia-redukcji w chemii
nieorganicznej. Ponadto, zagadnienia związane
z ustalaniem współczynników stechiometrycznych,
w równaniach zawierających reagenty nieorganiczne,
często w literaturze polskiej, jak i światowej są rzadko
traktowane jako temat przewodni.
Zagadnienie to od wielu lat inspirowało Autorów
niniejszej monografii do głębszego pochylenia się nad tymi
tematami. W niniejszej monografii Autorzy przedstawiają
zarówno podstawowe zasady, reguły jak i pojęcia
dotyczące podstaw reakcji utlenienia-redukcji, jak również
zagadnienia bardziej zaawansowane oraz szeroką gamę
przykładów równań reakcji utlenienia-redukcji w chemii
nieorganicznej.
We współczesnym Świecie dominuje komputeryzacja
i cyfryzacja, a coraz większa liczba publikacji i monografii
występuje w postaci elektronicznej (e-booki). W tego typu
rozwiązaniach można dopatrywać się zarówno wad, jak
i
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
13
i zalet, niemniej jest to obecnie jedyny możliwy środek
przekazu do najszerszego grona odbiorców. Taki właśnie
cel przyświecał Autorom niniejszej pracy, którzy
zdecydowali się wydać monografię tylko w postaci
elektronicznej.
Autorzy dokonali możliwie największych starań, aby
uniknąć ewentualnych błędów. Niemniej, zdają sobie
sprawę z ewentualnych niedoskonałości pracy
i proszą o zgłaszanie swoich wątpliwości bezpośrednio na
adresy umieszczone w notach biograficznych.
Autorzy
Anna Jurowska Kamil Jurowski Kornel Roztocki
Małgorzata Krzeczkowska
Kraków, czerwiec 2015 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
14
Koncepcja wartościowości i stopnia utlenienia
1.1. Idea wartościowości chemicznej
Termin - „wartościowość chemiczna” został
wprowadzony do chemii w XIX w., a wraz z rozwojem
elektronowej teorii wiązań koncepcja tego pojęcia
ewaluowała do tzw. „wartościowości stechiometrycznej”,
co umożliwiło zmianę rozumienia idei tego pojęcia,
i w konsekwencji nadanie bardziej uniwersalnego
charakteru temu terminowi.
Koncepcja wartościowości stechiometrycznej posiada
swoje korzenie już w pierwszych doświadczeniach
chemicznych, mających na celu rozwój analiz
elementarnych, co z kolei umożliwiło sformułowanie na tej
podstawie wzorów chemicznych danych analitów
(konkretnej substancji będących przedmiotem analizy
chemicznej). Badania tego typu umożliwiły wówczas
zauważenie pewnych analogii dla niektórych pierwiastków
chemicznych podczas tworzenia przez nich wiązań
chemicznych. Analogia ta została po raz pierwszy
1
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
15
określona w 1868 roku przez Johannesa Wislicenusa jako
„wartościowość”.
Z biegiem rozwoju chemii koncepcja wartościowości
ulegała licznym modyfikacjom i uściśleniom. Ostatecznie
przyjęto wartościowość jako odpowiednią liczbę „kresek”,
umieszczaną przy symbolu chemicznym pierwiastka (lub
nad nim).
Pomimo tego, że wartościowość może wydawać się
pojęciem posiadającym znaczenie historyczne, to jest ona
bardzo ważna i istotna, zwłaszcza na początku edukacji
chemicznej. Stąd, koncepcja wartościowości stanowi
bardzo ważny aspekt w przypadku określania wzorów
strukturalnych, obliczeń stechiometrycznych, jak również
uzgadniania współczynników stechiometrycznych
w równaniach reakcji chemicznych. Jest to uzasadnione
tym, że w każdym z wymienionych przypadków
wymagana jest wiedza na temat stosunków w jakich łączą
się atomy różnych pierwiastków.
Współcześnie pojęcie wartościowości chemicznej
w zależności od źródeł literaturowych, może być w różny
sposób definiowane. Powszechnie funkcjonującą definicją
jest utożsamianie wartościowości z liczbą wiązań
chemicznych, jakie może utworzyć dany atom, łącząc się
z innym atomem danego pierwiastka. Z uwagi jednak na
różne przyzwyczajenia oraz tradycje edukacyjne, pojęcie
to może mieć różny wydźwięk w zależności od źródła
literaturowego. W poniższej tabeli zestawiono różnorodne
definicje wartościowości funkcjonujące w polskich
źródłach literaturowych.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
16
Cytat dotyczący koncepcji wartościowości Źródło literaturowe
„Wartościowość (walencyjność) pierwiastka to liczba
wiązań kowalencyjnych, które może utworzyć atom
pierwiastka.”
L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna
– cząsteczki, materia, reakcje,
Wydawnictwo Naukowe PWN,
2014, str. 345.
„wartościowość (walencyjność) – zdolność pierwiastka
chemicznego do tworzenia wiązań chemicznych. Atom
tworzący n wiązań chemicznych z innymi atomami jest
n-wartościowy, np. węgiel ma wartościowość 4, bo
może tworzyć (i zazwyczaj tworzy) cztery wiązania”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklo-
pedyczny, Wydawnictwo Europa,
2001, str. 578.
„Wartościowość danego pierwiastka odpowiada
między innymi ilości atomowych wiązań chemicznych↑
wytworzonych przez atom tego pierwiastka
w cząsteczce związku chemicznego. Wartościowość
przyjęto oznaczać cyfrą rzymską (…) Znajomość
wartościowości pozwala ustalać wzory związków
chemicznych”.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik
szkolny, Zielona Sowa, 2004,
str. 376.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
17
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
„Do obliczeń stechiometrycznych, podobnie jak do
konstrukcji wzorów i równań chemicznych, potrzebna
jest znajomość stosunków, w jakich łączą się atomy
różnych pierwiastków. Informuje o tym właśnie
wartościowość stechiometryczna (zazwyczaj
nazywana krótko wartościowością)”.
K. – H. Lautenschläger,
W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium
chemii, Wydawnictwo Nauko-
we PWN, 2007, str. 151.
„(…) termin „wartościowość” został sformułowany
pierwotnie jako zdolność atomów do wzajemnego
łączenia się”.
J. Pajdowski, Chemia ogólna,
Wydawnictwo Naukowe PWN,
1993, str. 105.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
18
Z uwagi na fakt, iż przedstawione w powyższej tabeli
definicje zazwyczaj były uważane zwykle jako
niejednoznaczne, bądź za mało ścisłe, stąd propozycją
zmian było wprowadzenie odmiennej koncepcji tego
pojęcia. Ta odmienna koncepcja opiera się na pojęciu tzw.
jednowartościowości pierwiastka chemicznego, która
wydaje się być interesującym rozwiązaniem „nieścisłości”
klasycznej definicji wartościowości. W takim przypadku
wartościowość danego pierwiastka odpowiada liczbie
związanych z nim jednowartościowych pierwiastków.
Pierwszymi pytaniami jakie się nasuwają są:
W jakim celu wprowadza się jednowartościo-
wość?
W jaki sposób koncepcja ta jest lepsza od
powszechnie znanej i stosowanej definicji
wartościowości opartej o liczbę wiązań
chemicznych?
Trudno jednoznacznie udzielić odpowiedzi na te
pytania, bowiem różnorodność ujęcia i interpretacji tego
zagadnienia jest różna w zależności od źródła
literaturowego. W związku z tym, aby w możliwie pełny
i wyczerpujący sposób udzielić odpowiedzi na przytoczone
wcześniej pytania, w poniżej tabeli przedstawiono różne
definicje wartościowości opartej o koncepcję
jednowartościowości.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
19
1 Związki binarne - substancje chem., których cząsteczki składają się z atomów tylko dwóch różnych pierwiastków (niekoniecznie z wyłącznie dwóch
atomów). Do przykładowych z.b. należą: NaCl, CO2, C2H6, SF6 itp.
Cytat dotyczący koncepcji wartościowości
w odniesieniu do jednowartościowości Źródło literaturowe
„Wartościowość stechiometryczna danego
pierwiastka informuje, z iloma jednowartościowymi
atomami innego pierwiastka zwiąże się jeden jego
atom. (…) Za jednowartościowe uważane są
wszystkie te pierwiastki, których atomy (w związkach
binarnych1) nie wiążą się nigdy z więcej niż jednym
atomem innego pierwiastka”.
K.–H. Lautenschläger, W.
Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium
chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 151.
„Wartościowość stechiometryczna. Wartościowość
stechiometryczna określa, ile atomów uznanych za
jednowartościowe może związać lub zastąpić atom
danego pierwiastka”.
L. Kolditz, Chemia nieorga-
niczna, t.1., Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1994, str. 68
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
20
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
„W najprostszym przypadku, wartościowość
pierwiastka określa liczbę atomów wodoru, lub
podwojonych atomów tlenu, tworzących z tym
pierwiastkiem związek chemiczny”.
Praca zbiorowa, Encyklopedia
szkolna - chemia, WSiP, 2001,
str. 635
„Wartościowość, liczba atomów wodoru, z którymi
reaguje dany pierwiastek”.
P. Kozyra (red.), Chemia
– słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 376
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
21
W niektórych z przytoczonych definicji wartościowości
stechiometrycznej jest uwzględniane pojęcie
„jednowartościowości”. W przypadku tego pojęcia,
najprostszym jego przykładem może być atom wodoru.
Dlatego też zwykle wartościowość stechiometryczną
definiuje się poprzez liczbę atomów wodoru, z którymi
łączy się jeden atom danego pierwiastka. W takim ujęciu
wartościowości, przykładowo atom węgla w cząsteczce
metanu posiada wartościowość równą IV, ponieważ
związany jest z czterema atomami wodoru.
Warto zwrócić uwagę, iż koncepcja wartościowości
stechiometrycznej została wprowadzona w chemii przed
poznaniem budowy atomu (XIX w.), stąd nie jest ono
zawsze w korelacji z różnymi aspektami dotyczącymi
układu okresowego pierwiastków chemicznych.
Z uwagi jednak na to, że wartościowość
stechiometryczna jest równa liczbie elektronów,
bezpośrednio uczestniczących w tworzeniu wiązania
chemicznego dla większości pierwiastków chemicznych
– tj. pierwiastków grup: 1 - 2 oraz 13 – 17, można
oszacować ją / przewidzieć bezpośrednio z układu
okresowego. Wynika to z tego, że dla pierwiastków grup:
1 - 2 oraz 13 - 17, numer grupy jest proporcjonalny
do liczby elektronów walencyjnych, która determinuje
również najwyższą wartość wartościowości chemicznej
pierwiastka. Dlatego można dojść do następujących
wniosków:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
22
„numer grupy głównej = największa możliwa wartościowość (wiązalność) pierwiastka”
grupa główna I II III IV V VI VII
największa wartościowość 1 2 3 4 5 6 7 inne wartościowości 2 3 4 5
2 3 1
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, str. 152.
Warto zwrócić uwagę, iż w przedstawionym cytacie
użyty termin „numer grupy głównej” nie jest poprawny
z dydaktycznego punktu widzenia, bowiem obecnie nie
zaleca się stosowania pojęcia „grupa główna”.
W ostatnim wierszu tabeli w przywołanym cytacie pojawiło
się stwierdzenie - „inne wartościowości”. Warto w tym
miejscu zwrócić szczególną uwagę na fakt, iż pierwiastki
mogą posiadać więcej niż jedną wartość wartościowości
(pomijając stopień utlenienia w stanie wolnym).
W poniższej tabeli przedstawiono przykłady cytatów
z różnych źródeł literaturowych, które umożliwią wgląd
w funkcjonujące informacje na temat różnych wartości
wartościowości.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
23
Cytat dotyczący koncepcji
wartościowości
w odniesieniu do
jednowartościowości
Źródło literaturowe
„Zdolność tworzenia przez
pierwiastek związków
o różnych liczbach wiązań
nazywamy jego zmienną
wartościowością. (…)”.
„Pierwiastki, które mogą
rozszerzać swe oktety,
wykazują zmienną
wartościowość
(kowalencyjność), zdolność
tworzenia różnej liczby wiązań
kowalencyjnych”.
L. Jones, P. Atkins,
Chemia ogólna –
cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2014,
str. 338 i 360.
„Różnorodność stopni
utlenienia (pojęcia używanego
dziś chętnie zamiast
wartościowości), na których
występują liczne pierwiastki
(…) pozwala wnioskować o
możliwości przyjmowania
przez nie kilku różnych
wartościowości
stechiometrycznych.
Pierwiastki te mogą z tym
samym pierwiastkiem tworzyć
związki o różnym składzie
stechiometrycznym”
K.–H. Lautenschläger,
W. Schröter, A.
Wanninger,
Nowoczesne
kompendium chemii,
Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2007,
str. 152.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
24
Odkrycie „wartościowości chemicznej” przypisuje się
Alfredowi Wernerowi, który opracowując teorię
koordynacyjną w 1893 r. zauważył, że większość
pierwiastków w związkach chemicznych może wykazywać
dwa typy wartościowości:
„Werner dokonał swego największego odkrycia w chwili
natchnienia (w 1893 r., o 2 godzinie w nocy), gdy
zrozumiał, że liczba grup związanych z atomem (którą
nazwał wartościowością poboczną, czyli wtórną) nie musi
być równa liczbie utlenienia (którą nazwał
wartościowością główną, czyli pierwotną). Ponadto
przyjął, że dla dowolnego pierwiastka wartościowości
pierwotne i wtórne mogą zmieniać się niezależnie od
siebie”.
S. Kettle,
Fizyczna chemia nieorganiczna,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 1999, str. 19.
„Większość pierwiastków może
przyjmować kilka
wartościowości (ten sam
pierwiastek może zatem
tworzyć związki chemiczne z
różną liczbą wiązań), co jest
wynikiem posiadania przez ich
atomy więcej niż jednego
elektronu walencyjnego↑”.
P. Kozyra (red.),
Chemia – słownik
szkolny, Zielona Sowa,
2004,
str. 376
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
25
Obecnie przyjmuje się, że:
Wartościowość pierwotna2 – wartościowość
wynikająca z numeru grupy;
Wartościowość wtórna3 (poboczna) – liczba
grup związanych z atomem;
Wartościowość zmienna – możliwość
posiadania przez atom danego pierwiastka
więcej niż jednej wartości wartościowości
(np. dla atomu chloru wartościowości mają
wartości: I, III, V oraz VII).
Oprócz opracowania idei wartościowości, warto również
zwrócić uwagę na to, że Werner przyjął następujące
założenia:
Każdy pierwiastek chemiczny wykazuje dwa typy
wartościowości – główną (pierwotną) i poboczną
(wtórną);
Wartościowość pierwotna umożliwia dysocjację
elektrolityczną, a wtórna tego nie dopuszcza;
Wartościowość wtórna ściśle określa położenie
poszczególnych pozycji koordynacyjnych wokół
jonu metalu w kompleksie;
Każdy pierwiastek dąży do „wysycenia”
wartościowości pierwotnej i wtórnej, przy czym
dany atom może wysycać jednocześnie obie.
2 Obecnie termin ten definiowany jest jako stopień utlenienia.
3 Obecnie termin ten definiowany jest jako liczba koordynacyjna.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
26
Wniosek wynikający z założeń Wernera jest taki, że
pierwiastki mogą tworzyć liczbę wiązań często w więcej
niż w jeden sposób. Stąd, dany pierwiastek chemiczny
może przyjmować więcej niż jedną wartość
wartościowości, czyli innymi słowy - może tworzyć związki,
w których występują różne liczby wiązań z tym
pierwiastkiem. W chemii nieorganicznej można wymienić
wiele tego typu przykładów, w których pierwiastek
charakteryzuje się większą niż jedną wartością
wartościowości, np.:
Chlorek fosforu(III) i chlorek fosforu(V),
Chlorek ołowiu(II) oraz chlorek ołowiu(IV).
Czy można w jakiś sposób wytłumaczyć tego typu
obserwacje wśród nieorganicznych związków
chemicznych?
Jednym z podejść w sposobie wytłumaczenia zjawiska
występowania większej niż jednej wartości wartościowości
jest fakt, iż niektóre pierwiastki chemiczne mogą tworzyć
więcej niż jeden rodzaj kationu. Jako przykład mogą
posłużyć pierwiastki z 13. grupy układu okresowego.
Wiadomo, że atom glinu może tworzyć tylko jeden rodzaj
kationu – Al3+, z kolei znane są związki chemiczne indu,
w których obecne są kationy: In+, oraz In3+. Oprócz
przedstawionego przykładu, tego typu tendencje
obserwowane są również wśród innych pierwiastków, np.:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
27
Sn2+ i Sn4+;
Sb3+ i Sb5+;
Tl+ i Tl3+;
Pb2+ i Pb4+;
Bi3+ i Bi5+.
Przedstawione obserwacje, są w chemii uznawane za
tendencję określaną jako tzw. efekt biernej (wolnej) pary
elektronowej.
Inną próbą wyjaśnienia możliwości istnienia zmiennej
wartościowości pierwiastków są odstępstwa od reguły
oktetu. Najlepiej opisuje to poniższy cytat:
„W przypadku gdy spełniona jest reguła oktetu, osiem
elektronów zapełnia powłokę walencyjną, tworząc
konfigurację gazu szlachetnego ns2np6. Gdy jednak
centralny atom w cząsteczce ma puste orbitale d, może
pomieścić – 10, 12 lub nawet więcej elektronów.
Elektrony w takiej rozszerzonej powłoce walencyjnej
lub „rozszerzonym oktecie” mogą występować jako wolne
pary lub mogą być wykorzystane przez atom centralny do
utworzenia dodatkowych wiązań.
Ponieważ do pomieszczenia dodatkowych elektronów
potrzebna jest dostateczna liczba orbitali walencyjnych,
tylko atomy niemetali w okresie 3 lub dalszych mogą mieć
rozszerzone oktety. W przypadku tych pierwiastków
istnieją puste orbitale d w powłoce walencyjnej atomu.
Inny czynnik – być może główny – decydujący o tym, czy
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
28
z centralnym atomem może wiązać się więcej atomów,
niż to wynika z reguły oktetu, to rozmiary atomu.”
L. Jones, P. Atkins,
Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. 360.
Cytat ten wyjaśnia możliwość występowania wartościo-
wości zmiennej. Przykładem może być istnienie chlorku
fosforu(III) oraz chlorku fosforu(V). W pierwszym
przypadku zostaje spełniona reguła oktetu elektronowego,
z kolei w przypadku chlorku fosforu(V) można przyjąć, że:
„W PCl5 atom P rozszerzył swój oktet do 10 przez
wykorzystanie jednego orbitalu 3d. ”
L. Jones, P. Atkins,
Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. 361.
Kolejnym sposobem potwierdzenia występowania
wartościowości zmiennej są związki koordynacyjne - ich
budowa i właściwości. Budowa związku koordynacyjnego
w typowym przypadku sprowadza się do atomu
centralnego połączonego z tzw. ligandami. Liczba
koordynacyjna (LK) jest to liczba bezpośrednich wiązań
utworzonych przez pary elektronowe liganda uwspólnianie
z atomem (jonem) centralnym.
Przedstawione dotąd możliwości występowania
zjawiska wielu wartościowości podsumowano krótko
poniżej:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
29
Efekt biernej (wolnej) pary elektronowej
to tendencja do tworzenia jonów o ładunku
o dwie jednostki mniejszym, niż to wynika
z numeru grupy (np.: In3+ i In+; Pb2+ i Pb4+);
Zmiana oktetu to zjawisko obserwowane
w przypadku pierwiastków, które charakteryzują
się wartościowością zmienną - konsekwentnie
posiadają zdolność do tworzenia różnej liczby
wiązań kowalencyjnych; pierwiastki takie mogą
rozszerzać swoje oktety elektronowe (np. w PCl5
– wymagany oktet elektronowy zwiększony jest
do 10 przez wykorzystanie jednego ze swoich
orbitali typu d);
Liczba koordynacyjna (LK) kompleksu4 to
liczba bezpośrednich wiązań utworzonych przez
pary elektronowe liganda uwspólnianie
z atomem (jonem) centralnym.
Obecnie zarówno w polskiej jak i zagranicznej edukacji
chemicznej, pojęcie wartościowości chemicznej posiada
ciągle ogromne znaczenie i jest nadal stosowane oraz
rozumiane jako liczba określająca liczbę wiązań, jakie
może utworzyć atom danego pierwiastka z innym atomem.
Ponieważ wartościowość jest wielkością przydatną
w początkowym okresie nauki chemii, gdyż ułatwia
zapisywanie wzorów strukturalnych oraz wzorów
4 Liczba koordynacyjna nazywana była początkowo przez Alfreda Wernera jako
„wartościowość wtórna”.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
30
sumarycznych, to jest ona wprowadzana na początku
edukacji chemicznej (w gimnazjum). Należy jednakże
zauważyć, że koncepcja wartościowości jest pojęciem
często mylnym, niejednoznacznym i często nie ma
zastosowania w takich przypadkach jak przedstawiono
w poniższej tabeli:
Ograniczenie stosowalności
pojęcia wartościowości Przykład
Samo założenie co do wartości
wartościowości - przyjmuje ona wartości
bezwzględne, co powoduje, że zarówno
atom pierwiastka przyjmującego, oraz
oddającego elektrony posiada taki sam
znak;
II II
FeO
Istnieją przypadki, w których liczba
wiązań kowalencyjnych jest mniejsza niż
wartościowość;
II
CO oraz IV
2CO
Informacja na temat wartościowości
danego pierwiastka jest niepraktyczna,
gdyż często musi być interpretowana
intuicyjnie;
jaką wartościowość
posiada atom siarki
w H2SO4?
I x II
2 4H SO , x = ?
Dokładniejsza analiza pojęcia
wartościowości może prowadzić do
nieoczekiwanych wyników.
dla CO zakłada się,
że wiązanie między
atomami węgla
oraz tlenu jest
wiązaniem podwój-
nym, okazuje się
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
31
jednak, że wiązanie
to jest w rzeczy-
wistości wiązaniem
potrójnym
Przedstawione w tym rozdziale informacje na temat
koncepcji wartościowości są bardzo istotne nie tylko
z koncepcyjnego punktu widzenia, ale również posiadają
ogromnie ważne znaczenie w dydaktyce chemii. Efektem
problematyki stosowalności oraz aktualnością poglądów
na naturę wiązania chemicznego jest to, że obecnie
stosuje się bardziej uniwersalne pojęcie – stopień
utlenienia.
1.2. Definicje stopnia utlenienia
Czym jest stopień utlenienia? Udzielenie odpowiedzi na
to wydawałoby się dość proste pytanie w rzeczywistości
nie jest łatwe. Powszechna stosowalność tego pojęcia
zarówno w szkole ponadgimnazjalnej, jak i na studiach
wyższych sprawia, iż często jego idea jest
marginalizowana. Pojęcie to jest stosowane zarówno
w literaturze polskiej jak i zagranicznej, gdyż stanowi
podstawę dobierania współczynników stechiometrycznych
w równaniach reakcji chemicznych. Ogólnie przyjmuje się,
że każdemu atomowi danego pierwiastka w związkach
chemicznych można przypisać pewną wartość liczbową
wyrażoną za pomocą cyfr rzymskich, którą określa się
jako tzw. „stopień utlenienia”. W edukacji chemicznej
często bywa tak, że pojęcie to jest wprowadzane na
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
32
pierwszych etapach przy zastosowaniu analogii do pojęcia
„wartościowości chemicznej”. Jednakże należy wystrzegać
się takich uproszczeń, a przedstawiając je uczniom należy
robić to z rozwagą.
Istnieje wiele różnorodnych definicji pojęcia stopnia
utlenienia, które funkcjonują zarówno w literaturze
kierowanej do uczniów, jak i studentów. W poniższej tabeli
zestawiono różne definicje w zależności od danego źródła
literaturowego.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
33
Definicja stopnia utlenienia Źródło literaturowe
„Stopień utlenienia pierwiastka w cząsteczce można
wyznaczyć przez rozłożenie cząsteczki na jony lub
obojętne atomy przy uwzględnieniu powinowactw
elektronowych. Stopień utlenienia jest określony
przez znak i liczbę ładunków podaną za pomocą cyfr
rzymskich, umieszczoną nad symbolem danego
pierwiastka w związku”.
Kolditz L. Chemia nieorga-
niczna, t.1, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1994, str. 68.
„Stopniem utlenienia pierwiastka, wchodzącego
w skład określonej substancji nazywamy liczbę
dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych,
jakie przypisalibyśmy atomowi tego pierwiastka,
gdyby cząsteczki tej substancji miały budowę
jonową”.
Bielański A. Podstawy chemii
nieorganicznej, t.1, Wydawnic-
two Naukowe PWN, 2006, str.
369 - 371.
“Stopień utlenienia atomu jest liczbą, która
reprezentuje ładunek elektryczny jaki miałby atom
jeśli elektrony w związku są przynależne do atomów
w sposób konwencjonalny. Przynależność
elektronów jest czymś arbitralnym”.
Pauling, L. C., The Nature of
the Chemical Bond, Cornell
University Press,1940.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
34
“Stopień utlenienia jest zdefiniowany jako ładunek
atomu jaki można wyobrazić sobie w przypadku,
gdy elektrony są zaksięgowane zgodnie z przyjętymi
regułami”.
McNaught, A. D., Wilkinson, A.,
Compendium of Chemical
Terminology, Blackwell Scientific
Publications: Oxford, 1997.
“Koncepcja stopnia utlenienia jako czysto formalne
narzędzie w celu uzgodnienia współczynników
stechiometrycznych w reakcjach redoks jest oparta
o dokładne lub przybliżone rozdzielenie integralnej
liczby elektronów od wszystkich pozostałych
elektronów w rozpatrywanym układzie”.
Jørgensen, Chr. K. Oxidation
Numbers and Oxidation States,
Springer, 1969.
“Stopień utlenienia jest parametrem uzyskanym
przez uznanie wiązania chemicznego jako jonowego.
Pojęcie to może być rozpatrywane jako ładunek jaki
miałby atom jeśli bardziej elektroujemny atom
w wiązaniu nabyłby dwa elektrony w całości. Stopień
utlenienia jest stanem fizycznym pierwiastka
w odniesieniu do jego liczby utlenienia”.
Shriver, D., Atkins, P. Shriver
and Atkins, Inorganic Chemistry,
W.H. Freeman and Company,
2006.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
35
„Stopień utlenienia pierwiastka w danym związku
chemicznym jest to ładunek jonu, jaki
przypisalibyśmy atomom pierwiastka w związku,
gdyby wszystkie wiązania utworzone przez ten atom
miały charakter jonowy”.
M. Krzeczkowska, Chemia
– System Mądrego Szukania
(SMS), Park, 2005, str. 15.
„Stopień utlenienia to pojęcie umowne (zapisywane
cyfrą rzymską). Stopień utlenienia pierwiastka
w danym związku chemicznym jest to liczba
dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych,
jakie przypisalibyśmy atomom danego pierwiastka
w związku, gdyby wszystkie wiązania utworzone
przez ten atom były jonowe”.
M. Krzeczkowska, J. Loch,
A. Mizera, Repetytorium* liceum
chemia, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2010, str. 219.
„stopień utlenienia to liczba odpowiadająca
ładunkowi, jaki miałby atom, gdyby elektrony
uczestniczące w tworzeniu wiązania z innymi
atomami zostały mu całkowicie oddane lub zabrane.
Jest to zatem ładunek, jaki atom miałby, gdyby
utworzony przez niego związek miał charakter
jonowy”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklo-
pedyczny, Wydawnictwo Europa,
2001, str. 528.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
36
„stopień utlenienia pierwiastka, liczba utlenienia
pierwiastka, umowna (formalna) liczba
elektrycznych ładunków elementarnych (dodatnich
lub ujemnych), jaką posiadałby atom pierwiastka,
gdyby wszystkie wiązania utworzone przez ten atom
w danym związku chemicznym były jonowe.”
P. Kozyra (red.), Chemia –
słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 329.
„Stopniem utlenienia pierwiastka, wchodzącego
w skład określonej substancji, nazywamy liczbę
dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych,
jakie przypisalibyśmy atomom tego pierwiastka,
gdyby cząsteczki tej substancji miały budowę
jonową”.
A. Bielański, Podstawy chemii
nieorganicznej, t.1., Wyda-
wnictwo Naukowe PWN, 2006,
str. 369.
„Stopień utlenienia (Sutl) traktuje się jak umowną
liczbę elektronów, które dany atom przekazał lub
przyjął od innego atomu w ramach tworzenia z nim
wiązania chemicznego. Stopień utlenienia atomów
pierwiastka w stanie wolnym (atomów lub
cząsteczek homo-jądrowych) wynosi więc zero,
a stopnie utlenienia atomów w związkach można
obliczyć zgodnie z kilkoma ogólnymi regułami (…)”.
M. Łuczyński i inni, Podstawy
chemii organicznej, Wydawni-
ctwo UWM, 2007, str. 230.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
37
Wyznaczenie wartości stopni utlenienia, lub innymi
słowy - przypisywanie ich liczbowych wartości konkretnym
atomom danych pierwiastków chemicznych, opiera się na
regułach formalnych (umownych), arbitralnych oraz
teoretycznych. Wynika z tego, że stopień utlenienia nie
stanowi wielkości fizycznej i nie ma sensu fizycznego.
Można więc dojść do wniosku, że pojęcie to w zasadzie
należy rozpatrywać w kontekście przydatnego „narzędzia”,
mającego zastosowane w m.in.:
Klasyfikacji związków nieorganicznych;
Prostej metodzie bilansowania równań reakcji
utlenienia-redukcji (tzw. metoda bilansu
elektronowego).
Poza omówionymi wcześniej definicjami stopnia
utlenienia, istnieją inne możliwe ujęcia tego zagadnienia
funkcjonujące zarówno w literaturze kierowanej do
uczniów, jak i studentów. W celu klarownego
przestawienia wspomnianych definicji posłużono się
cytatami zawartymi w poniższej tabeli: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
38
Cytat dotyczący koncepcji wartościowości
w odniesieniu do jednowartościowości Źródło literaturowe
„Stopień utlenienia (liczba utlenienia). Stopień
utlenienia pierwiastka w cząsteczce można
wyznaczyć przez rozłożenie cząsteczki na jony lub
obojętne atomy przy uwzględnieniu ich względnych
powinowactw elektronowych. Stopień utlenienia
określony jest przez znak i liczbę ładunków podaną
za pomocą cyfr arabskich, umieszczoną nad
symbolem danego pierwiastka w związku”.
L. Kolditz, Chemia nieorga-
niczna, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 1994, str. 68.
„[…] stopień utlenienia atomu jest to liczba
odpowiadająca ładunkowi elektrycznemu, jaki
posiadałby atom, gdyby elektrony występujące w
związku zostały przekazane atomom w określony
sposób. To przekazywanie elektronów jest do pew-
nego stopnia dowolne, ale sam sposób
postępowania jest korzystny, ponieważ pozwala
uzyskać dane co do wartościowości pierwiastków w
związku, bez szczegółowego rozpatrywania jego
struktury, jak również może stanowić podstawę
L. Pauling, P. Pauling, Chemia,
Wydawnictwo Naukowe PWN,
1983, str. 165.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
39
prostej metody bilansowania równań reakcji
utleniania-redukcji”.
„Zmianę ładunku i odpowiednią liczbę utraconych lub
pobranych elektronów można łatwo określić
w przypadku jonów jednoatomowych. (…) W celu
rozszerzenia tych pojęć (utlenienia i redukcji) na
cząsteczki i jony wieloatomowe chemicy obmyślili
metodę śledzenia przemieszczenia elektronów przez
przypisanie każdemu pierwiastkowi stopnia
utlenienia. Z definicji stopnia utlenienia wynika,
że zwiększenie stopnia utlenienia oznacza
utlenianie. Zmniejszenie stopnia utlenienia oznacza
redukcję (…). „Stopień utlenienia – efektywny
ładunek atomu w związku, obliczony zgodnie
z pewnymi regułami (…)”.
L. Jones, P. Atkins, Chemia
ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2014, str. 120 i B23.
„Stopień utlenienia określa, jaki ładunek
w zdefiniowanym związku miałby pierwiastek, gdyby
wszystkie występujące w nim pierwiastki miały
postać jonów”.
K. – H. Lautenschläger,
W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium
chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 153-154.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
40
„Dla wszystkich jonów jednoatomowych ich stopień
utlenienia równy jest wartościowości jonowej”.
„I w nazwach, i najczęściej we wzorach, podaje się
wyłącznie te stopnie utlenienia, które są ważne
w danym przypadku”.
„Utlenianie to wzrost stopnia utlenienia. Redukcja
to zmniejszenie stopnia utlenienia”
„Stopień utlenienia atomu, liczba utlenienia, liczba
określająca formalny ładunek danego atomu
w związku chemicznym pozostały po usunięciu
z cząsteczki wszystkich innych atomów w postaci
jonów; może przyjmować wartość dodatnią, ujemną
lub zerową”.
„Stopień utlenienia we wzorach chemicznych
zapisuje się liczbą rzymską (w odróżnieniu od
ładunku jonu zapisywanego liczbą arabską) (…)”.
„(…) mają charakter tylko formalny i nie są
rzeczywistymi ładunkami atomów”.
„Terminem stopień utlenienia atomu można
Praca zbiorowa, Encyklopedia
szkolna. Chemia. WSiP, 2001,
str. 578 - 579.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
41
posługiwać się głównie przy rozpatrywaniu związków
jonowych, choć jest również stosowany do opisu
atomów w cząsteczkach mających wiązania
wielokrotne, a nawet nietypowe wiązania (…)”.
„Atomowi w wieloatomowej cząsteczce (jonie) można
przypisać efektywną liczbę ładunkową nazwaną
stopniem utlenienia, ω. (…) Stopień utlenienia
definiuje się w ten sposób, że zwiększenie jego
wartości (Δω > 0) odpowiada utlenieniu,
a zmniejszanie (Δω < 0) odpowiada redukcji”.
P. W. Atkins, Podstawy chemii
fizycznej, Wydawnictwo Nauko-
we PWN, 1999, str. 593-594.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
42
Warto również przytoczyć bardzo ważną definicję5
stopnia utlenienia zalecaną przez Unię Chemii Czystej
i Stosowanej (ang. IUPAC):
„A measure of the degree of oxidation of an atom
in a substance. It is defined as the charge an atom might
be imagined to have when electrons are counted
according to an agreed-upon set of rules (…)”.
A. McNaught i inni,
IUPAC. Compendium of Chemical Terminology,
Blackwell Scientific Publications: Oxford, 1997,
http://goldbook.iupac.org
Przedstawione dotychczas informacje, definicje
i wnioski na temat stopnia utlenienia, ukazują szeroką
gamę możliwości w interpretacji i rozumieniu tego
niedocenianego często pojęcia chemicznego. W celu
podsumowania przedstawionych wszystkich wcześniej
informacji, można wyciągnąć pewne uogólnione wnioski
dotyczące stopnia utlenienia:
Stopień utlenienia jest pojęciem czysto
teoretycznym, umownym i arbitralnym;
Założenia dotyczące stopni utlenienia dotyczą
sytuacji, w której wiązania między atomami są
wiązaniami typu jonowego;
5 Autorzy zdecydowali się nie tłumaczyć oryginalnej definicji, aby nie utracić
jej sensu chemicznego.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
43
Założenia rządzące wartościami liczbowymi
stopni utlenienia atomu danego pierwiastka są
czysto arbitralne;
W pewnych sytuacjach, stopień utlenienia
można utożsamić z ładunkiem elektrycznym
atomu danego pierwiastka;
Stopień utlenienia może służyć do ustalania
współczynników stechiometrycznych w równa-
niach reakcji chemicznych;
Wartości liczbowe stopni utlenienia zapisuje się
bezpośrednio nad atomem danego pierwiastka
w związku chemicznym za pomocą cyfr
rzymskich6.
Źródła literaturowe:
K. Jurowski, A. Jurowska, M. Krzeczkowska, Stopień utlenienia
atomów (C, N, O, S i P) w związkach organicznych oraz reakcje
utlenienia-redukcji w chemii organicznej i biochemii, Scientiae
et Didactics, 2015.
M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium* liceum
chemia, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010, str. 219.
6 Kiedyś wartości liczbowe stopni utlenienia zapisywane były za pomocą cyfr arabskich
w celu odróżnienia tego pojęcia od pojęcia wartościowości. Z uwagi na praktyczne wyparcie pojęcia wartościowości przez pojęcie stopnia utlenienia, obecnie zgodnie z zaleceniami Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC), wartości stopnia utlenienia zapisuje się wyłącznie w postaci cyfr rzymskich.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
44
M. Krzeczkowska, Chemia – System Mądrego Szukania (SMS),
Park, 2005, str. 15.
M. Cieślak-Golonka, J. Starosta, M. Wasilewski, Wstęp do
Chemii Koordynacyjnej, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010,
str. 5 – 6.
M. Łuczyński, J. Wilamowski, M. Góra, B. Kozik,
L. Smoczyńska, Podstawy chemii organicznej, Wydawnictwo
UWM, 2007, str. 230.
J. Pajdowski, Chemia ogólna, Wydawnictwo Naukowe PWN,
1993, str. 105.
L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, t.1, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 1994, str. 68.
Praca zbiorowa, Encyklopedia szkolna - chemia, WSiP, 2001,
str. 635.
S. Kettle, Fizyczna chemia nieorganiczna, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1999, str. 19.
L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, PWN, 2014, str. 120, 345, 338 i 360.
P. Chmielewski, A. Jezierski, Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo Europa, 2001, str. 578.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 376.
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 151 - 152.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
45
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, str. 369.
L. Pauling, P. Pauling, Chemia, Wydawnictwo Naukowe PWN,
1983, str. 165.
P. W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1999, str. 593 - 594.
A. McNaught i inni, IUPAC. Compendium of Chemical
Terminology, Blackwell Scientific Publications: Oxford, 1997,
http://goldbook.iupac.org.
V. Gupta, et. al., Assigning Oxidation States to Organic
Compounds via Predictions from X-ray Photoelectron
Spectroscopy: A Discussion of Approaches and Recommended
Improvements, Journal of Chemical Education, 2013, 91(2),
232 - 238.
H. Loock, Expanded definition of the oxidation state, Journal of
Chemical Education, 2010, 88 (3), 282 - 283.
C. JØrgensen, Oxidation numbers and oxidation states,
Springer Science & Business Media, 2012, 112 - 113.
G. Calzaferri, Oxidation numbers, Journal of Chemical
Education, 1999, 76(3), 362 – 363.
W. Jensen, Oxidation States versus Oxidation Numbers,
Journal of Chemical Education, 2011, 88(12), 1599 - 1600.
G. Parkin, Valence, Oxidation number, and formal charge: three
related but fundamentally different concepts, Journal of
Chemical Education, 2006, 83(5), 791 – 799.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
46
W. Jensen, The origin of the oxidation-state concept, Journal of
Chemical Education, 2007, 84(9), 1418 – 1419.
J. Packer, S. Woodgate, Lewis structures, formal charge, and
oxidation numbers: A more user-friendly approach, Journal of
Chemical Education, 1991, 68(6), 456 – 458.
T. P. Silverstein, Oxidation and Reduction: Too Many
Definitions?, Journal of Chemical Education, 2010, 88(3), 279 -
281.
A. Woolf, Oxidation numbers and their limitations, Journal of
Chemical Education, 1988, 65(1), 45 – 46.
G. Parkin, Valence, Oxidation number, and formal charge: three
related but fundamentally different concepts, Journal of
Chemical Education, 2006, 83(5), 791.
M. Niaz, A. Lawson, Balancing chemical equations: The role of
developmental level and mental capacity, Journal of Research
in Science Teaching, 1985, 22(1), 41 - 51.
S. Riedel, M. Kaupp, The highest oxidation states of the
transition metal elements, Coordination Chemistry Reviews,
2009, 253(5), 606 - 624.
R. A. Marcus, On the theory of oxidation‐reduction reactions
involving electron transfer. I, The Journal of Chemical Physics,
1956, 24(5), 966 - 978.
J. Haber, M. Witko, Oxidation catalysis—electronic theory
revisited, Journal of Catalysis, 2003, 216(1), 416 - 424.
P. Atkins, Shriver and Atkins' inorganic chemistry, 2010, Oxford
University Press.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
47
Uogólnione reguły ustalania stopni utlenienia
2.1. Uwagi wstępne na temat reguł
Aby przypisać właściwe wartości stopnia utlenienia dla
danego pierwiastka chemicznego należy zastosować
odpowiednie reguły i zasady. Należy podkreślić, iż reguły
te muszą być względem siebie spójne i uzupełniające.
Z drugiej strony, w zależności od danego źródła
literaturowego, można dostrzec pewne różnice w wielu
przykładach. Warto również zwrócić uwagę na fakt, iż
w wielu źródłach literaturowych (podręczniki akademickie
i szkolne), reguły te nie są całkowicie wolne od
niejasności. Nawet jeśli sam sposób zastosowania ich nie
sprawia trudności, to do posługiwania się nimi wymagane
jest niekiedy znaczne doświadczenie oraz wiedza na
temat budowy cząsteczek.
2
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
48
Ponieważ często wśród uczniów, studentów, jak
i również nauczycieli zdarzają się odmienne zdania oraz
sytuacje wątpliwe oraz niejednoznaczne, jak i również
liczne dylematy w odniesieniu do reguł przypisywania
stopni utlenienia atomom, stąd Autorzy niniejszej
monografii postanowili pochylić się nad tym ważnym
zagadnieniem. W poniższym podrozdziale (2.2.),
przedstawiono szeroką dyskusję na temat każdej reguły.
2.2. Dyskusja reguł
REGUŁA I.
Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących
w skład cząsteczki obojętnej elektrycznie wynosi zawsze
zero.
Przedstawiona reguła jest główną zasadą, zgodnie
z którą atomy pierwiastków chemicznych, wchodzących
w skład cząsteczki, posiadają własny wkład, który
w efekcie musi być równy 0. Innymi słowy, najprostsza
cząsteczka heteroatomowa posiada atomy, z których
jeden posiada dodatni stopień utlenienia, a drugi ujemny
stopień utlenienia. Przykładowo w KCl, stopień utlenienia
potasu wynosi I, z kolei stopień utlenienia chloru wynosi
–I. Jeśli natomiast rozpatrywać cząsteczkę amoniaku –
NH3, wówczas można łatwo wyliczyć, że stopień utlenienia
atomu azotu wynosi –III, ponieważ:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
49
*****
REGUŁA II.
Suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących
w skład jonu prostego (atom obdarzony ładunkiem) jest
równa zawsze ładunkowi jonu.
Reguła II. jest bardzo podobna do wcześniej
przedstawionej (reguła I.), jednakże dotyczy jonów
prostych, które należy rozumieć jako:
„Jon prosty, atom obdarzony ładunkiem elektrycznym, np.
Cl-, S2-, Li+, Na+, Mg2+, Sr2+, Al3+ (...)”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklopedyczny,
Wydawnictwo Europa, 2001, str. 147.
Niech jako przykład posłuży jon selenkowy Se2-. W anionie
tym, stopień utlenienia atomu selenu wynosi –II, ponieważ
ładunek anionu selenkowego wynosi -2.
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
50
REGUŁA III.
Pierwiastkom w stanie wolnym we wszystkich odmianach
alotropowych (niezależnie od liczby atomów w cząste-
czce) przypisuje się stopień utlenienia równy zero.
Reguła III. stanowi podstawową zasadę, zgodnie
z którą pierwiastki chemiczne w stanie wolnym (w każdej
odmianie alotropowej) przyjmują wartość stopnia
utlenienia zero. Warto zwrócić uwagę, iż reguła ta jest
powszechnie znana i stosowana w praktyce szkolnej oraz
akademickiej, często dojść „intuicyjnie”.
W tym miejscu warto zadać sobie pytanie – czym
właściwie jest „stan wolny”? Z uwagi na powszechność
w użyciu, pojęcie to nie budzi większych kontrowersji.
Jednakże warto sprawdzić, czy to powszechnie
stosowane pojęcie jest w poprawny sposób rozumiane,
bowiem ma to istotne znaczenie w przytoczonej definicji.
Zwykle pojęcie „stan wolny” definiowane jest jako stan
pierwiastka w postaci niezwiązanej (wolny = wolny od
wiązań). Czy takie rozumienie jest jednak prawidłowe?
Czy tego typu przyrównanie może być stosowane?
Wydaje się, że takie rozumienie tego pojęcia jest jednak
niepoprawne. Niech jako przykład posłuży atom chloru,
który w warunkach normalnych jak i również
standardowych, występuje w postaci cząsteczek
dwuatomowych Cl2. W takim przypadku atom chloru
przyjmuje stopień utlenienia równy 0. Czy jest to jednak
stan wolny? W odniesieniu do przytoczonej reguły wydaje
się, iż zasada ta nie powinna dotyczyć atomu chloru
w cząsteczce Cl2, ponieważ chlor jest w postaci związanej
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
51
(Cl-Cl). Należy jednak wziąć pod uwagę, że zagadnienie to
stanowi bardzo duży problem zarówno dydaktyczny, jak
i merytoryczny. Jakie więc kroki można poczynić, by
w możliwie najlepszy sposób poprawnie sformułować tę
regułę?
W odczuciu Autorów, najlepszym rozwiązaniem jest
zastąpienie w przytoczonej definicji pojęcia „stan wolny”,
pojęciem „stan elementarny”. W jaki sposób należy
zrozumieć pojęcie - „stan elementarny”? W takim
przypadku wydaje się, że można przyjąć znaczenie
bezpośrednio wynikające z przymiotnika „elementarny”,
co z języka angielskiego, w ujęciu chemicznym
(ang. elementary), oznacza po prostu „pierwiastkowy”.
Warto tutaj zwrócić uwagę na to, że bezpośrednie
tłumaczenie (bez zachowania kontekstu chemicznego),
traci w efekcie sens stricte chemiczny, ponieważ słowo
„elementary” w języku polskim oznacza: elementarny,
podstawowy lub niepodzielny. W efekcie, jeśli przyjąć
założenie, że chodzi o stan pierwiastkowy i wziąć również
pod uwagę fakt występowania pierwiastków w różnych
formach alotropowych, uzasadnione jest zastosowanie
terminu „stan elementarny” zamiast „stan wolny”
w przytoczonej wcześniej regule. Przytoczone
rozumowanie daje możliwość poprawnego stosowania
reguły w odniesieniu zarówno do najprostszych form
pierwiastków chemicznych (np. S, P, O), jak i ich form
alotropowych – zwykle cząsteczkowych (np. O2, O3, S2, S8,
P4,).
Warto również zwrócić uwagę na to, że postać
przytoczonej reguły, zawierającej termin „stan wolny”,
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
52
wraz z uwzględnieniem wspomnianych form alotropowych
nie jest do końca poprawna i nie powinna być w taki
sposób stosowana. W przypadku atomu węgla, symbol
chemiczny „C” tego pierwiastka chemicznego jako
diamentu, czy grafitu jest stanem wolnym. Stąd zapis ten
jest poprawny z przytoczoną regułą, bowiem dotyczy
zarówno form alotropowych, jak i również formy wolnej
(niezwiązanej). Jak będzie wyglądała sytuacja
w przypadku fosforu białego i czerwonego? Obie formy
fosforu posiadają wzór P4, czy jednak stan ten jest stanem
wolnym?
Z przytoczonej dyskusji wynika, iż definicja ta powinna
mieć brzmienie uwzględniające pojęcie „stanu
elementarnego”, wówczas nie jest również wymagany
zapis dotyczący form alotropowych. Stąd, w rozumieniu
Autorów definicja ta powinna mieć następującą postać:
Pierwiastkom w stanie elementarnym (pierwiastko-
wym) przypisuje się stopień utlenienia równy zero,
(niezależnie od liczby atomów w cząsteczce).
*****
REGUŁA IV.
Stopień utlenienia atomów litowców wynosi: I, a atomów
berylowców: II.
Podana reguła jest sformułowana w sposób nie
budzący zastrzeżeń, a ponadto wskazuje, że w przypadku
metali grupy I i II, stopień utlenienia jest w rzeczywistości
równy liczbowo numerowi grupy, w której ten pierwiastek
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
53
występuje. Warto zwrócić uwagę, iż w literaturze znane są
jednak wyjątki od tej reguły, stąd należy uznać, że taka
forma zapisu tej reguły nie jest do końca poprawna
i wystarczająca, aby być w zgodzie z obecnym stanem
wiedzy. Przykładem tutaj mogą być litowce (sód, potas,
rubid i cez), które tworzą monoatomowe aniony (np. Na-,
K-, Rb-, czy Cs-). Rozważmy reakcję rozpuszczonego
w etylenoaminie sodu z kryptatami, w wyniku której
powstają wykazujące połysk metaliczny heksagonalne
łuski o składzie [Na+(kryptat)]Na-, gdzie występuje
stabilizacja anionu sodu (Na-). Kryptaty stanowią
kompleksy zawierające ligandy o strukturze kryptandów,
czyli związków chelatowych o budowie sferycznej.
Kompleksowany jon jest ze wszystkich stron otaczany
poprzez ligand we wnętrzu tzw. "krypty" – stąd wywodzi
się nazwa „kryptaty”. Odkrycie anionów metali takich jak:
Na-, K-, Rb- oraz Cs- opisał w 1969 r. Matalon. Aniony
przedstawionych wcześniej litowców są trwałe
w rozpuszczalnikach jakimi są aminy. Istnieje również
anion Li-, ale został on stwierdzony jedynie w fazie
gazowej, co zostało potwierdzone w 1947 r.
W związku z powyższymi informacjami, w odczuciu
Autorów należy zmodyfikować przedstawioną wcześniej
regułę w bardziej zwartą postać:
Stopień utlenienia atomów litowców wynosi
w większości przypadków: I, a atomów berylowców
wynosi: II.
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
54
REGUŁA V.
Stopień utlenienia atomu fluoru wynosi zawsze –I.
Atom fluoru, jako najbardziej elektroujemny pierwiastek
chemiczny, odznaczający się elektroujemnością według
skali Paulinga – 4,0, zawsze będzie zapisywany we
wzorach sumarycznych na ostatnim miejscu, stąd wartość
znaku nie budzi zastrzeżeń. Należy jednakże zauważyć,
że ciekawym przykładem może być połączenie tlenu
z fluorem (OF2). W tym przypadku fluor stanowi anion,
co jest oczywiste, a tlen stanowi kation. W związku z tym
stopień utlenienia fluoru wynosi –I, natomiast tlen stanowi
kation, charakteryzujący się stopniem utlenienia: II. Nazwa
tego związku to fluorek tlenu, a nie tlenek fluoru.
Z drugiej strony, wartość liczbowa podyktowana jest
zasadą, iż najniższy (minimalny) teoretyczny stopień
utlenienia tego pierwiastka jest równy numerowi grupy
pomniejszonemu o liczbę dającą oktet elektronowy (czyli
8), jednakże w przypadku pierwiastków grup 13 - 17,
należy odjąć liczbę 18. Wynika z tego, że w przypadku
fluoru minimalny stopień utlenienia wynosi –I.
*****
REGUŁA VI.
Stopień utlenienia wodoru wynosi I, z wyjątkiem wodorków
metali, gdzie przyjmuje stopień utlenienia –I.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
55
Wydaje się, że ta reguła stanowi jasną zasadę i nie
budzi jakichkolwiek wątpliwości. Niech jako przykład
posłuży cząsteczka C2H6, w której każdy z atomów wodoru
posiada stopień utlenienia równy I, z kolei w np. CaH2
każdy z atomów wodoru posiada stopień utlenienia równy
–I (minus jeden).
Przedstawiane przykłady ukazują w dobitny sposób,
że nie ma w tych przypadkach sytuacji wątpliwych. Jaki
jednak stopień utlenienia przyjmą atomy wodoru
w związku takim jak arsenowodór? Przed odpowiedzą na
to pytanie należy zastanowić się jakiego typu wodorkiem
jest arsenowodór. W tym celu należy zapisać jego wzór
sumaryczny i sprawdzić położenie arsenu w układzie
okresowym. Ponadto, arsen współcześnie należy zaliczyć
do metaloidów, stąd rozważanie tego typu wodorku jest
kłopotliwe. Z drugiej strony położenie arsenu w grupie 15.
układu okresowego pierwiastków, wskazuje na to, że
AsH3 jest związkiem analogicznym do NH3, stąd stopień
utlenienia dla atomu wodoru powinien wynosić I, a nie –I.
Do analogicznego wniosku można dojść również
przyjmując powszechnie stosowaną regułę, iż atom
w danej cząsteczce, który jest bardziej elektroujemny,
przyjmuje stopień utlenienia o wartości ujemnej.
W przypadku AsH3, wartość elektroujemności7 As wynosi:
2,0 natomiast dla atomu wodoru: 2,1.
Warto zwrócić uwagę na fakt, iż zasada, zgodnie
z którą podczas pisania wzorów związków chemicznych
pierwiastki wymieniane są najczęściej w kolejności
7 W zależności od źródła wartości te różnią się, ale w każdym przypadku elektroujemność atomu
arsenu jest zawsze niższa od elektroujemności atomu wodoru.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
56
wzrastającej elektroujemności, nie jest stosowana zawsze
w pełni konsekwentnie. Wyjątkiem od tej reguły może być
np. wzór sumaryczny amoniaku, który zapisuje się jako
NH3, a nie jako H3N jak wynikałoby to z wartości
elektroujemności.
Z przytoczonej dyskusji wynika, iż reguła VI.
w zasadzie jest jasna i nie wymaga uzupełnień, ale warto
uważać na jej stosowanie w przypadku związków,
w których określenie typu pierwiastka (metal/niemetal) jest
problematyczne. W takich przypadkach można posłużyć
się przytoczonym wcześniej rozumowaniem – należy
rozpatrzyć podobieństwo danego pierwiastka do innych
pierwiastków, leżących w tej samej grupie, co
rozpatrywany pierwiastek (AsH3 w analogii do NH3).
Jeszcze innym podejściem jest porównanie
elektroujemności, wówczas należy przypisać ujemną
wartość stopnia utlenienia temu pierwiastkowi, który
charakteryzuje się wyższą wartością elektroujemności.
Przedstawiona reguła stanowi bardzo ważny przykład
sytuacji, w której prosta zasada może nie być na tyle
uniwersalna, na ile wydaje się to początkowo możliwe.
Warto również zwrócić uwagę na to, że powszechnie
stosowane reguły związane z ustalaniem stopni utlenienia,
często mogą prowadzić do rutynowych lub machinalnych
działań, które mogą być zgubne w skutkach, szczególnie
w praktyce szkolnej. Oprócz tego bardzo ważne jest, aby
zdawać sobie sprawę z wyjątków, jak wspomniany wzór
amoniaku – NH3.
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
57
REGUŁA VII.
Stopień utlenienia atomu tlenu wynosi –II, oprócz:
nadtlenków , w których jest równy –I
ponadtlenków, w których jest równy -½
jonu ditlenu(+1) czyli O2+, w którym wynosi +½
fluorku tlenu (OF2), w którym równy jest II
Pierwsza część przytoczonej reguły zdaje się być
w pełni jasna i nie budzić wątpliwości. Stąd, dla np.
cząsteczki H2O, stopień utlenienia atomu tlenu wynosi –II.
Pierwszym wyjątkiem od przytoczonej reguły jest
stopień utlenienia atomu tlenu w nadtlenkach. Nadtlenki,
są nieorganicznymi związkami charakteryzującymi się
obecnością wiązania pomiędzy atomami tlenu (mostek
tlenowy) –O–O–, w których każdy z atomów posiada
stopień utlenienia równy -I. Do wyniku tego można dojść
również stosując regułę 1, np. dla nadtlenku wodoru
można obliczyć:
Drugi wyjątek od tej reguły to stopień utlenienia atomu
tlenu w ponadtlenkach, który wynosi -½. Przykładem tego
jest ponadtlenek potasu KO2, w którym stopień utlenienia
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
58
atomu potasu wynosi I, z kolei stopień utlenienia atomu
tlenu można w łatwy sposób obliczyć, bazując również na
regule 1., skąd:
Tlen głównie tworzy aniony (ozonki, tlenki, podtlenki,
ponadtlenki i nadtlenki), ale znane są także związki tego
pierwiastka, w których występuje w postaci kationu.
Przykładem może być jon oksygenylowy
w heksafluoroplatynianie oksygenylowym - O2PtF6,
w którym kation oksygenylowy O2+ stabilizowany jest
anionem heksafluoroplatynianowym(V) [PtF6]-. Aby
obliczyć stopień utlenienia atomu tlenu we wspomnianym
jonie, istnieje możliwość zastosowania reguły 2., co daje:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
59
Innym wyjątkiem w regule 7. jest stopień utlenienia
atomu tlenu we fluorku tlenu. Z uwagi na to, że atom fluoru
posiada większą elektroujemność od atomu tlenu, to ten
ostatni musi we wzorze sumarycznym być jako kation,
a więc posiada dodatni stopień utlenienia. Bazując na
regułach: 1. oraz 5., można w łatwy sposób obliczyć
stopień utlenienia atomu tlenu w tym związku:
*****
REGUŁA VIII.
Stopień utlenienia atomów wszystkich metali w związku
jest zawsze dodatni i równy co do wartości ich
wartościowości chemicznej.
Przytoczona reguła wydaje się dość prosta i może
wydawać się, że nie wymaga komentarza. Jednakże warto
zwrócić uwagę, iż tak jak podano w regule 4., niektóre
metale mogą w szczególnych przypadkach
charakteryzować się ujemnymi wartościami stopnia
utlenienia. Poza ujemnymi stopniami utlenienia dla
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
60
litowców, można również podać wiele przykładów innych
metali. Sytuacja ta ma szczególne znaczenie w przypadku
związków organometalicznych. Typowymi przykładami,
w których atom metalu posiada ujemny stopień utlenienia,
są tzw. odczynniki Gillmana – np. dimetylomiedzian litu
o wzorze: (CH3)2Cu-Li+. Jeszcze innym przykładem mogą
być dość liczne związki nieorganiczne, posiadające
w składzie monoatomowe aniony w związkach takich jak:
Na(kryptat)+Na-, 2Cs+Pt2-. Znane są również inne związki
posiadające ciekawe w budowie aniony: .4- 4- 6-9 9 4Pb , Sn , Hg
Oprócz tego typu względnie prostych anionów metali,
istnieją również bardziej złożone przykłady przedstawione
w poniższej tabeli.
metal stopień utlenienia przykład związku
Co -I [Co(CO)4]-
V -I [V(C6H6)2]-
Fe -II [Fe(CO)4]2-
Fe -II [Fe(C2H4)4]2-
Mn -III [Mn(CO)4]3-
W -IV [W(CO)4]4-
Przedstawiona tabela zawiera wybrane interesujące
przykłady anionów, stanowiących kompleksy metali bloku
d, które posiadają ujemny stopień utlenienia w połączeniu
z obojętnymi elektrycznie ligandami: CO, etylenem oraz
benzenem.
W związku z przedstawionymi informacjami, należy
zmodyfikować podaną wcześniej regułę do postaci:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
61
Stopień utlenienia atomów metali w większości
związków jest zazwyczaj dodatni i równy co do
wartości ich wartościowości chemicznej z wyjątkiem
anionów monoatomowych litowców, wybranych
poliatomowych oraz bardziej złożonych anionów
kompleksowych wybranych metali bloku d
oraz wybranych metali bloku p.
*****
REGUŁA IX.
Należy tak ustalać stopnie utlenienia, aby unikać wartości
niecałkowitych.
Należy nadmienić, iż powyższa reguła nie wyklucza
oczywiście reguły VII., ale ma znaczenie w sytuacjach
nietypowych – np. w przypadku tlenków mieszanych
takich jak: Fe3O4 czy Pb3O4. Jako przykład może posłużyć
tlenek Fe3O4 8, gdzie obecny jest atom żelaza(II) oraz atom
żelaza(III). Z kolei stopień utlenienia żelaza w odniesieniu
do całego związku (tzw. średni stopień utlenienia),
powinien wynosić 2,67 ponieważ: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
8 Tlenek ten posiada różne nazwy stosowane w zależności od źródła: tlenek żelaza(II)
diżelaza(III), tetratlenek triżelaza.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
62
Wydaje się, że tego typu rozwiązanie nie jest właściwe,
stąd należy posłużyć się innym podejściem.
Jedną ze strategii w przypadku, gdy mamy do czynienia
z grupą atomów, z których co najmniej dwa wykazują
w związku chemicznym inny stopień utlenienia, jest to, że
w bilansie elektronowym można uwzględnić stopień
utlenienia grupy atomów.
Dla wspomnianego przykładu: 3(Fe)VIII - trzy atomy
żelaza na łącznym VIII stopniu utlenienia (grupowym).
Innym podejściem jest także zastosowanie strategii,
w której można „rozbić” mieszany tlenek na dwa tlenki
z osobna, tj. dla Fe3O4 można zapisać dwa wzory FeO oraz
Fe2O3. Takie postępowanie jest uzasadnione tym, że
zamiast podawania wzoru sumarycznego Fe3O4 można
zastosować wzór FeO·Fe2O3. Wówczas możliwe jest
zapisanie bilansu elektronowego dla dwóch różnych
atomów żelaza, co umożliwia uniknięcie stosowania
niecałkowitych wartości stopnia utlenienia.
Jeszcze bardziej złożonym przykładem, może być
znany nadprzewodnik YBa2Cu3O6,5+x. Dla tego przykładu
wartość „x” może się zmieniać od -0,5 do +0,5. Dla x = 0,
stopień utlenienia atomów miedzi jest taki sam i równy II.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
63
Dla x = 0,5 można przyjąć, że w 2/3 jonów miedzi stopień
utlenienia wynosi II, a w pozostałych 1/3 wynosi III. Jeśli
jako x = 0,5, to wówczas 1/3 jonów miedzi posiada
stopień utlenienia I, a pozostałe 2/3 jonów posiada
stopień utlenienia II.
Oba przedstawione przykłady (Fe3O4 oraz
YBa2Cu3O6,5+x) dają możliwość uniknięcia sytuacji, w której
uzyskano by niecałkowite wartości stopnia utlenienia.
Wybór metodologii wynika z sytuacji, w której
przedmiotem dylematu jest uzgodnienie współczynników
stechiometrycznych w równaniu reakcji chemicznej
i wówczas najbardziej dogodnym sposobem jest albo
zastosowanie tzw. „grupy utlenienia” albo „rozbicie” tlenku
mieszanego na tlenki o ściśle określonym składzie,
w którym metale charakteryzują się całkowitymi
wartościami stopni utlenienia. Jeśli jednak dylemat
dotyczy tylko ustalania wzoru sumarycznego, wówczas
sposób dobierania odpowiedniej wartości „x” jest bardziej
dogodny.
*****
Przedstawione i opisane w tym rozdziale reguły
umożliwiają ustalenie oraz przypisanie stopni utlenienia
atomom różnych pierwiastków (reguły I. – IX.) głównie
w związkach nieorganicznych. Ponieważ wszystkie
z omówionych reguł są powszechnie stosowane i zostały
szeroko przedyskutowane, poniżej zestawiono autorską
wersję propozycji zestawu nowych reguł przypisywania
stopni utlenienia. Należy wyraźnie zaznaczyć,
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
64
że przedstawiony poniżej zestaw reguł jest autorskim
opracowaniem, które nie stanowi powszechnie
stosowanych zasad, ale jest jedynie propozycją:
I. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów,
wchodzących w skład cząsteczki obojętnej elektrycznie,
wynosi zawsze zero.
II. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów,
wchodzących w skład jonu prostego (atom obdarzony
ładunkiem) oraz jonów złożonych, jest równa zawsze
ładunkowi jonu.
III. Pierwiastkom w stanie elementarnym (pierwiastko-
wym) przypisuje się stopień utlenienia równy zero,
(niezależnie od liczby atomów w cząsteczce).
IV. Stopień utlenienia atomów litowców wynosi
w większości przypadków: I, a atomów berylowców
wynosi: II.
V. Stopień utlenienia atomu fluoru wynosi zawsze –I.
VI. Stopień utlenienia wodoru wynosi I, z wyjątkiem
wodorków metali, gdzie przyjmuje stopień utlenienia
–I.
VII. Stopień utlenienia atomu tlenu wynosi –II, oprócz:
7.1. Nadtlenków , w których jest równy –I
7.2. Ponadtlenków, w których jest równy -½
7.3. Jonu ditlenu(+1) czyli O2+, w którym wynosi
+½
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
65
7.4. Fluorku tlenu (OF2), w którym równy jest II
VIII. Stopień utlenienia atomów metali w większości
związków jest zazwyczaj dodatni i równy co do wartości
ich wartościowości chemicznej z wyjątkiem anionów
monoatomowych litowców, wybranych poliatomowych
oraz bardziej złożonych anionów kompleksowych
wybranych metali bloku d oraz wybranych metali bloku
p.
IX. Należy tak ustalać stopnie utlenienia, aby unikać
wartości niecałkowitych.
Źródła literaturowe:
K. Jurowski, A. Jurowska, M. Krzeczkowska, Stopień utlenienia
atomów (C, N, O, S i P) w związkach organicznych oraz reakcje
utlenienia-redukcji w chemii organicznej i biochemii, Scientiae
et Didactics, 2015.
L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, t.1, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 1994, str. 68.
Praca zbiorowa, Encyklopedia szkolna - chemia, WSiP, 2001,
str. 635.
S. Kettle, Fizyczna chemia nieorganiczna, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1999, str. 19.
M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium* liceum
chemia, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010, str. 219.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
66
L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. 120, 345, 338
i 360.
P. Chmielewski, A. Jezierski, Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo Europa, 2001, str. 578.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 376.
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 151 - 152.
S. Matalon, S. Golden, M. Ottolenghi, Nature of the visible
absorption bands in metal-amine solutions, The Journal of
Physical Chemistry, 1969, 73(9), 3098 - 3101.
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, str. 369.
L. Pauling, P. Pauling, Chemia, Wydawnictwo Naukowe PWN,
1983, str. 165.
W. Jensen, Oxidation States versus Oxidation Numbers,
Journal of Chemical Education, 2011, 88(12), 1599 - 1600.
W. Jensen, The origin of the oxidation-state concept, Journal of
Chemical Education, 2007, 84(9), 1418 – 1419.
V. Gupta, et. al., Assigning Oxidation States to Organic
Compounds via Predictions from X-ray Photoelectron
Spectroscopy: A Discussion of Approaches and Recommended
Improvements, Journal of Chemical Education, 2013, 91(2),
232 - 238.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
67
H. Loock, Expanded definition of the oxidation state, Journal of
Chemical Education, 2010, 88 (3), 282 - 283.
J. Packer, S. Woodgate, Lewis structures, formal charge, and
oxidation numbers: A more user-friendly approach, Journal of
Chemical Education, 1991, 68(6), 456 – 458.
T. P. Silverstein, Oxidation and Reduction: Too Many
Definitions?, Journal of Chemical Education, 2010, 88(3), 279 -
281.
P. W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1999, str. 593 - 594.
J. Ellis, Adventures with substances containing metals in
negative oxidation states, Inorganic chemistry, 2006, 45(8),
3167 - 3186.
A. Woolf, Oxidation numbers and their limitations, Journal of
Chemical Education, 1988, 65(1), 45 – 46.
C. JØrgensen, Oxidation numbers and oxidation states,
Springer Science & Business Media, 2012, 112 - 113.
G. Calzaferri, Oxidation numbers, Journal of Chemical
Education, 1999, 76(3), 362 – 363.
G. Parkin, Valence, Oxidation number, and formal charge: three
related but fundamentally different concepts, Journal of
Chemical Education, 2006, 83(5), 791.
M. Niaz, A. E. Lawson, Balancing chemical equations: The role
of developmental level and mental capacity, Journal of
Research in Science Teaching, 1985, 22(1), 41 - 51.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
68
S. Riedel, M. Kaupp, The highest oxidation states of the
transition metal elements, Coordination Chemistry Reviews,
2009, 253(5), 606 - 624. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
69
Pojęcia podstawowe związane z ustalaniem współczynników stechiometrycznych w równaniach reakcji
3.1. Symbolika reakcji chemicznych
Na podstawie elementarnej wiedzy chemicznej
wiadome jest, że w celu przedstawienia składu różnych
substancji chemicznych oraz przebiegu przemian (reakcji)
chemicznych, w użytku stosowane są symbole chemiczne.
Symbole chemiczne poszczególnych pierwiastków
składają się z liter mających różną genezę nazw oraz
etymologię.
W celu zapisania wzoru sumarycznego danego związku
chemicznego, należy podać symbole wszystkich
pierwiastków, które wchodzą w skład tej substancji oraz
zaznaczyć liczbę atomów danego pierwiastka
w jednej cząsteczce za pomocą indeksu dolnego - tzw.
indeksu stechiometrycznego. Wynika z tego, że wzór
sumaryczny informuje o tym, jakie pierwiastki występują
w cząsteczce i w jakich proporcjach ilościowych pozostają.
3
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
70
Stąd, wzór sumaryczny określa stechiometrię indywiduum
chemicznego. Należy pamiętać, że podczas zapisywania
wzorów sumarycznych związków chemicznych pierwiastki
zapisuje się najczęściej w kolejności wzrastającej wartości
elektroujemności (np. OF2, H2O,). Tak jak już wspomniano
wcześniej - reguła ta czasami posiada wyjątki takie jak np.
zapis wzoru sumarycznego amoniaku, który przyjęło się
zapisywać jako NH3 zamiast H3N.
Wiadomym jest, że podczas zapisywania równania
reakcji chemicznej po jego lewej stronie zapisywane są
wzory oraz liczby cząsteczek wszystkich substancji,
występujących w reakcji, czyli indywidua reagujące ze
sobą – tzw. substraty (edukty). Definicje substratów
występujące w literaturze przedstawiono w poniższej
tabeli.
Z kolei po prawej stronie równania chemicznego
zapisywane są wzory i liczby cząsteczek substancji,
powstałych w toku reakcji chemicznych czyli tzw.
produkty reakcji. Definicje produktów występujące
w literaturze przedstawiono w poniższej tabeli.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
71
Cytat dotyczący definicji substratu Źródło literaturowe
„substrat – substancja uczestnicząca w reakcji
chemicznej, która w wyniku tej reakcji ulega
przemianie w produkt lub produkty”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklope-
dyczny, Wydawnictwo Europa,
2001, str. 532.
„substraty reakcji, substancje, które wchodzą
w reakcję chemiczną”
P. Kozyra (red.), Chemia –
słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 333.
„(…) substancji wyjściowych, czyli substratów
(nazywanych także eduktami) (…)”.
K. – H. Lautenschläger,
W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium
chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 4.
„Substancje wyjściowe w reakcji chemicznej noszą
nazwę substratów”.
L. Jones, P. Atkins, Chemia
ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2014, str. 92.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
72
Cytat dotyczący definicji produktu Źródło literaturowe
„Substancje powstające w reakcji chemicznej noszą
nazwę produktów”.
L. Jones, P. Atkins, Chemia
ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2014, str. 92.
„produkt – substancja otrzymana w wyniku reakcji
chemicznej substratów”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklo-
pedyczny, Wydawnictwo Europa,
2001, str. 458.
„produkty reakcji, substancje, które powstają
w toku reakcji chemicznej”.
P. Kozyra (red.), Chemia
– słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 256
„W reakcjach chemicznych powstają nowe
substancje. Te nowe substancje nazywamy
produktami reakcji. Różnią się one mniej lub bardziej
od substancji wyjściowych (…)”.
K. – H. Lautenschläger,
W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium
chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 4.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
73
Substraty reagują ze sobą w toku reakcji chemicznej,
dając produkty, co przedstawia się symbolicznie za
pomocą strzałki (), której grot skierowany jest w prawą
stronę.
Warto zwrócić również uwagę na fakt, iż w zależności
od źródła literaturowego zapis równań reakcji
chemicznych jest różnorodny. Oprócz stosowania strzałki
reakcyjnej wykorzystywany jest coraz częściej znak
równości „=” w celu podkreślenia dwóch faktów:
Można przyjąć, że w zasadzie wszystkie reakcje
chemiczne są odwracalne (tzn. mogą przebiegać
w dwóch przeciwnych kierunkach), w związku
z tym zamiast stosować strzałkę reakcyjną
dwukierunkową ( ) fakt odwracalności zaznacza
się niekiedy w postaci znaku równości (=); Przedstawione jest równanie reakcji chemicznej
i w związku z tym, aby „przybliżyć się” możliwie
najbardziej do koncepcji równania matema-
tycznego stosowany jest właśnie taki znak.
Przedstawione informacje, dotyczące zapisu
graficznego równania reakcji chemicznej, z zastoso-
waniem strzałki reakcyjnej, albo znaku równości, to ciągły
przedmiot wielu dyskusji, sporów, oraz wątpliwości.
W poniższej tabeli przedstawiono zestawienie kilku
przykładów literaturowych, które dotyczą formy zapisu
równań reakcji chemicznych.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
74
Cytat dotyczący sposobu zapisu Źródło literaturowe
„Substraty i produkty zapisuje się po dwóch stronach
strzałki, wskazującej kierunek reakcji:
substraty → produkty.
(…) Wszystkie reakcje chemiczne są w zasadzie
odwracalne (…) Jeśli ma to być zaznaczone w
równaniu chemicznych, używa się strzałki podwójnej:
Synteza amoniaku: N2 + 3 H2 2 NH3
W starszej literaturze zamiast strzałki używa się
czasem znaku równości: N2 + 3 H2 = 2 NH3”
K. – H. Lautenschläger, W.
Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium
chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 15
„Kierunek reakcji zaznacza się za pomocą strzałki
skierowanej od substratów do produktów,
a w przypadku reakcji odwracalnej – dwóch strzałek
przeciwnie skierowanych”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo
Europa, 2001, str. 490.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
75
Warto również zauważyć, że w literaturze chemicznej
można znaleźć informacje na temat reakcji chemicznych,
które można uważać za nieodwracalne. Takie sytuacje
mają miejsce, gdy reakcja odwrotna, prowadząca do
odtworzenia substratu(ów), przebiega w bardzo małym
stopniu z powodu usunięcia produktu reakcji z układu
reakcyjnego, np. w postaci trudno rozpuszczalnego osadu
lub gazu.
Biorąc pod uwagę przedstawione wcześniej informacje
oraz z uwagi na powszechność zapisu w polskich źródłach
literaturowych formy uwzględniającej strzałkę reakcyjną,
Autorzy niniejszej monografii używają ten właśnie zapis.
Symbol strzałki reakcyjnej należy rozumieć jako
„przechodzą w”, „tworzą”, „reagują z utworzeniem” oraz
„dają”. W celu zapisania przemiany chemicznej, należy
zapisać substraty po lewej stronie, a produkty po prawej
stronie równania reakcji chemicznej, natomiast sam
proces reakcji chemicznej zaznacza się (najczęściej
w Polsce) za pomocą strzałki, której grot skierowany jest
w kierunku produktów:
SUBSTRATY → PRODUKTY
Oprócz wymienionych pojęć – substraty i produkty,
można również wyszczególnić inne ważne pojęcie jakim
jest „reagent”. W poniższej tabeli zestawiono cytaty
z różnych źródeł, obrazujące sposoby definiowania tego
pojęcia:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
76
Cytat dotyczący definicji reagentów Źródło literaturowe
„reagenty – substancje reagujące obecne
w mieszaninie reakcyjnej, czyli substraty oraz
produkty reakcji”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo
Europa, 2001, str. 471.
„substancje, które biorą udział w reakcji chemicznej
- substraty↑ i produkty↑ reakcji chemicznej”.
P. Kozyra (red.), Chemia –
słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 268.
„Substraty i produkty reakcji obejmuje się nazwą
reagentów”.
L. Jones, P. Atkins,
Chemia ogólna – cząsteczki,
materia, reakcje, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2014, str. 92.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
77
Oprócz przedstawionych informacji, warto zwrócić
uwagę, że w przebiegu reakcji chemicznej, stosowane są
również liczby określające ilość każdego reagenta.
Wspomniane liczby określa się mianem współczynników
stechiometrycznych. W poniższej tabeli przedstawiono
kilka definicji współczynników stechiometrycznych
w zależności od literatury. Warto zaznaczyć, że
współczynniki stechiometryczne, wynoszące 1, pomija się
w równaniu chemicznym, np.:
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
78
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Cytat dotyczący definicji
współczynników
stechiometrycznych
Źródło literaturowe
„Współczynniki przed wzora-
mi chemicznymi reagentów
(…) noszą nazwę współ-
czynników stechiometrycz-
nych”.
L. Jones, P. Atkins,
Chemia ogólna –
cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2014,
str. 93.
„Zgodnie z zaleceniem
Międzynarodowej Unii
Chemii Czystej i Stosowanej
współczynniki liczbowe poja-
wiające się przy symbolach
poszczególnych substancji w
równaniach stechiometrycz-
nych nazywamy współczyn-
nikami stechiometrycznymi
i oznaczamy grecką literą v,
dodając do niej symbol odpo-
wiedniej substancji (…)”.
A. Bielański, Podstawy
chemii nieorganicznej,
t.1., Wydawnictwo Na-
ukowe PWN, 2006,
str. 15.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
79
3.2. Zapis dodatkowych informacji na temat przebiegu reakcji chemicznej
Należy również zauważyć, że sposób zapisywania
równania reakcji chemicznej może być różnorodny
w zależności od tego, co chce się uwidocznić – jakie
informacje chce się przekazać. Samo równanie reakcji,
uwzględniające w zapisie tylko reagenty, nie podaje
przykładowo informacji o warunkach w jakich reakcja jest
prowadzona. Oprócz obowiązkowych danych (substraty,
produkty i ich ilość), do równania reakcji chemicznej
można bowiem wprowadzić dodatkowe informacje.
Jedną z takich informacji mogą być dane na temat
postaci produktów. W tym celu można zastosować znaki
uwzględniające postać produktów przy zastosowaniu
odpowiednich strzałek:
↑ - produkt gazowy
↓ - produkt stały - najczęściej w postaci osadu
Oprócz zastosowania przedstawionych strzałek,
w niektórych źródłach literaturowych do zaznaczenia
produktów stałych w postaci odrębnej fazy (np. wytrącany
osad) stosowane jest podkreślenie pod wzorem/symbolem
danego produktu, np.:
+ -Ag +Br AgBr
W przypadku produktów gazowych, można
w przedstawionej notacji zastosować górne podkreślenie,
np.:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
80
4 4 2 2 22 KMnO K MnO +MnO + O
Przedstawiony zapis uwzględniający odpowiednie
podkreślenia produktów jest stosowany w „sztandarowym”
podręczniku do analizy jakościowej:
„Substancje wytrącające się oznacza umownie pionowa
strzałka skierowana w dół, bądź też pozioma kreska pod
wzorem odpowiedniej cząsteczki, natomiast produkty
gazowe – odwrotnie: strzałka skierowana do góry lub
pozioma kreska na wzorem cząsteczki”.
Z. Szmal, T. Lipiec,
Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej,
Wydawnictwo PZWL, 1997, str. 24.
Oprócz określenia postaci produktów, można określić
stan skupienia każdego z reagentów, przez użycie
następujących symboli stanu skupienia. W poniższej tabeli
zestawiono tego typu oznaczenia:
Symbol stanu
skupienia reagenta Znaczenie
(s) stały stan skupienia
(c) ciekły stan skupienia
(aq) wodny roztwór reagenta
(g) gazowy stan skupienia
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
81
Jako przykład zastosowania powyższej symboliki
posłuży równanie reakcji chemicznej metalicznego
magnezu z roztworem kwasu chlorowodorowego:
Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)
Innym przykładem znaków, symboli i określeń,
możliwych do zastosowania w równaniach reakcji
chemicznych są zapisy nad strzałką reakcyjną,
informujące o warunkach przebiegu reakcji
chemicznych:
„p” – oznacza, iż dana reakcja chemiczna wymaga
odpowiedniego ciśnienia;
„UV”, „hν” lub „światło” – oznacza, iż dana reakcja
chemiczna wymaga światła;
„temp.”, „T”, „Δ” (delta) lub nazwa czynności:
ogrzewanie, stapianie, prażenie – oznacza, iż dana
reakcja chemiczna wymaga podwyższonej
temperatury;
„Ar” – oznacza symbol chemiczny argonu, który
często stosowany jest w przebiegu reakcji
beztlenowych;
Przedstawione wyżej sposoby zapisywania warunków
i informacji o reakcji są niekiedy sprawą dyskusyjną,
różniącą się bardzo w zależności od zwyczajów,
przyzwyczajeń, czy rejonu geograficznego Polski.
W związku z powyższym, poniżej przedstawiono
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
82
konkretny przykład pochodzący z bardzo ważnego
podręcznika akademickiego:
„Gdy chcemy podkreślić, że reakcja wymaga wysokiej
temperatury, umieszczamy nad strzałką grecką literę
∆ (delta). Na przykład przemianę wapienia w wapno
palone, zachodzącą w temperaturze ok. 800 °C, opisuje
równanie: Δ
3 2CaCO (s) CaO(s) + CO (g) ”.
L. Jones, P. Atkins,
Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. 94.
Oprócz przedstawionych dotychczas informacji, istnieje
czasami potrzeba uwzględnienia zapisu rozpuszczalnika
lub katalizatora, użytego w danej reakcji chemicznej.
W takim przypadku zazwyczaj wzór chemiczny
katalizatora umieszczany jest nad strzałką reakcyjną,
z kolei rozpuszczalnik zapisuje się nad lub pod strzałką
reakcyjną, w zależności od sytuacji. Zastosowanie
powyższych zapisów jest zazwyczaj sprawą dyskusyjną.
Poniżej przedstawiono przykład pochodzący z jednego
z najbardziej znanych podręczników akademickich:
„Należy zauważyć, że równania reakcji organicznych
zapisywane są w różny sposób, zależnie od tego, co chce
się podkreślić. Przykładowo, reakcję etylenu z HBr można
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
83
zapisać według schematu A + B → C, by podkreślić, że
oba reagenty są jednakowo istotne w naszej dyskusji.
Rodzaj użytego rozpuszczalnika i uwagi na temat
warunków reakcji, takich jak temperatura, pisze się na lub
pod strzałką:
eter
2 2 3 225 CH C=CH + HBr CH CH Br
Inny sposób napisania tej samej reakcji podkreśla fakt, że
etylen jest reagentem, którego przemiany chemiczne są
w centrum zainteresowania. Drugi reagent, HBr,
umieszczony jest nad strzałką, tak jak informacje na temat
warunków reakcji i rozpuszczalnika:
HBr
2 2 3 2eter, 25 CH C=CH CH CH Br
Oba sposoby zapisu są używane równoprawnie
w chemii i niekiedy należy dokładnie zanalizować
zapisaną przemianę, by określić rolę substancji
zapisanych nad i pod strzałką równania reakcji”.
J. McMurry,
Chemia organiczna, t.2.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, str. 186.
Należy w tym miejscu zauważyć, że w Polsce drugi
zapis w przedstawionym wcześniej przykładzie nie jest
stosowany równoważnie – w szczególności na egzaminie
maturalnym z chemii, rozgranicza się pojęcie równania
reakcji chemicznej od zapisu schematu reakcji
chemicznej. W tym miejscu należy zauważyć, iż schemat
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
84
reakcji chemicznej nie uwzględnia bowiem stechiometrii
reakcji, a substrat nie będący w głównym centrum
zainteresowania jest zapisywany nad strzałką reakcyjną.
Dlatego też, równanie reakcji chemicznej musi
uwzględniać całkowitą ilość wszystkich reagentów
i musi uwzględniać informacje o warunkach reakcji.
Analogiczne uwagi można skierować co do zapisu
rozpuszczalnika - zazwyczaj w literaturze polskiej stosuje
się zapis uwzględniający rozpuszczalnik nad strzałką
reakcyjną.
Z kolei miejsce pod strzałką reakcyjną przyjęło się
rezerwować dla produktów ubocznych lub mniej ważnych
od produktu umieszczonego za strzałką reakcyjną. W celu
uwidocznienia, że pod strzałką reakcyjną zapisywany jest
wzór produktu, należy uwzględnić znak ujemny. Niech
jako przykład posłuży zapis dotyczący metody
otrzymywania kwasu mrówkowego poprzez utlenienie
metanolu lub metanalu:
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, str. 644.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
85
3.3. Dobieranie współczynników stechiometrycznych
Jak już wcześniej wspomniano - liczby stojące przed
substratami i produktami w równaniu reakcji noszą nazwę
współczynników stechiometrycznych. Dobór
współczynników stechiometrycznych to tzw. bilansowanie
równania chemicznego. Zagadnienie to jest kluczowe
w stechiometrii chemicznej, które może być zadaniem
łatwym lub trudnym w zależności od rodzaju równania
reakcji chemicznej. Warto również pochylić się nad
etymologią słowa - „bilansować”:
„<łac. bilanx = waga dwuramienna od bis = dwa razy
+ lanx = szala>”
W. Doroszewski,
Słownik języka polskiego,
Wydawnictwo Naukowe PWN,
http://doroszewski.pwn.pl/
(data dostępu: 20-02-2015)
„bilansować:
1. «sporządzać bilans księgowy»
2. «o pozycji w bilansie księgowym: równoważyć,
wyrównywać wielkości»
3. «zestawiać, podsumowywać»”
Słownik języka polskiego PWN
http://sjp.pwn.pl,
data odczytu: 05-03-2015
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
86
Dlatego termin „bilansowanie równania” oznacza
„księgowanie” równania chemicznego poprzez dobór
odpowiednich liczb, jakimi są współczynniki
stechiometryczne. W zbilansowanym równaniu
chemicznym atomy każdego rodzaju muszą pojawić się po
obu stronach tego równania. Zastosowanie
współczynników stechiometrycznych po obu stronach
równania powoduje występowanie identycznej liczby
atomów każdego pierwiastka. Należy zwrócić uwagę, że
w wielu przypadkach po pomnożeniu wzoru chemicznego
przez współczynnik, nie są zbilansowane inne pierwiastki
w równaniu reakcji chemicznej, stąd należy bilansować
każdy pierwiastek osobno.
Należy bezwzględnie pamiętać o tym, że nie jest
dopuszczalne bilansowanie równania przez zamienienie
indeksów stechiometrycznych we wzorach chemicznych,
co pociąga za sobą konsekwencję - przed przystąpieniem
do bilansowania równania reakcji chemicznej należy
upewnić się, że stosowane są poprawne wzory
chemiczne.
Poniżej zestawiono i skomentowano wybrane metody
dobierania współczynników stechiometrycznych, które nie
stanowią zamkniętej listy, a są zestawieniem mniej lub
bardziej znanych metod. Część z tych metod może
wydawać się podobna, ale występują one w literaturze
jako odrębne metody posiadające własne zasady
i reguły. Autorzy ustalając kolejność omawianych metod,
kierowali się użytecznością oraz stopniem skomplikowania
metod w toku edukacji chemicznej.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
87
3.3.1. Metoda „Metal, niemetal, wodór, tlen”
Z dydaktycznego punktu widzenia, najlepszą metodą
byłaby taka, która łatwo daje się zapamiętać oraz
umożliwia „sprawne” dobieranie współczynników,
uwzględniając również związki przyczynowo - skutkowe.
Jedną z bardzo użytecznych metod, która umożliwia dobór
współczynników stechiometrycznych w prostych
równaniach reakcji chemicznych, jest tzw. metoda „Metal,
niemetal, wodór, tlen” 9. Opiera się ona na zapamiętaniu
kolejności uzgadniania danych indywiduów chemicznych
w zapisie równania reakcji chemicznej. Nazwę metody
należy rozumieć jako kolejność uzgadniania
współczynników stechiometrycznych w prostym równaniu
reakcji chemicznej, tj.:
1) metal → 2) niemetal → 3) wodór → 4) tlen
Na tym etapie warto zauważyć, że w drugiej kolejności
należy uzgodnić liczbę atomów niemetalu niebędącego
atomem wodoru lub atomem tlenu.
Przykładem równania reakcji, jakie można zbilansować
używając tej reguły, jest reakcja metalicznego glinu
z roztworem kwasu siarkowego(VI). W tym przypadku
powstaje sól – siarczan(VI) glinu oraz wodór. Pierwszym
etapem jest więc zapisanie równania reakcji chemicznej,
uwzględniającego poprawne wzory wszystkich reagentów.
9 Autorom niniejszej monografii nie jest znany przykład wystąpienia tej metody
w literaturze, informację na jej temat Autorzy uzyskali od Pani mgr Małgorzaty Piątek.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
88
Następnie należy dobrać współczynniki stechiometryczne
w następującej kolejności:
Etap I. Atomy glinu (z uwagi na to, że jest to atom
metalu);
Etap II. Atomy siarki (ponieważ jest to atom niemetalu,
który nie jest ani atomem wodoru ani atomem
tlenu);
Etap III. Atomy wodoru
Etap IV. Atomy tlenu
Biorąc pod uwagę wiele różnorodnych przykładów
uzgadniania współczynników stechiometrycznych, można
dojść do wniosku, że na końcu należy zawsze sprawdzić
liczbę atomów tlenu po obu stronach równania
chemicznego10. Ta niepisana zasada jest bardzo ważnym
związkiem przyczynowo-skutkowym, umożliwiającym
sprawdzenie uzgodnionego równania chemicznego,
bowiem jeśli bilans atomów tlenu się zgadza, to
i również inne współczynniki stechiometryczne w równaniu
zostały uzgodnione poprawnie.
10
Autorzy składają podziękowania nauczycielom akademickim za cenne uwagi podczas dyskusji na ten temat.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
89
Podsumowując przedstawione dotychczas informacje,
metoda ta jest łatwa do zapamiętania oraz uwzględnia
związek przyczynowo – skutkowy, dotyczący uzgadniania
atomów tlenu.
Przykładowy schemat postępowania w przypadku
opisanej metody przedstawiono poniżej, uwzględniając
jako przykład wcześniej omówione równanie reakcji glinu
z kwasem siarkowym(VI):
Należy zauważyć, iż opisana metoda znajduje jedynie
zastosowanie w przypadku relatywnie prostych równań
reakcji chemicznych. W związku z tym jest ona wyjątkowo
użyteczną metodą dobierania współczynników
stechiometrycznych szczególnie na pierwszych etapach
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
90
edukacji chemicznej. Ponadto, metoda ta bardzo dobrze
sprawdza się wśród uczniów ponieważ nie muszą
„błądzić” podczas uzgadniania współczynników
stechiometrycznych. Dlatego też metodę tę poleca się
zapamiętać i stosować w przypadku prostych równań
chemicznych.
3.3.2. Metoda „ogólna”
Inną metodą w przypadku bardziej złożonych równań
reakcji chemicznych może być zastosowanie tzw. metody
„ogólnej”. Metoda ta stanowi bardzo użyteczne podejście
do rozwiązania większości równań reakcji, które nie są tak
proste, jak miało to miejsce w przypadku metody 3.2.1.
W metodzie tej na początku należy ustalić współczynniki
stechiometryczne dla atomów pierwiastków,
występujących w najmniejszej liczbie wzorów substancji
w równaniu reakcji. Następnie przechodzi się kolejno do
innych atomów, zawartych w większej liczbie wzorów. Aby
przedstawić szczegóły tej metody, poniżej zaprezento-
wano kolejne etapy podejmowanych czynności:
Etap I. Zbilansuj najpierw pierwiastek, występujący
w najmniejszej liczbie wzorów.
Etap II. Zbilansuj następnie pierwiastek, występujący
w największej liczbie wzorów.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
91
Etap III. Sprawdź, czy współczynniki stechio-
metryczne stanowią najmniejsze liczby
całkowite.
Należy zwrócić uwagę, że grupy atomów takie jak jony
wieloatomowe (np. NH4+; SO42-), zwykle nie ulegają
zmianie podczas przebiegu reakcji. Dlatego, w sytuacjach
takich można zbilansować równanie reakcji, stosując takie
jony jako pojedyncze układy (indywidua chemiczne).
Niech przykładem zastosowania tej metody będzie
reakcja całkowitego spalania butanu. W reakcji tej butan
reaguje z tlenem i daje tlenek węgla(IV) oraz wodę.
W pierwszym więc etapie należy zbilansować pierwiastek,
występujący w najmniejszej liczbie wzorów. W tym
przypadku są to atomy węgla oraz atomy wodoru.
W następnej kolejności należy zbilansować atomy tych
pierwiastków, które występują w największej liczbie
wzorów – w tym przypadku atomy tlenu.
Poniżej przedstawiono etapy dobierania
współczynników stechiometrycznych metodą ogólną na
przedstawionym wcześniej przykładzie: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
92
3.3.3. Metoda Linga (metoda podkreśleń)
Bardzo interesującą metodą ustalania współczynników
stechiometrycznych jest tzw. metoda podkreśleń (metoda
Linga). Metoda ta została opracowana przez chińskiego
nauczyciela chemii w 1979 r. z Hong-Kongu – Jason’a
Ling’a. W metodzie tej przygotowuje się równanie reakcji
chemicznej poprzez wskazanie wybranych pierwiastków
np. poprzez podkreślenie. Należy w tym miejscu
zaznaczyć, iż w oryginalnej metodzie stosuje się do tego
celu strzałki umieszczone pod atomem, który należałoby
podkreślić, ale z uwagi na większą czytelność podkreśleń
Autorzy niniejszej monografii zdecydowali się opisać
zmodyfikowaną postać. Etapy podejmowanych czynności
przedstawiono poniżej:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
93
Etap I. Wyszukaj wszystkie pierwiastki, które
wchodzą w skład tylko jednego substratu
i jednego produktu i podkreśl ich symbole
chemiczne;
Etap II. Przejrzyj ponownie podkreślone pierwiastki
i podkreśl powtórnie te, które po lewej
i prawej stronie występują w nierównej liczbie
atomów;
Etap III. Dobierz współczynniki rozpoczynając od
reagentów, zawierających atomy podwójnie
podkreślone;
Etap IV. Po uzgodnieniu współczynników dla
reagentów, zawierających pierwiastki
podwójnie podkreślone, dobierz współczynniki
dla reagentów, w których atomy podkreślono
pojedynczo – należy zauważyć, że
współczynniki przy nich stojące muszą być
identyczne po obydwu stronach równania.
Etap V. Dobierz współczynniki dla reagentów, których
atomy nie zostały podkreślone.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
94
Poniżej przedstawiono opisaną metodę na przykładzie
reakcji manganianu(VII) potasu z kwasem chlorowodo-
rowym:
Zazwyczaj po ustaleniu współczynników okazuje się, iż
nie stanowią one najmniejszych liczb całkowitych. Tak jest
również i w przedstawionym przypadku, stąd w celu
uzyskania pożądanego równania reakcji należy równanie
obustronnie pomnożyć przez dwa:
co daje ostatecznie:
4 2 2 2
5KMnO + 8 HCl KCl + MnCl + 4 H O + Cl
2/ 2
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
95
Poniżej przedstawiono krótkie podsumowanie metody
Linga:
Jeśli wyszukanie wszystkich pierwiastków, które
wchodzą w skład tylko jednego substratu
i jednego produktu (etap I.), nie jest możliwe, to
równanie to jest zbyt skomplikowane dla tej
metody;
W etapie II., podkreśla się po raz drugi tylko te
atomy, które były już podkreślone;
W etapie III. należy tak postępować, że jeśli jest
tylko jeden podwójnie podkreślony pierwiastek, to
należy od niego rozpocząć uzgadnianie
współczynników stechiometrycznych – w przeci-
wnym wypadku należy przemyśleć wybór
pierwszego pierwiastka (zazwyczaj jest to tlen);
Etap V. sprowadza się zazwyczaj do uzupełnienia
jednego współczynnika stechiometrycznego,
w innym przypadku należy postępować podobnie
jak w przypadku etapu 3. - należy przemyśleć
wybór pierwszego pierwiastka (zazwyczaj jest to
tlen);
Zazwyczaj otrzymane równanie chemiczne nie
uwzględnia współczynników stechiometrycznych
będących najmniejszymi liczbami całkowitymi,
w takich przypadkach należy równanie pomnożyć
obustronnie przez liczbę stojącą w mianowniku
4 2 2 22KMnO + 16 HCl 2KCl + 2MnCl + 8 H O + 5 Cl
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
96
niecałkowitego współczynnika stechiometry-
cznego.
3.3.4. Metoda „dopisywania reagentów”
Metoda opierająca się na „dopisywaniu reagentów” jest
metodą alternatywną w stosunku do innych metod.
Metodę tą poleca się szczególnie w przypadku
problemowych równań reakcji chemicznych. Trzeba
zwrócić uwagę, że metoda ta opiera się na tworzeniu
równania reakcji chemicznej z dwóch równań
składowych11. Ideę można zapisać w kilku etapach:
Etap I. Wyszczególnij dwa równania składowe,
zawierające najmniejszą liczbę indywiduów
chemicznie podobnych do siebie;
Etap II. Dla jednego z wyszczególnionych równań
składowych uzgodnij współczynniki stechio-
metryczne dla niemetali (oprócz atomów
wodoru);
Etap III. Uzgodnij współczynniki stechiometryczne dla
metali;
11
Termin „równania składowe” nie jest tożsamy z terminem „równania połówkowe” lub „równania cząstkowe” – są to trzy zupełnie różne terminy.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
97
Etap IV. Po tej stronie równania reakcji, po której jest
za mało atomów tlenu, dopisz odpowiednią
liczbę cząsteczek wody;
Etap V. Po tej stronie równania reakcji, po której jest
za mało atomów wodoru, dopisz odpowiednią
liczbę jonów H+ (na tym etapie liczby atomów
poszczególnych pierwiastków po obu stronach
równania powinny być zgodne, jeśli nie – wróć
do etapu 1);
Etap VI. Oblicz sumę ładunków po obu stronach
równania i dopisz po odpowiedniej stronie
odpowiednią liczbę elektronów12;
Etap VII. Wykonaj etapy 1-6 dla drugiej reakcji
składowej.
Etap VIII. Dodaj oba równania składowe stronami,
mnożąc je uprzednio "na krzyż" przez liczby
elektronów (każdą z nich pomnóż przez liczbę
równą liczbie elektronów z przeciwnej reakcji
składowej);
12
Formalnie zapis elektronów w procesie utleniania (oddawania elektronów) po lewej stronie równania ze znakiem „- ” stanowi zapis równoważny z zapisem elektronów w tym procesie po prawej stronie równania ze znakiem „+”. Zalecane jest jednak obecnie zapisywanie liczby elektronów po prawej stronie równania przedstawiającego proces utleniania.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
98
Etap IX. Sprawdź, czy jest możliwe uproszczenie
równania reakcji (np. cząsteczki wody często
występują niepotrzebnie po obu stronach
równania);
Etap X. Jeśli reakcja przebiegała w roztworze wodnym
(odczyn obojętny) lub zasadowym, a po lewej
stronie równania znajdują się jony H+, to
należy je usunąć, dodając do obu stron
równania odpowiednią liczbę jonów OH-,
niezbędną do neutralizacji wszystkich jonów
H+, które zastępuje się cząsteczkami wody.
Prosty przykład ilustrujący opisaną wyżej metodę
przedstawiono na schemacie zaprezentowanym na
następnej stronie – uzgadnianie współczynników
stechiometrycznych w równaniu reakcji utleniania etanolu
do kwasu octowego za pomocą anionów
chromianowych(VI) w środowisku kwasowym.
Należy zauważyć, że podejście to nie stanowi metody
równań połówkowych/metody opartej o równania jonowo-
elektronowe, choć jest niewątpliwe bardzo podobne do
niej w założeniach jednakże jest możliwe do stosowania
bez konieczności znajomości pojęcia stopnia utlenienia.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
99
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
100
Poniżej przedstawiono bardzo ważne zagadnienia
związane z możliwościami metody „dopisywania
reagentów”:
Metoda ta nie wymaga stosowalności pojęcia
stopień utlenienia, stąd unika się problemu
z przypisywaniem stopni utlenienia w związkach
organicznych;
Konieczne jest zawsze sprawdzenie, czy w obu
reakcjach liczby elektronów są jednakowe
– w przeciwnym przypadku należy pomnożyć
równania przez odpowiednie liczby, by liczba
elektronów była jednakowa (mnożenie „na krzyż” –
etap 8.);
W metodzie tej pozornie wydawać by się mogło, że
niezbędna jest umiejętność wyróżnienia utleniacza
i reduktora – jednakże sformułowanie z etapu 1.
„(…) indywiduów chemicznie podobnych do siebie”
umożliwia w zręczny sposób ominięcie tego
pojęcia; koncepcja tej metody opiera się na
„sztucznych” założeniach, ale bardzo dobrze się
sprawdza;
W bilansowaniu większości reakcji utlenienia-
redukcji substancji organicznych, które zachodzą
w roztworach wodnych.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
101
3.3.5. Metoda bilansu elektronowego
W przypadku większości równań reakcji chemicznych
możliwe jest najpierw przypisanie stopni utlenienia
atomom pierwiastków, które uczestniczą w reakcji
chemicznej, a następnie dokonanie tzw. bilansu
elektronowego. W przypadku gdy w rozpatrywanym
równaniu reakcji chemicznej ulegają zmianie stopnie
utlenienia co najmniej dwóch pierwiastków chemicznych,
wówczas mamy do czynienia z reakcją utlenienia-
redukcji (reakcją redox/redoks). Poniżej przedstawiono
różne definicje tego pojęcia w zależności od źródła
literaturowego:
„reakcje utlenienia-redukcji są to reakcje chemiczne,
w których następuje zmiana stopni utlenienia atomów
w wyniku wymiany elektronów pomiędzy odpowiednimi
atomami.”
M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera,
Repetytorium* liceum chemia,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010, str. 219.
„Reakcje utlenienia-redukcji są to reakcje chemiczne,
podczas których następuje zmiana stopni utlenienia
atomów w wyniku wymiany elektronów”.
M. Krzeczkowska,
Chemia – System Mądrego Szukania (SMS),
Park, 2005, str. 14.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
102
„reakcja redukcji-utlenienia, reakcja redoks, reakcja
chemiczna, w której pierwiastki zmieniają swoje stopnie
utlenienia↑. Podczas tej reakcji zachodzi jednocześnie
utlenienie↑ jednych substancji (reduktorów) i redukcja↑
innych substancji (utleniaczy). Proces redukcji
i utlenienia zawsze występują razem (…)
P. Kozyra (red.),
Chemia – słownik szkolny,
Zielona Sowa, 2004, str. 274.
„Inny ważny typ reakcji chemicznych stanowią procesy
utleniania i redukcji, zwane także procesami redoks,
polegające na wymianie elektronów pomiędzy substancją
utleniającą a substancją redukującą”.
A. Bielański,
Podstawy chemii nieorganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, str. 367.
„reakcje redoks (reakcje utlenienia i redukcji) – reakcja
chemiczna, której towarzyszy przeniesienie elektronów
z cząsteczek, jonów lub atomów jednego rodzaju na
inne””.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklopedyczny,
Wydawnictwo Europa, 2001, str. 478.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
103
„reakcja redoks – reakcja, w której następuje utlenianie
i redukcja.”
L. Jones, P. Atkins,
Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. B19.
„(…) Utlenianie i redukcja są zatem dwoma kierunkami
(stronami) tego samego procesu, znanego dziś jako
reakcja redoks”.
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, str. 151.
Uwzględniając powyższe definicje, poniżej
zaprezentowano Autorską definicję tego pojęcia:
Reakcja utlenienia-redukcji (reakcje redoks/redox)
to pewien specyficzny typ reakcji chemicznej, który polega
na wymianie (transferze) elektronów między czynnikiem
redukującym (tzw. reduktorem), oddającym elektrony
a czynnikiem utleniającym (tzw. utleniaczem),
pobierającym elektrony.
Należy zauważyć, że na etapie edukacji chemicznej
w gimnazjum i szkołach ponadgimnazjalnych zalecane
jest stosowanie terminu wyłącznie „reakcja utlenienia-
redukcji”, nie zaś reakcje „redox” / „redoks”.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
104
Procesy utleniania - redukcji wydają się być dość
proste, ale z uwagi na różnorodność przedstawiania
w literaturze tych pojęć, Autorzy zdecydowali się
zaprezentować w poniższej tabeli definicje procesów
utleniania i redukcji w zależności od źródła literaturowego:
Utlenianie Redukcja Źródło
literaturowe
„Utlenianie to
wzrost stopnia
utlenienia”.
„Utlenianie - to
oddanie
elektronów”.
„Redukcja to
zmniejszenie
stopnia
utlenienia”.
„Redukcja - to
przyjęcie
elektronów”.
K. – H. Lautens-
chläger, W. Schrö-
ter, A. Wanninger,
Nowoczesne kom-
pendium chemii,
Wydawnictwo Nau-
kowe PWN, 2007,
str. 154 i 187.
„Terminem
utlenianie
określano
początkowo
procesy
polegające na
przyłączeniu
tlenu (…)
Daleko idące
podobieństwa
pomiędzy reakcją
łączenia się
z tlenem a
reakcjami
„(…) terminem
redukcja
natomiast –
procesy
polegające na
utracie tlenu
przez substancję.
(…)
W podobny
sposób uległo
rozszerzeniu
także pojęcie
redukcji jako
procesu
A. Bielański, Pods-
tawy chemii nieor-
ganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Nau-
kowe PWN, 2006,
str. 367.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
105
łączenia się z
fluorem, chlorem
i siarką i innymi
pierwiastkami
niemetali-cznymi
spowodowały, że
również i te
procesy objęto
nazwą
utlenianie”.
odwrotnego do
procesu
utleniania”.
„Wymiana elektronów zachodzi
pomiędzy reduktorem, który oddaje
elektrony i utleniaczem pobierającym
elektrony:”
M. Krzeczkowska,
Chemia – System
Mądrego Szukania
(SMS), Park, 2005,
str. 14. Mg0 – 2 e- → MgII 2 Cl0 + 2 e-- → 2
Cl-I
„Wymiana elektronów zachodzi
pomiędzy reduktorem, który oddaje
elektrony, i pobierającym elektrony
utleniaczem:”
M. Krzeczkowska,
J. Loch, A. Mizera,
Repetytorium* lice-
um chemia, Wyda-
wnictwo Naukowe
PWN, 2010, str.
219. Mg0 – 2 e- → MgII 2 Cl0 + 2 e-- → 2
Cl-I
„proces oddania
elektronów przez
cząsteczkę, atom
lub jon związany
ze zwiększeniem
stopnia utlenienia
pierwiastka
oddającego
„proces przyjęcia
elektronów przez
cząsteczkę, atom
lub jon związany
ze zmniejszeniem
stopnia utlenienia
pierwiastka
przyjmującego
P. Chmielewski, A.
Jezierski, Chemia –
słownik encyklo-
pedyczny, Europa,
2001,
str. 480 i 572-573.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
106
elektron. (…)
Utlenianiem
chemicznym
nazywa się
przeniesienie
elektronów z
reduktorów na
utleniacz, który w
tym procesie
ulega redukcji”.
elektron. (…)
Redukcją
chemiczną nazy-
wa się pobieranie
elektronu przez
utleniacz od
substancji zwanej
reduktorem, która
oddając elektrony
sama się utlenia”.
„utlenianie,
dezelektronacja,
proces, który
polega na utracie
(oddawaniu)
elektro-nów, w
wyniku czego
następuje
zwiększenie sto-
pnia utlenienia
pierwiastka”.
„redukcja,
elektronacja,
proces, który
polega na
przyjmowaniu
elektronów,
w wyniku czego
następuje
zmniejszenie
stopnia utle-nienia
pierwiastka”.
P. Kozyra (red.),
Chemia
– słownik szkolny,
Zielona Sowa,
2004, str. 279 i
370-371.
„Utlenianie powoduje zwiększenie, a
redukcji – zmniejszenie stopnia
utlenienia pierwiastka.” L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. 121, B19 i B26.
„utlenianie –
1) łączenie się z
tlenem;
2) reakcja, w
której atom, jon
lub cząsteczka
traci elektron;
„redukcja – 1)
usunięcie tlenu ze
związku lub
przyłączenie do
niego wodoru; 2)
reakcja, w której
atom, jon lub
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
107
3) reakcja, w
której zwiększa
się stopień
utlenienia
pierwiastka”.
cząsteczka
zyskuje elektron;
3) reakcja, w
której maleje
stopień utlenienia
pierwiastka”.
Uwzględniając przedstawione cytaty, poniżej
zaprezentowano proponowane autorskie definicje
procesów redukcji oraz utlenienia:
Utlenianie (dezelektronacja) to proces
polegający na oddaniu/utracie elektronu (lub
elektronów) przez atom pierwiastka, który
powoduje redukcję, czego konsekwencją jest
zwiększenie stopnia utlenienia.
Redukcja (elektronacja) to proces polegający na
przyjęciu elektronu (lub elektronów) przez atom
pierwiastka, który powoduje utlenianie, czego
konsekwencją jest zmniejszenie stopnia
utlenienia.
Zazwyczaj, zamiast terminu „utlenianie” można spotkać
termin „utlenienie”. Wynika to prawdopodobnie
z terminu „stopień utlenienia”. Aby używać najbardziej
poprawnej formy można posłużyć się jednym
z najwybitniejszych dzieł polskiej leksykografii
– Słownikiem języka polskiego pod redakcją Witolda
Doroszewskiego:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
108
„utlenianie n I forma rzeczownikowa czas. utleniać (p.).”
„utlenienie n I forma rzeczownikowa czas. utlenić
(p. utleniać).”
„utleniać ndk I, ~any – utlenić dk VI a, ~ony
2. chem. a) <<połączenie się jakiejś substancji
z tlenem; powodować przyłączenie się tlenu do jakiegoś
pierwiastka albo związku chemicznego>> (…)
b) <<zwiększać wartościowość pierwiastka chemicznego
wchodzącego w skład związku>>
utleniać się – utlenić się <<łączyć się chemicznie
z tlenem >> (…)”.
W. Doroszewski,
Słownik języka polskiego,
Wydawnictwo Naukowe PWN,
http://doroszewski.pwn.pl/
(data dostępu: 20-02-2015).
Z podanego źródła bezpośrednio wynika, że jeżeli
forma „utleniać” oznacza zwiększanie stopnia utlenienia
pierwiastka chemicznego i stanowi czasownik od słowa
„utlenianie” to w odniesieniu do procesu utraty/oddawania
elektronów należy stosować termin „utlenianie”, natomiast
w przypadku reakcji z tlenem należy stosować termin
„utlenienie”. Ponadto, jeśli chcemy zdefiniować reakcję,
w której zachodzi utlenianie oraz redukcja, poprawnie
byłoby - „reakcja utleniania-redukcji”. Pytanie nasuwające
się w tym momencie to w jaki więc sposób stosować
powszechnie termin - „reakcje utlenienia-redukcji”? Należy
w tym przypadku powrócić do terminu „stopień utlenienia”
(dopełniacz – kogo?/ czego? - utlenienia), stąd na
podobnej zasadzie:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
109
utlenianie – reakcja (pojedyncza) zwiększania
stopnia utlenienia;
utlenienie – reakcje z tlenem;
reakcja (l. poj.) utleniania13-redukcji
reakcje (l. mn.) utlenienia14-redukcji
Warto zwrócić również uwagę na sposób zapisywania
procesu. W tym celu można posłużyć się przykładami
w poniższej tabeli
Sposób zapisu Źródło literaturowe
Utlenianie Redukcja
Mg → Mg2+
+ 2e- O + 2e
- → O
2-
K. – H. Lautenschlä-ger, W.
Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium
chemii, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2007, str.
187.
Mg0 – 2 e
- → Mg
II 2 Cl
0 + 2 e
-- → 2 Cl
-I
M. Krzeczkowska, Chemia –
System Mądrego Szukania
(SMS), Park, 2005, str. 14.
Na podstawie analizy powyższej tabeli można dojść do
wniosku, że redukcja ma postać taką samą w obu
przypadkach – jedyną różnicą są tylko pierwiastki biorące
udział w tej reakcji. Należy zwrócić uwagę, że utlenianie
nie posiada takiej samej postaci. W pierwszym przypadku
13
Kogo?/Czego? Tego (pojedynczego) utleniania (l. poj. utlenianie). 14
Kogo?/Czego? Tych (wielu) reakcji utlenień (l. mn. utlenienia).
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
110
mamy zapis uwzględniający oddawane/tracone elektrony
po prawej stronie równania. Zapis ten ukazuje utlenianie
jako proces, w wyniku którego powstają elektrony (jako
produkty reakcji). Przedstawiony drugi zapis prezentuje
utlenianie jako proces, w wyniku którego elektrony są
oddawane/tracone, ukazując to za pomocą znaku minus.
Obecnie, zapisem najczęściej funkcjonującym i godnym
polecenia jest pierwszy zapis. Ten format zapisu
w porównaniu do drugiego jest uzasadniony tym, że
niezależnie od procesu (utlenianie/redukcja) elektrony
posiadają znak „+”, co wydaje się być korzystniejsze
w toku edukacji szkolnej. Przykładem, uzasadniającym
tego typu rozumowanie, są zadania polegające na
utworzeniu reakcji sumarycznej z reakcji połówkowych.
W przypadku pierwszego typu zapisu zadanie takie
wykonuje się w sposób „machinalny”, z kolei drugi zapis
może być utrudnieniem dla uczniów nie posiadających
dużego doświadczenia w operowaniu zapisem
uwzględniającym znak „-”.
Oprócz bardzo ważnych zagadnień już omówionych,
trzeba również wyjaśnić dogłębniej funkcje, jakie pełnią
substancje, które ulegają utlenianiu lub redukcji. W tym
miejscu warto również przywołać i rozwinąć definicje
utleniacza i reduktora – poniższa tabela ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
111
Utleniacz Reduktor Źródło
literaturowe
„Wymiana elektronów zachodzi pomiędzy reduktorem, który oddaje elektrony i utleniaczem pobierającym elektrony”.
M. Krzeczkowska, Chemia – System Mądrego Szukania (SMS), Park, 2005, str. 14.
„Utleniacz przyjmuje elektro-ny w reakcji redukcji”
„Reduktor oddaje elektro-ny w reakcji utleniania”
M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium* lice-um chemia, Wyda-wnictwo Naukowe PWN, 2010, str. 219.
„Utleniacz, subs-tancja utleniają-ca, substancja, która obniża swój stopień utlenienia, a zatem ulega redukcji – przyjmu-je elektrony (utle-niacz powoduje utlenianie innej substancji). Utle-niaczami mogą więc być substan-cje, w których pierwiastek ma możliwość obniże-nia swojego stop-nia utlenienia przez przyjęcie elektronów, czyli własną redukcję (…)”,
„Reduktor, subs-tancja reduku-jąca, substancja, która podwyższa swój stopień ulenienia, a zatem ulega utlenieniu – traci elektrony (reduktor powo-duje redukcję innej substancji). Reduk-torami mogą więc być substancje, w których pierwiastek ma możliwość zwiększenia swojego stopnia utlenienia, przez oddanie elektro-nów, czyli własne utlenienie (…)”.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik szkolny, Zielona Sowa, 2004, str. 279 i 370-371.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
112
„utleniacze – określenie oznaczające substancje, które w reakcjach redoks pobierając elektrony od substancji utlenianej, same ulegają redukcji. Potocznie używa się tego określenia dla substancji charakteryzu-jących się wysokim potencjałem standardowym redoks, tj. dla związków chemicznych zdolnych do występowania w charakterze utleniacza w stosunku do wielu innych substancji”.
„reduktory – określenie oznaczające substancje, które w reakcjach redoks oddając elektrony substancji redukowanej, same zostają utlenione. Potocznie używa się tego określenia dla substancji charakteryzujących się niskim (ujemnym) potencjałem standar-dowym redoks, tj. dla związków chemicznych zdolnych do występowa-nia w charakterze reduktora w stosunku do innych substancji.
P. Chmielewski, A. Jezierski, Chemia – słownik encyklo-pedyczny, Europa, 2001, str. 573.
„Utleniacz – cząstka, która odbiera elektrony od innej cząstki, ulegającej utlenieniu (a sama ulega redukcji) w reakcji redoks(…)”
„Reduktor – cząstka, która dostarcza elektronów do substancji ulegającej redukcji, a sama się utlenia w reakcji redoks (…)”
L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna – cząsteczki, materia, reakcje, Wydawni-ctwo Naukowe PWN, 2014, str. 121, B19 i B26.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
113
„Utleniacze (środki utlenia-jące) są to substancje przyjmujące elektrony i ulega-jące redukcji”.
„Reduktory (środki re-dukujące) są to su-bstancje oddające ele-ktrony i ulegające utlenieniu”.
K. – H. Lautens-chläger, W. Schrö-ter, A. Wanninger, Nowoczesne komp-endium chemii, Wy-dawnictwo Naukowe PWN, 2007, str. 187.
Na poniższym schemacie15 przedstawiono
podsumowanie dotychczas omówionych terminów na
przykładzie reakcji magnezu z tlenem:
Z przedstawionego schematu wynika, że przebieg
procesu, w którym zachodzi oddawanie elektronów, jest
możliwy tylko wówczas, gdy równocześnie odbywa się
drugi proces, polegający na przyłączaniu elektronów.
Można więc dojść do wniosku, że utlenianie
i redukcja nie mogą przebiegać niezależnie, ponieważ
elektrony oddane w reakcji utleniania są pobierane
15
Warto nadmienić, iż w całej monografii została przyjęta zasada, iż utlenianie zaznaczane jest na czerwono (zysk/przyjmowanie elektronów), natomiast redukcja zaznaczana jest na niebiesko (utrata/oddawanie elektronów).
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
114
w reakcji redukcji. Wynika z tego, że każdy proces
utleniania jest nierozerwalnie związany z procesem
redukcji. Oba te procesy stanowią wspólnie reakcję
utleniania-redukcji (reakcję redoks/redox). Stąd, aby
przebiegały procesy redoks wymagana jest obecność, co
najmniej dwóch układów redukcyjno-oksydacyjnych,
z których w jednym zachodzi przemiana w kierunku
wydzielania elektronów, a w drugim przemiana odwrotna –
związana z pobieraniem elektronów.
Warto zwrócić uwagę na to, że reakcje utlenienia -
redukcji można zapisać niezależnie od całkowitego
równania reakcji chemicznej, uznając je jako tzw.
równania połówkowe - reakcja utleniania (utlenianie)
oraz reakcja redukcji (redukcja). Ogólny zapis równań
połówkowych można zapisać jako:
ogólny zapis równania reakcji utlenienia (utlenianie): -
(1) (1)red utl + ne
lub16 -
(1) (1)red - ne utl
ogólny zapis równania reakcji redukcji (redukcja): -
(2) (2)utl + ne red
gdzie:
red – forma zredukowana (niższy stopień utlenienia)
16
Obecnie, zapisem najczęściej funkcjonującym i godnym polecenia jest pierwszy zapis.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
115
utl – forma utleniona (wyższy stopień utlenienia)
ne- – liczba elektronów biorących udział w danej reakcji
(w reakcji redukcji lub w reakcji utleniania)
Należy zauważyć, że w początkowych etapach nauki –
głównie na etapie gimnazjum, w celu łatwiejszego
zrozumienia idei reakcji utlenienia - redukcji, zapisuje się
zwykle reakcje utlenienia - redukcji w postaci równań
cząstkowych – oddzielnie dla reakcji utlenienia i redukcji.
W reakcji cząstkowej, przedstawiającej proces
redukcji, po lewej stronie zapisuje się zwykle utleniacz,
użyty jako substrat w reakcji, a po prawej stronie postać
zredukowaną utleniacza – powstającą jako produkt
redukcji. Liczby elektronów, które zostają przyłączone
przez substrat, są równe różnicy stopnia utlenienia
odpowiednich atomów w postaci utlenionej
i zredukowanej.
Ponadto, po lewej stronie procesu utleniania zapisuje
się reduktor, a po prawej stronie jego postać utlenioną
– powstającą jako produkt, oraz odpowiednią liczbę
wydzielanych elektronów, równą różnicy stopnia utlenienia
odpowiednich atomów.
Suma algebraiczna ładunków elektrycznych z lewej
strony równania redoks musi być równa sumie
algebraicznej ładunków z prawej strony równania. Należy
wziąć pod uwagę ładunki: 1) jonów, 2) elektronów,
3) jonów H+, nie licząc elektrycznie obojętnych
cząsteczek.
Stąd, należy uzgadniać tak współczynniki
stechiometryczne, aby po ustaleniu odpowiedniej liczby
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
116
poszczególnych atomów po obu stronach równania,
(zgodnie z prawem zachowania masy), zostało także
zachowane prawo zachowania ładunku.
Podstawą reakcji utlenienia-redukcji jest więc wymiana
elektronów, których liczba (ne-) musi być dobierana w taki
sposób, aby w obu równaniach cząstkowych uczestniczyła
taka sama liczba elektronów. W tym celu, niezbędną
operacją jest znalezienie odpowiedniego mnożnika tak, by
liczba elektronów przyjętych i oddanych była równa
najmniejszej wielokrotności liczby całkowitej. Opisana
procedura nosi nazwę bilansu elektronowego.
Metoda ta stanowi najczęściej stosowaną i najbardziej
znaną metodę uzgadniania współczynników
stechiometrycznych w równaniach reakcji chemicznych.
Warunkiem możliwości zastosowania tej metody jest
oczywiście konieczność wystąpienia zmiany stopni
utlenienia w danym równaniu reakcji chemicznej (musi to
być reakcja utleniania-redukcji).
Poniżej przedstawiono zestawienie cytatów
przedstawiających koncepcję bilansu elektronowego
z punktu widzenia różnych źródeł literaturowych:
„Bilans elektronowy
Ten etap doboru współczynników reakcji redoks
sprowadza się do wyrównania liczby elektronów
oddawanych i przyjmowanych (liczba elektronów
przyjmowanych w reakcji redukcji musi być równa liczbie
elektronów oddawanych w reakcji utleniania). W tym celu
szukamy najmniejszej wspólnej wielokrotności (x) ilości
elektronów wymienianych w reakcji redukcji utleniania,
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
117
a następnie mnożymy każdą z reakcji połówkowych przez
odpowiedni współczynnik, tak aby uzyskać wartość x.
reakcja utleniania: | - +Ag - 1e Ag 3
reakcja redukcji: II
+V
-N + 3e N | 1”
A. Persona,
Chemia w testach, t.1,
WSiP, 1998, str. 138.
„Aby napisać poprawnie równanie reakcji utlenienia
i redukcji należy:
(…)
d) skompensować zyski i straty elektronów wpisując
odpowiednie współczynniki przy symbolach reduktora
i utleniacza (w sumie ilość elektronów pobranych musi być
równa ilości elektronów oddanych)
(…)
Na wstępie ustalimy liczby utlenienia utleniacza
i reduktora po lewej i prawej stronie równania. Z kolei,
liczymy, ile elektronów oddał reduktor i ile pobrał
utleniacz. Znajdujemy najmniejszą wspólną wielokrotną
i postępujemy jak niżej
reduktor: -2
S - 2e S | 3 (2 3 = 6)
utleniacz: +5 +2
N + 3e N | 2 (3 2 = 6) ”
Z. Matysikowa, F. Karczyński, T. Bąk,
Zbiór zadań z chemii nieorganicznej,
Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych,
1973, str. 143 - 144.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
118
W związku z przedstawionymi wcześniej informacjami,
procedurę dobierania współczynników stechiometrycznych
metodą bilansu elektronowego można sprowadzić do
kilku prostych etapów, które zestawiono poniżej:
Etap I. Zapisz równania cząstkowe, uwzględniające
liczbę elektronów niezbędnych do danego procesu
– utleniania i redukcji:
Przykład: dla równania reakcji: H2S + O2 SO2 + H2O
utlenianie:
-II IV
S S + X , X = 6, wówczas: -II IV
S S + 6 e
lub alternatywnie:
-II IV
S - X S , X = 6, wówczas: -II IV
S - 6 e S
redukcja:
0 -II
2O + Y 2O , Y = 4, wówczas: 0 -II
2O + 4 e 2O
Etap II. Znajdź odpowiednie mnożniki tak, by liczba
elektronów przyjętych i oddanych była równa
najmniejszej wielokrotności liczby całkowitej lub
przemnóż wszystkie elementy danego równania
cząstkowego przez liczbę elektronów występującą
w przeciwnym równaniu cząstkowym.
Przykład: dla poprzedniego przykładu najmniejszą
wspólną wielokrotnością dla liczb 6 i 4 jest 12,
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
119
stąd odpowiednie mnożniki to kolejno
2 oraz 3:
-II IV
0 -II
S S + 6 e 212
32O + 4 e 2O
Etap III. Dodanie równań cząstkowych umożliwi
uzyskanie sumarycznego równania bilansowego.
Przykład: dla poprzedniego przykładu:
Etap IV. Dobierz współczynniki stechiometryczne
pamiętając o uzgodnieniu tych reagentów, które
bezpośrednio nie uczestniczą w reakcjach
utlenienia-redukcji17.
Przykład: dla równania reakcji wyjściowej:
2 H2S + 3 O2 2 SO2 + 2 H2O
Przedstawioną powyżej procedurę metody bilansu
elektronowego trzeba stosować bardzo uważnie, bowiem
17
Zazwyczaj dotyczy to produktów ubocznych (np. cząsteczek wody).
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
120
procedura ta uwzględnia wyłącznie bilans atomów, które
zmieniały stopień utlenienia.
Poniżej przedstawiono bardzo ważny przykład
przedstawiający „zgubny” w skutkach efekt niewłaściwego
zastosowania metody bilansu elektronowego:
3 2 2 23 st.Cu + HNO Cu(NO ) + NO + H O
Bilans elektronowy będzie miał postać:
0 II 0 II
V IV V IV
Cu Cu + 2 e 1 Cu Cu + 2 e2
2N + 1 e N 2 N + 2 e 2 N
Z bilansu elektronowego wynika, że przed HNO3 musi
być współczynnik stechiometryczny 2, jednakże
w rzeczywistości współczynnik stechiometryczny wynosi
4. Dzieje się tak dlatego, iż bilans elektronowy uwzględnia
w swoim zapisie tylko elektrony i ilości substancji, które
zmieniły swój stopień utlenienia. Uzgodnione równanie
reakcji powinno mieć więc postać:
3 (st.) 3 2 2 2Cu + 4 HNO Cu(NO ) + 2 NO + 2 H O
W związku z tym, dwa z czterech atomów azotu,
pochodzących od kwasu azotowego(V), ulegają redukcji
do dwóch atomów azotu pochodzących z tlenku azotu(IV).
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
121
Na podstawie powyższych informacji można dojść do
następujących wniosków, podsumowujących bilans
elektronowy:
Pozwala skompensować liczbę elektronów
oddanych i przyjętych;
Uwzględnia w swoim zapisie tylko elektrony i ilości
substancji, które zmieniły swój stopień utlenienia.
3.3.6. Metoda równań połówkowych (równania jonowo-elektronowe)
Reakcje utlenienia-redukcji zachodzą w sposób
nierozerwalny. Można jednakże założyć, że reakcja
utlenienia-redukcji przebiega zwykle w dwóch częściach –
reakcjach połówkowych, które można zapisać dla dwóch
procesów – utleniania i redukcji. Koncepcja równań
połówkowych polega więc na rozłożeniu reakcji utlenienia-
redukcji na zazwyczaj dwa procesy cząstkowe, w których
pojawia się zapis liczby elektronów, biorących udział
w danym procesie oraz odpowiednie formy jonowe lub
cząsteczkowe wszystkich/większości substratów i produk-
tów. Bilans w takim przypadku polega na dobraniu
współczynników stechiometrycznych tak, aby liczba
elektronów oddawanych w jednej reakcji połówkowej była
równa liczbie elektronów przyjmowanych w drugiej
z reakcji połówkowych.
Równania połówkowe po dodaniu do siebie powinny
dać pełne równanie reakcji chemicznej będącej
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
122
przedmiotem zadania. Ponieważ równania połówkowe
stanowią w rzeczywistości zapis uwzględniający formy
jonowe lub też i cząsteczkowe oraz biorące udział w nich
elektrony, stąd często ich nazwa to równania jonowo-
elektronowe.
Metoda równań połówkowych w porównaniu do metody
bilansu elektronowego, może wydawać się trochę trudna,
ale pozwala nie tylko dobrać współczynniki
stechiometryczne do równań utlenienia-redukcji, ale
również uzupełnić równania o niektóre substraty lub
produkty. W konsekwencji metoda ta umożliwia
wnioskowanie o zmianie odczynu towarzyszącemu reakcji.
Kolejność ustalania współczynników stechiometry-
cznych metodą równań połówkowych (równań jonowo-
elektronowych) można sprowadzić do kilku prostych
etapów, które poniżej przedstawiono dla równania reakcji:
Etap I. Przypisz stopnie utlenienia atomom, które
zmieniają stopień utlenienia, a następnie zapisz
procesy redukcji i utleniania uwzględniające
indywidua chemiczne, biorące udział w równaniu
reakcji oraz liczbę elektronów:
- 2- + 2+ 2-
4 3 4 2 MnO + SO + H Mn + SO + H O
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
123
Etap II. Uzgodnij zapisane równania połówkowe,
dopisując odpowiednią liczbę cząsteczek wody po
tej stronie równania, gdzie występuje deficyt
atomów tlenu:
Etap III. Uzgodnij zapisane równania połówkowe,
dopisując odpowiednią liczbę jonów H+ lub OH-
po danej stronie równania w celu uzgodnienia
liczby atomów wodoru i tlenu, ewentualnie
atomów tlenu:
Etap IV. Zbilansuj oba równania tak, aby w każdym
równaniu liczba elektronów była taka sama –
przemnóż każde równanie obustronnie przez
liczbę elektronów z innego równania:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
124
Etap V. Dodaj do siebie stronami równania połówkowe
Etap VI. Dokonaj redukcji cząsteczek wody po obu
stronach równania reakcji:
Etap VII. Dokonaj redukcji jonów H+ i/lub OH- po obu
stronach równania reakcji:
Poniżej podsumowano krótko metodę równań
połówkowych (metodę równań jonowo-elektronowych)
w punktach:
Idea równań połówkowych polega na rozłożeniu
reakcji utleniania - redukcji zwykle na dwa procesy
cząstkowe, w których pojawia się zapis liczby
elektronów, biorących udział w danym procesie
oraz odpowiednie indywidua chemiczne w formie
jonowej (lub cząsteczkowej);
Metoda ta jest relatywnie prosta, ale bardziej
pracochłonna i wymagająca w porównaniu do
metody bilansu elektronowego;
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
125
Dopisanie odpowiedniej liczby cząsteczek wody,
kationów wodoru, anionów wodorotlenkowych jest
uniwersalne i znajduje zastosowanie przy
uzgadnianiu zarówno równań zapisanych
w formie jonowej, jak i również cząsteczkowej;
Metoda ta oprócz dobrania współczynników
stechiometrycznych pozwala również uzupełnić
równania o niektóre substraty lub produkty;
W przypadku braku informacji na temat środowiska
reakcji, problem ten można ominąć można „ominąć”
poprzez zsumowanie równania z równaniem
autodysocjacji wody;
Metoda ta pozwala wnioskować o zmianie odczynu
towarzyszącemu reakcji;
Metoda ta znajduje często zastosowanie, gdy nie
jest znana informacja na temat całego równania
reakcji – szczególnie w przypadku obserwacji.
3.3.7. Metoda bilansu materiałowo-ładunkowego
Koncepcja metody bilansu materiałowo-ładunkowego
związana jest z zaprojektowaniem ogniwa galwanicznego,
w którym bilansowane równanie jest (hipotetyczną)
reakcją sumaryczną. Metoda ta nie wymaga wyznaczania
stopni utlenienia, stąd można ją zastosować szczególnie
w przypadku reagentów, których wyznaczenie stopni
utlenienia atomów byłoby kłopotliwe - np. tlenki mieszane:
Pb3O4, Fe3O4, Br3O8.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
126
Metodę bilansu materiałowo-ładunkowego można
sprowadzić do kilku prostych etapów, które poniżej
przedstawiono dla równania reakcji:
Etap I. Odszukaj indywidua chemiczne, które ulegają
przekształceniu i zapisz ich przemiany,
uwzględniając postać indywiduów uczestniczą-
cych w reakcji:
Etap II. Dokonaj bilansu materiałowego, który polega na
dopisaniu do obu stron równania odpowiedniej
liczby indywiduów chemicznych reagentów
obecnych w środowisku reakcji (H+, OH- lub H2O):
Należy zauważyć, że w pierwszym równaniu
zdecydowano się na dopisanie jonów H+ oraz H2O. Zabieg
ten zastosowano, ponieważ zarówno lewa, jak i prawa
strona równania powinna być zbilansowana pod
względem ładunku. Wynika stąd, że jeżeli po prawej
stronie są jony Pb2+, to po lewej stronie brakuje ładunków
2+ + 2+ -
3 4 4 2Pb O + Mn + H Pb + MnO + H O
2+
3 42+ -
4
Pb O Pb
Mn MnO
2+
3 4 22+ - -
+
+
4
+ 8 Pb O 3 Pb + 4 H O
Mn O
H
H MnO + 4 4
H
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
127
dodatnich – stąd wynika dopisanie jonów H+. Równanie
musi również być poprawne pod względem bilansu
materiałowego, stąd po prawej stronie równania należy
dopisać odpowiednią liczbę cząsteczek wody.
W przypadku drugiego równania można przeprowadzić
analogiczne rozumowanie. Skoro po lewej stronie
równania mamy jony Mn2+, to po prawej stronie brakuje
ładunków dodatnich – dlatego należy dopisać jony H+.
Z kolei po prawej stronie równania mamy jony
manganianowe(VII), fakt ten wymusza dopisanie jonów
OH- po lewej stronie równania (wymóg bilansu
ładunkowego oraz materiałowego).
Etap III. Dokonaj bilansu ładunku elektrycznego – dodaj
lub usuń odpowiednią liczbę elektronów, tak aby
wypadkowy ładunek elektryczny lewej strony
każdego równania był równy wypadkowemu
ładunkowi prawej strony danego równania:
Etap IV. Zbilansuj oba równania tak, aby w każdym
równaniu liczba elektronów była taka sama
– przemnóż każde równanie obustronnie przez
liczbę elektronów z innego równania:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
128
Etap V. Dodaj do siebie stronami równania połówkowe
Etap VI. Uprość równanie w następującej kolejności:
Wyeliminuj liczbę jonów H+ i OH- po każdej stronie
równania, tworząc cząsteczki wody;
Wyeliminuj liczbę jonów H+ występujących po obu
stronach równania reakcji;
Wyeliminuj liczbę jonów OH- występujących po obu
stronach równania reakcji;
Wyeliminuj liczbę cząsteczek wody występujących
po obu stronach równania reakcji.
2+ 2+ + -
3
+
4 2 2 45 Pb O 2 Mn H O 15 Pb + 20 H O + 2 M + 32 H + nO + + 8 8 H
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
129
Poniżej przedstawiono zwięzłe podsumowanie
omawianej metody:
Idea tej metody polega na zaprojektowaniu ogniwa
galwanicznego, w którym bilansowane równanie
byłoby reakcją sumaryczną;
Nie jest wymagana wiedza na temat stopni
utlenienia;
Metoda ta jest użyteczna w przypadku reagentów,
w których wyznaczenie stopni utlenienia atomów
byłoby kłopotliwe (np. tlenki mieszane,
niestechiometryczne wodorki metali);
Dopisanie do obu stron równania odpowiedniej
liczby indywiduów chemicznych reagentów,
obecnych w środowisku reakcji (H+, OH- lub H2O)
stanowi bardzo ważny etap, który nie jest
skomplikowany, jeśli jako kryterium wyboru weźmie
się pod uwagę bilans ładunku oraz bilans
materiałowy;
Etap upraszczania równania poprzez zredukowanie
odpowiedniej liczby indywiduów chemicznych - H+,
OH- lub H2O wydaje się dość intuicyjny.
2+ 2+ -
3 4 2
+
2 45 Pb O 2 Mn H + 24 H + + 8 O 15 Pb + 20 H O + 2 MnO
2+ 2+ -
3 4 2 4
+5 Pb O 2 Mn 15 Pb + 1 + 2 H O + 2 24 H + MnO
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
130
3.3.8. Metoda równań algebraicznych
Innym przykładem metody dobierania współczynników
stechiometrycznych w równaniach reakcji chemicznych,
jest metoda równań algebraicznych polegająca na
dokonaniu bilansu liczb atomów oraz ładunków substratów
i produktów. Metoda ta polega na tym, że równanie reakcji
chemicznej może być traktowane w analogii do równania
matematycznego. W związku z powyższym ideą metody
równań algebraicznych jest obliczenie współczynników
stechiometrycznych, traktując równanie reakcji jako
„chemiczne” równanie algebraiczne.
Poniżej przedstawiono przykład schematu postępowa-
nia oraz zestaw etapów dla tej metody: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
131
Etap I. Przypisz kolejne współczynniki stechiome-
tryczne: a, b, c, d… itd. każdemu reagentowi;
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
132
Etap II. Dla każdego atomu danego pierwiastka
dokonaj bilansu - ułóż równanie algebraiczne,
uwzględniające wcześniej przypisane
współczynniki stechiometryczne (a, b, c, d…
itd.);
Etap III. Wszystkie utworzone wcześniej „chemiczne”
równania algebraiczne, które tworzą układ
równań, rozwiąż uzyskując odpowiednie
współczynniki stechiometryczne;
Etap IV. Zapisz równanie reakcji ze współczynnikami
stechiometrycznymi.
3.3.9. Metoda „O.P.I.S.U.”
Podczas uzgadniania współczynników stechio-
metrycznych w równaniach reakcji z udziałem reagentów
organicznych można zastosować metodę „określania
potrzebnej ilości substancji utleniającej” (o. p. i. s. u.).
Metoda ta wymaga wiedzy na temat stopni utlenienia
atomów, których wartości zmieniają się w toku reakcji
chemicznej.
Etapy ustalania współczynników stechiometrycznych
metodą „O.P.I.S.U” można przedstawić w postaci kilku
prostych etapów, które poniżej przedstawiono dla
równania reakcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
133
Etap I. Ustal sumaryczną zmianę (wartość bezwzględną)
stopni utlenienia w obu reakcjach:
stopień utlenienia atomów C przed reakcją: 0 + (-II) = -II
stopień utlenienia atomów C po reakcji: I + (-I) = 0
sumaryczna zmiana stopnia utlenienia: Δ = 2
stopień utlenienia atomów Mn przed reakcją: VII
stopień utlenienia atomów Mn po reakcji: IV
sumaryczna zmiana stopnia utlenienia: Δ = 3
Etap II. W oparciu o fakt, iż zmiany stopni utlenienia
w przypadku utleniacza i reduktora muszą być co
do wartości bezwzględnej równe, ustal liczbę
cząsteczek utleniacza i reduktora:
Skoro dla atomów węgla, Δ = 2 liczba
cząsteczek tlenku manganu(IV) wynosi: 2
Skoro dla atomów manganu, Δ = 3 liczba
cząsteczek związku organicznego wynosi: 3
Biorąc pod uwagę powyższe informacje, można
zapisać równanie reakcji, uwzględniające wyznaczone
współczynniki stechiometryczne:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
134
Etap III. Dokonaj bilansu atomów metali i niemetali (poza
atomami wodoru i tlenu):
W przypadku przedstawionej reakcji, niezbilansowanymi atomami jest tylko atom potasu:
Etap IV. Dokonaj bilansu atomów tlenu wpisując po
stronie substratów lub produktów odpowiednią
liczbę cząsteczek wody:
Liczba atomów tlenu po lewej stronie: 8
Liczba atomów tlenu po prawej stronie: 12
Należy więc dopisać 4 cząsteczki H2O po stronie
substratów, wówczas równanie reakcji będzie miało
postać:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
135
Etap V. Potwierdź poprawność równania dokonując
bilansu atomów wodoru:
liczba atomów H po lewej stronie równania: 24 + 8 = 32
liczba atomów H po prawej stronie równania: 30 + 2 = 32
Poniżej przedstawiono kilka uogólnionych wniosków na
temat przedstawionej metody:
Metoda ta jest względnie prosta;
W metodzie tej niezbędna jest wiedza na temat
stopni utlenienia atomów, których wartości
zmieniają się w toku reakcji chemicznej;
Sumaryczna zmiana (wartość bezwzględna) stopni
utlenienia w obu reakcjach stanowi podstawę
metody bez wnikania w liczbę elektronów;
Braki reagentów w równaniu pozwala uzupełnić
dopisanie odpowiedniej liczby cząsteczek wody.
Źródła literaturowe:
K. Jurowski, A. Jurowska, M. Krzeczkowska, Stopień utlenienia
atomów (C, N, O, S i P) w związkach organicznych oraz reakcje
utlenienia-redukcji w chemii organicznej i biochemii, Scientiae
et Didactics, 2015.
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, str. 14 - 15.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
136
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 151 - 152.
R. Haas, Balancing ionic equations by the method of
undetermined coefficients, Journal of Chemical Education,
1962, 39 (10), 537 - 538.
M. Krzeczkowska, Chemia – System Mądrego Szukania (SMS),
Park, 2005, str. 14.
M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium* liceum
chemia, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010, str. 219.
L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. 92 – 97, B19.
P. Chmielewski, A. Jezierski, Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo Europa, 2001, str. 472, 478.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 269, 274.
M. Herczak, Jak uczyć podstaw chemii?, Chemia
w szkole, 2006, 265, str. 15.
K. Roztocki, A. Jurowska, M. Krzeczkowska, K. Jurowski,
Różne oblicza układu okresowego, Scientiae et Didactics, 2015.
D. DeWit, Przewidywanie produktów reakcji nieorganicznych
jako ćwiczenie w chemicznym myśleniu krytycznym,
Chemia w szkole, 2006, 265, str. 24 - 31.
D. Kolb, Balancing complex redox equations by inspection,
Journal of Chemical Education, 1981, 58 (8), 642 - 645.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
137
D. Kolb, More on balancing redox equations, Journal of
Chemical Education, 1979, 56(3), 181.
W. Mizerski, Równania reakcji chemicznych (II), Kurier
chemiczny, 1991, 2, str. 6 – 7.
J. Ling, Easy chem., Goodman Publisher, 1979, 105
– 112.
W. Doroszewski, Słownik języka polskiego, Wydawnictwo
Naukowe PWN, http://doroszewski.pwn.pl/ (data dostępu: 20-
02-2015).
A. Persona, Chemia w testach, t.1, WSiP, 1998, str. 138.
Z. Matysikowa, F. Karczyński, T. Bąk, Zbiór zadań z chemii
nieorganicznej, Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych,
1973, str. 143 - 144.
P. Bernard, Uzgadnianie równań reakcji metodą równań
połówkowych i bilansu elektronowego, Niedziałki, 2012,
1, str.10 – 16.
L. G. Savoy, Balancing Chemical Equations, School Science
Review, 1988, 69(249), 713 - 720.
E. Otto, Balancing chemical equations, Journal of Chemical
Education, 1932, 9(2), 361.
W. L. Yarroch, Student understanding of chemical equation
balancing, Journal of Research in Science Teaching, 1985,
22(5), 449 - 459.
M. Niaz, A. E. Lawson, Balancing chemical equations: The role
of developmental level and mental capacity, Journal of
Research in Science Teaching, 1985, 22(1), 41 - 51.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
138
L. Scheflan, Balancing chemical equations, Journal of Chemical
Education, 1932, 9(2), 358.
G. Blakley, Chemical equation balancing: A general method
which is quick, simple, and has unexpected applications,
Journal of Chemical Education, 1982, 59(9), 728.
S. K. Sen, H. Agarwal, S. Sen, Chemical equation balancing: An
integer programming approach, Mathematical and computer
modelling, 2006, 44(7), 678 - 691.
S. C. Das, A mathematical method of balancing a chemical
equation, International Journal of Mathematical Education in
Science and Technology, 1986, 17(2), 191 - 200.
Z. Toth, Balancing chemical equations by inspection, Journal of
Chemical Education, 1997, 74(11), 1363.
C. Filguerias, Balancing a chemical equation. What does it
mean?, Journal of Chemical Education, 1992, 69(4), 276.
D. D. Kumar, Computer applications in balancing chemical
equations, Journal of Science Education and Technology, 2001,
10(4), 347 - 350.
J. M. Campanario, Automatic ‘balancing’of chemical equations,
Computers & chemistry, 1995, 19(2), 85 - 90.
E. V. Krishnamurthy, Generalized matrix inverse approach for
automatic balancing of chemical equations, International
Journal of Mathematical Education in Science and Technology,
1978, 9(3), 323 - 328.
I. B. Risteski, A new approach to balancing chemical equations,
SIAM Problems & Solutions, 2007, 1 - 10.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
139
M. E., Hinton, M. B. Nakhleh, Students’ microscopic,
macroscopic, and symbolic representations of chemical
reactions, The Chemical Educator, 1999, 4(5), 158 - 167.
M. Nakhleh, Why some students don't learn chemistry:
Chemical misconceptions, Journal of Chemical Education,
1992, 69(3), 191.
J. Kennedy, Balancing chemical equations with a calculator,
Journal of Chemical Education, 1982, 59(6), 523.
I. B. Risteski, A new pseudoinverse matrix method for balancing
chemical equations and their stability, Journal of the Korean
Chemical Society, 2008, 52(3), 223 - 238.
J. Olson, An analysis of the algebraic method for balancing
chemical reactions, Journal of Chemical Education, 1997, 74(5),
538.
J. S. Krajcik, Developing students’ understanding of chemical
concepts, The psychology of learning science, 1991, 117 - 147.
S. Porter, How should equation balancing be taught?, Journal of
Chemical Education, 1985, 62(6), 507.
I. B. Risteski, A new complex vector method for balancing
chemical equations, Materiali In Tehnologije, 2010, 44(4), 193 -
203.
D. Kolb, More on balancing redox equations, Journal of
Chemical Education, 1979, 56(3), 181.
I. Ceyhun, Z. Karagolge, Using algebraic and matrix method for
balancing chemical equations, Energy Education Science and
Technology Part B-Social and Educational Studies, 2009, 1(3-
4), 127 - 137.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
140
M. Sanger, Evaluating students' conceptual understanding of
balanced equations and stoichiometric ratios using a particulate
drawing, Journal of Chemical Education, 2005, 82(1), 131.
J. Zimmerman, The value of teaching valence prior to balancing
chemical equations, Journal of Chemical Education, 1925, 2(5),
383.
S. Carrano, Balancing an atypical redox equation, Journal of
Chemical Education, 1978, 55(6), 382.
W. Loercher, Balancing chemical equations with a Commodore
64, Journal of Chemical Education, 1986, 63(1), 74.
M. ten Hoor, Redox balancing without puzzling, Journal of
Chemical Education, 1997, 74(11), 1367.
W. Harjadi, A simpler method of chemical reaction balancing,
Journal of Chemical Education, 1986, 63(11), 978.
S. Toby, Ambiguities in Balancing Chemical Equations, Journal
of Chemical Education, 1994, 71(3), 270.
N. Uravnote, E. Reakcij, New discovered paradoxes in theory of
balancing chemical reactions, Materiali in tehnologije, 2011,
45(6), 503 - 522.
B. G. Johnson, D. A. Holder, A cognitive modeling tutor
supporting student inquiry for balancing chemical equations,
The Chemical Educator, 2002, 7(5), 297 - 302.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
141
Reakcje synproporcjo- nowania w chemii nieorganicznej
4.1. Idea reakcji synproporcjonowania
Reakcje synproporcjonowania, zwane również niekiedy
reakcjami komproporcjonowania, są bardzo interesującymi
przykładami wyrafinowanych reakcji utlenienia-redukcji.
Zazwyczaj jednak idea tego typu reakcji nie jest do końca
rozumiana poprawnie. Dlatego też, poniżej zestawiono
różne definicje tego typu reakcji, jakie można znaleźć
w literaturze:
„reakcja synproporcjonowania jest kolejnym przykładem
reakcji utlenienia–redukcji, w której atomy tego samego
pierwiastka z dwóch różnych stopni utlenienia przechodzą
na jeden wspólny”.
M. Krzeczkowska,
Chemia – system mądrego szukania,
Park, 2005, str. 15.
4
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
142
„Reakcją odwrotną do dysproporcjonowania jest
komproporcjonowanie”.
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklopedyczny,
Wydawnictwo Europa, 2001, str. 168.
Na podstawie przedstawionych definicji można
wyciągnąć pewne uogólnione wnioski na temat reakcji
synproporcjonowania:
W reakcjach synproporcjonowania uczestniczą
atomy pierwiastków, które charakteryzują się co
najmniej trzema18 różnymi wartościami stopni
utlenienia;
Każdy z substratów posiada stopień utlenienia
odmienny od stopnia utlenienia produktu;
W reakcjach synproporcjonowania zawsze muszą
uczestniczyć, co najmniej dwa substraty;
Atomy pierwiastków na pośrednich stopniach
utlenienia mogą być zarówno utleniaczami, jak
i również reduktorami;
Jeden substrat posiada wyższy, a drugi niższy
stopień utlenienia względem produktu;
Produkt w reakcji tego typu posiada stopień
utlenienia pośredni względem substratów.
18
Warto zwrócić uwagę, iż każda forma elementarna (pierwiastkowa) przyjmuje wartość stopnia utlenienia równy zero.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
143
4.2. Przykłady reakcji synproporcjonowania w chemii nieorganicznej
Poniżej przedstawiono przykłady reakcji synproprocjo-
nowania w chemii nieorganicznej:
4.2.1. Reakcja Ag z Ag2+
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia
atomów, które zmieniają swój stopień utlenienia
w toku reakcji utlenienia-redukcji:
bilans elektronowy:
utlenianie: 0 I
-Ag Ag + 1 e
redukcja: II I
-Ag + 1 e Ag
uzgodnione równanie reakcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
144
*****
4.2.2. Reakcja Pb z PbO2 w obecności H2SO4
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia
atomów, które zmieniają swój stopień utlenienia
w toku reakcji utlenienia-redukcji:
bilans elektronowy:
utlenianie: 0 II
-Pb Pb + 2 e
redukcja: IV II
-Pb+ 2 e Pb
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
145
4.2.3. Reakcja I- z IO3- w środowisku kwasowym
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia
atomów, które zmieniają swój stopień utlenienia
w toku reakcji utlenienia-redukcji:
bilans elektronowy:
utlenianie: -I 0
-2I 2I+ 2 e |·5 ⇒ -I 0
-10I 10I+ 10 e
redukcja: V 0
-2 I + 10 e 2I |·1 ⇒ V 0
-2 I + 10 e 2I
uzgodnione równanie reakcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
146
po uproszczeniu:
*****
4.2.4. Reakcja Ni z Ni2O3
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia
atomów, które zmieniają swój stopień utlenienia
w toku reakcji utlenienia-redukcji:
bilans elektronowy:
utlenianie: 0 II
-Ni Ni + 2 e
redukcja: III II
-2Ni + 2 e 2Ni
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
147
uzgodnione równanie reakcji:
*****
4.2.5. Reakcja H2S z SO2
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia
atomów, które zmieniają swój stopień utlenienia
w toku reakcji utlenienia-redukcji:
bilans elektronowy:
utlenianie: -II 0
-S S + 2 e |·2 ⇒-II 0
-2S 2S + 4 e
redukcja: IV 0
-S+ 4 e S |·1 ⇒ IV 0
-S+ 4 e S
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
148
uzgodnione równanie reakcji:
*****
Źródła literaturowe:
Praca zbiorowa, Encyklopedia szkolna - chemia, WSiP, 2001,
str. 171.
P. Chmielewski, A. Jezierski, Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo Europa, 2001, str. 88.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 168.
M. Krzeczkowska, Chemia – system mądrego szukania (SMS),
Park, 2005, str. 15
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2006, str. 391.
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 518.
V. V. Zhdankin, Hypervalent Iodine Chemistry: Preparation,
Structure, and Synthetic Applications of Polyvalent Iodine
Compounds. John Wiley & Sons, 2013.
F. S. S. Chien, Y. T. Wu, G. L. Lai, Y. H. Lai, Disproportionation
and comproportionation reactions of resistive switching in
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
149
polycrystalline NiOx films, Applied Physics Letters, 2011,
98(15), 153513.
J. Garche, A. Jossen, H. Döring, The influence of different
operating conditions, especially over-discharge, on the lifetime
and performance of lead/acid batteries for photovoltaic systems,
Journal of Power Sources, 1997, 67(1), 201 - 212.
H. A. El-Rahman, A. G. Gad-Allah, S. A. Salih, A. A. El-Waha,
Electrochemical Performance of Grids of Lead-acid Batteries
made from Pb-0.8% Ca-1.1% Sn Alloys Containing Cu, As and
Sb Impurities in the presence of phosphoric acid, Afinidad,
2013, 70(564).
W. Grochala, R. Hoffmann, Real and Hypothetical Intermediate‐
Valence AgII/AgIII and AgII/AgI Fluoride Systems as Potential
Superconductors, Angewandte Chemie International Edition,
2001, 40(15), 2742 - 2781.
S. Salih, G. A. Ahmed, A. A. El-Waha, H. A. El-Rahman, Effect
of boric acid on corrosion and electrochemical performance of
Pb-0.08% Ca-1.1% Sn alloys containing Cu, As, and Sb
impurities for manufacture of grids of lead-acid batteries,
Turkish Journal of Chemistry, 2014, 38(2), 260 - 274.
S. Ernst, V. Kasack, W. Kaim, What determines the
comproportionation constant in molecule-bridged mixed-valence
complexes? Evidence for the crucial role of the ligand LUMO in
four ruthenium (II) ruthenium (III) dimers, Inorganic Chemistry,
1988, 27(7), 1146 - 1148.
P. M. S. Monk, R. D. Fairweather, M. D. Ingram, J. A. Duffy,
Pulsed electrolysis enhancement of electrochromism in viologen
systems: influence of comproportionation reactions, Journal of
Electroanalytical Chemistry, 1993, 359(1), 301 - 306.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
150
F. S. S. Chien, Y. T. Wu, G. L. Lai, Y. H. Lai, Disproportionation
and comproportionation reactions of resistive switching in
polycrystalline NiOx films, Applied Physics Letters, 2011,
98(15), 153513.
D. H., Evans, M. W. Lehmann, Two-electron reactions in
organic and organometallic electrochemistry, Acta Chemica
Scandinavica, 1999, 53, 765 - 774.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
151
Reakcje dysproporcjo- nowania w chemii nieorganicznej
5.1. Idea reakcji dysproporcjonowania
Reakcje dysproporcjonowania stanowią szczególny
rodzaj reakcji utlenienia-redukcji. Często jednak
rozumienie koncepcji tego typu reakcji jest nieprecyzyjne,
bądź niedokładne. Poniżej zestawiono definicje
funkcjonujące w polskiej literaturze:
„dysproporcjonowanie [łac. disproportionare = zakłócić
właściwą proporcję], reakcja chemiczna, w której
substancja reaguje sama ze sobą; ulegają jej substancje
mogące się zachowywać równocześnie jak kwas
i zasada(…) Wiele reakcji dysproporcjonowania to
zachodzące równocześnie reakcje samoredukcji
i samoutlenienia.
Praca zbiorowa,
Encyklopedia szkolna - chemia,
WSiP, 2001, str. 171.
5
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
152
„[…] (reakcję) polegającą na utworzeniu produktu
o wyższym oraz produktu o niższym stopniu utlenienia
z substratu o stopniu utlenienia pośrednim, nazywamy
reakcją dysporcjonowania”
A. Bielański,
Podstawy chemii nieorganicznej,
Wydawnictwo Naukowe PWN 2006 t. 1 str. 391.
„reakcje dysproporcjonowania (dysmutacji) jest
szczególnym rodzajem reakcji utlenienia-redukcji,
w której atomy tego samego pierwiastka ulegają zarówno
procesowi utlenienia, jak i redukcji”
M. Krzeczkowska,
Chemia – system mądrego szukania,
Park, 2005, str. 15.
„Dysproporcjonowanie, rodzaj reakcji redukcji-utleniania,
w której jeden i ten sam pierwiastek ulega zarówno
procesowi utleniania jak i redukcji (ten sam pierwiastek
zarówno zwiększa, jak i zmniejsza swój stopień
utlenienia)”
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklopedyczny,
Wydawnictwo Europa, 2001, str. 88.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
153
„Dysproporcjonowanie (dysproporcjonaja, dysmutacja)
– reakcja redoks, w której część substancji ulega redukcji,
działając jako utleniacz, a część utlenia się będąc
reduktorem (…) W przypadku dysproporcjo-nowania
występuje zawsze zmiana stopnia utlenienia pierwiastka
na wyższy i niższy od tego jaki był
w związku wyjściowym”.
P. Kozyra (red.),
Chemia – słownik szkolny,
Zielona Sowa, 2004, str. 168.
„Dysproporcjonowanie: tworzenie się związków na dwóch
różnych stopniach utlenienia ze związki na jednym
pośrednim stopniu utlenienia”
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, str. 518.
Z przedstawionych definicji można wyciągnąć pewne
uogólnione wnioski związane z reakcjami dysproporcjo-
nowania (dysmutacji):
W reakcji tej uczestniczą atomy pierwiastków, które
charakteryzują się co najmniej trzema19 różnymi
wartościami stopni utlenienia;
19
Warto zwrócić uwagę, iż każda forma elementarna (pierwiastkowa) przyjmuje wartość stopnia utlenienia równą zero.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
154
Substrat w reakcji tego typu posiada stopień
utlenienia pośredni względem produktów;
Substrat pełni rolę zarówno utleniacza, jak
i reduktora;
Zawsze muszą powstać co najmniej dwa produkty;
Każdy z produktów posiada stopień utlenienia
odmienny od stopnia utlenienia substratu;
Jeden produkt posiada wyższy, a drugi niższy
stopień utlenienia względem substratu – substrat
posiada stopień utlenienia pośredni względem
produktów;
5.2. Przykłady reakcji dysproporcjonowania w chemii nieorganicznej
Poniżej zestawiono przykłady reakcji dysproprocjo-
nowania w chemii nieorganicznej:
5.2.1. Reakcja Br2 z KOH
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia
atomów, które zmieniają swój stopień utlenienia
w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
155
bilans elektronowy:
utlenianie:0 V
2 Br 2 Br + 10 e |·1 ⇒ 0 V
2 Br 2 Br + 10 e
redukcja: 0 -I
2 Br + 2 e 2 Br |·5 ⇒0 -I
10 Br + 10 e 10 Br
uzgodnione równanie reakcji:
po uproszczeniu:
*****
5.2.2. Dysproporcjonowanie Hg2Cl2
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia
atomów, które zmieniają swój stopień utlenienia
w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
156
bilans elektronowy:
utlenianie:I II
Hg Hg + 1 e
redukcja: I 0
Hg + 1 e Hg
uzgodnione równanie reakcji:
*****
5.2.3. Reakcja Cl2 z OH-
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
157
bilans elektronowy:
utlenianie:0 V
2Cl 2Cl + 10 e |·1 ⇒ 0 V
2Cl 2Cl + 10 e
redukcja: 0 -I
2 Cl + 2 e 2 Cl |·5 ⇒0 -I
10Cl + 10 e 10Cl
uzgodnione równanie reakcji:
po uproszczeniu:
*****
5.2.4. Reakcja NO2 z H2O
bilans elektronowy:
utlenianie: IV V
-N N + 1e
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
158
redukcja: IV III
-N + 1e N
uzgodnione równanie reakcji:
*****
5.2.5. Reakcja Cu2O z H2SO4
bilans elektronowy:
utlenianie: I II
-2 Cu 2 Cu + 2 e
redukcja: I 0
-2 Cu + 2 e 2 Cu
uzgodnione równanie reakcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
159
po uproszczeniu:
*****
Źródła literaturowe:
M. Krzeczkowska, Chemia – system mądrego szukania, Park,
2005, str. 15
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, str. 391.
Praca zbiorowa, Encyklopedia szkolna - chemia, WSiP, 2001,
str. 171.
P. Chmielewski, A. Jezierski, Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo Europa, 2001, str. 88.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 168.
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 518.
F. S. S. Chien, Y. T. Wu, G. L. Lai, Y. H. Lai, Disproportionation
and comproportionation reactions of resistive switching in
polycrystalline NiOx films, Applied Physics Letters, 2011,
98(15), 153513.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
160
J. E. Hoffmann, The purification of copper refinery electrolyte,
JOM, 2004, 56(7), 30 - 33.
M. T. Leu, C. L. Lin, Rate constants for the reactions of OH with
CℓO, Cℓ2, and Cℓ2O at 298K, Geophysical Research Letters,
1979, 6(6), 425 - 428.
G. Brauer (Ed.), Handbook of preparative inorganic chemistry
(Vol. 2), Elsevier, 2012.
M. H. Habibi, S. Tangestaninejad, M. Montazerozohori, S. F.
Tayari, Synthesis and characterization of bis (organothiolato)
mercury (II) complexes by disproportionation of Hg2Cl2 in the
presence of thiols, Journal of Coordination Chemistry, 2004,
57(16), 1387 - 1392.
D. M. Waldorf, A. L. Babb, Vapor‐Phase Equilibrium of NO,
NO2, H2O, and HNO2, The Journal of Chemical Physics, 1963,
39(2), 432 - 435.
A. L. Goodman, G. M. Underwood, V. H. Grassian,
Heterogeneous reaction of NO2: Characterization of gas-phase
and adsorbed products from the reaction, 2NO2(g) + H2O(a)→
HONO(g)+ HNO3(a) on hydrated silica particles, The Journal of
Physical Chemistry A, 1999, 103(36), 7217 - 7223.
P. Atkins, Shriver and Atkins' inorganic chemistry, Oxford
University Press, 2010.
G. Parkin, Valence, Oxidation number, and formal charge: three
related but fundamentally different concepts, Journal of
Chemical Education, 2006, 83(5), 791 – 799.
W. Jensen, The origin of the oxidation-state concept, Journal of
Chemical Education, 2007, 84 (9), 1418 – 1419.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
161
J. Packer, S. Woodgate, Lewis structures, formal charge, and
oxidation numbers: A more user-friendly approach, Journal of
Chemical Education, 1991, 68(6), 456 – 458.
T. P. Silverstein, Oxidation and Reduction: Too Many
Definitions?, Journal of Chemical Education, 2010, 88(3), 279 -
281.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
162
Diagramy stopni utlenienia
Istnieje wiele użytecznych sposobów przedstawiana
względnej stabilności danych indywiduów chemicznych
dla danego stopnia utlenienia. W niniejszym rozdziale
przedstawiono różnego rodzaju typy diagramów,
zawierających informacje związane ze stopniami
utlenienia oraz innym wielkościami fizyko-chemicznymi.
Zagadnienia te mogą być bardzo przydatne szczególnie
podczas przewidywania kierunku reakcji chemicznych
w roztworach wodnych.
6.1. Diagramy Frosta i Ebswortha
Jednym z najbardziej popularnych sposobów
opisywania właściwości chemicznych danych indywiduów
chemicznych na określonym stopniu utlenienia są tzw.
diagramy Frosta i Ebswortha - zwane również diagramami
stopnia utlenienia – ang. oxidation state diagrams.
Wykresy tego typu, stanowią zależności potencjałów
6
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
163
standardowych nE° [V] dla danego indywiduum
chemicznego od jego wartości stopnia utlenienia.
Potencjał standardowy jest przedstawiany jako stosunek
entalpii swobodnej (∆G°) do stałej Faraday’a (F):
o
oΔG = nE
F
Warto zwrócić uwagę, iż są to wielkości wprost
proporcjonalne do obliczonych w umownej skali wartości
entalpii swobodnej. Diagramy tego typu są bardzo
użyteczne przy rozpatrywaniu reakcji utlenienia – redukcji,
szczególnie pod względem stabilności. Przykładowy
ogólny diagram przedstawiono na rysunku 6.1.
Rysunek 6.1. Ogólny diagram Frosta-Ebswortha (rysunek wykonany przez Autorów z wykorzystaniem danych literaturowych - Shriver, Atkins, 2006).
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
164
Diagram tego typu opisuje, kiedy dane indywiduum
chemiczne na danym stopniu utlenienia jest dobrym
utleniaczem lub dobrym reduktorem. Ponadto, diagramy te
pozwalają przewidzieć, który stopień utlenienia danego
pierwiastka jest najbardziej trwały w danej formie
chemicznej. Z przedstawionego rysunku wynika, że
najbardziej trwałe stopnie utlenienia określonej formy
chemicznej danego pierwiastka w środowisku wodnym to
te, które znajdują się najniżej na diagramie.
Niech jako przykład posłuży wykres na rysunku 6.2.
Rysunek 6.2. Diagram Frosta-Ebswortha dla różnych indywiduów chemicznych manganu na różnych stopniach utlenienia w roztworze kwasowym (pH = 0) (rysunek wykonany przez Autorów z wykorzystaniem danych literaturowych - Shriver, Atkins, 2006).
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
165
Przedstawiony diagram na rysunku 6.2. przedstawia
różne indywidua chemiczne manganu na różnych
stopniach utlenienia, występujących w roztworach
o charakterze kwasowym (pH = 0) lub będących
w kontakcie z takimi roztworami. Skala podaje wartość
ΔG°/F (nE°) wyrażoną w woltach.
Na podstawie przedstawionych wcześniej informacji,
związki i jony manganu są tym trwalsze, im mniejszą mają
wartość entalpii swobodnej. Wynika z tego, że
najtrwalszym jonem w roztworze o odczynie kwasowym
jest jon Mn2+, z kolei najmniej trwałym jest jon MnO4-.
Powróćmy jednak do samego diagramu Frosta-
Ebswortha. W jaki sposób można go w ogóle otrzymać?
W celu skonstruowania takiego diagramu należy posłużyć
się stabelaryzowanymi wartościami standardowych
potencjałów pomnożonych przez odpowiednie wartości n
(liczba elektronów przyjętych lub utraconych).
Przykładowo dla reakcji pierwszej od lewej na rysunku 6.2:
2+ -Mn Mn + 2e E = -1,18 V
Najpierw należy zaznaczyć dane dla manganu w formie
elementarnej, który przyjmuje stopień utlenienia równy
zero oraz charakteryzuje się wartością potencjału
standardowego 0 V. Następnie z uwagi na przejście Mn
w jon Mn2+ należy zaznaczyć punkt dla stopnia utlenienia
równego II oraz wartości na osi potencjału
-2,36 V, co wynika z faktu, że: n·E0 = 2·(-1,18V) = -2,36 V.
Dla pozostałych punktów należy postępować analogicznie,
co w efekcie da diagram ostateczny.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
166
Oprócz określenia względnej trwałości danych
indywiduów chemicznych danego pierwiastka, możliwe
jest również przewidywanie ich możliwości dysproporcjo-
nowania lub synproporcjonowania. Ogólnie przyjmuje się,
że:
Jeśli punkt sąsiadujący pomiędzy dwoma
punktami znajduje się na linii leżącej powyżej linii
łączącej te dwa punkty, to wówczas można
spodziewać się dysporoporcjonowania:
Jeśli punkt sąsiadujący pomiędzy dwoma
punktami znajduje się na linii leżącej poniżej linii
łączącej te dwa punkty, to wówczas można
spodziewać się synproporcjonowania:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
167
Jako przykład rozpatrzmy ponownie rysunek 6.2.
Z uwagi na fakt, iż jon MnO42- na diagramie leży
powyżej linii łączącej punkty dla MnO4- oraz dla MnO2
wynika, że jon MnO42- ulega reakcji dysproporcjo-
nowania do MnO4- i MnO2, co można zapisać jako:
2- -
4 2 4 23 MnO + 4 H MnO + 2 MnO + 2 H O
Jako kolejny przykład można rozpatrzyć punkt dla
MnO2, który leży poniżej linii łączącej punkty dla Mn3+
oraz dla MnO42-. W związku z tym można przewidywać,
że jony Mn3+ i MnO42- będą uczestniczyć w reakcji
synproporcjonowania tworząc MnO2, co można zapisać
jako:
2+ + 3+
2 2Mn + MnO + 4 H 2 Mn + 2 H O
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
168
Oprócz przedstawionych możliwości diagramów
Frosta-Ebswortha, można zauważyć, że przemiany
mogące zachodzić samorzutnie, zawsze prowadzą do
zmniejszenia wartości entalpii swobodnej reagującego
układu. Zatem w roztworze o odczynie kwasowym
może zajść samorzutna przemiana MnO4- do MnO4
2-,
MnO42- do MnO2, itd.
Do tej pory rozpatrywany był diagram Frosta
i Ebswortha dla indywiduów manganu występujących
w roztworach o charakterze kwasowym (pH = 0).
Zachowanie się indywiduów manganu ulega znacznym
zmianom w przypadku roztworów o charakterze
zasadowym (pH = 14). Na rysunku 6.3 został
zaprezentowany taki diagram.
Rysunek 6.3. Diagram Frosta-Ebswortha dla różnych indywiduów chemicznych manganu na różnych stopniach utlenienia w roztworze zasadowym (pH = 14) (rysunek wykonany przez Autorów z wykorzystaniem danych literaturowych - Shriver, Atkins, 2006).
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
169
Na podstawie przedstawionego rysunku można dojść
do wniosku, że związkami termodynamicznie trwałymi
w roztworach o charakterze zasadowym są Mn(OH)2
oraz MnO2, ponieważ punkty dla tych idnywiduów na
diagramie Frosta i Ebswortha leżą w minimach krzywej.
Z kolei punkt dla Mn(OH)3 leży powyżej linii łączącej
punkty Mn(OH)2 oraz MnO2 w związku z tym związek
ten będzie ulegał dysproporcjonowaniu na
wodorotlenek manganu(II) oraz tlenek manganu(IV).
Punkt MnO42- leży blisko linii łączącej punkty MnO4
-
oraz MnO2 w związku z tym w roztworach o charakterze
zasadowym wykazuje on zdecydowanie mniejszą
tendencję do ulegania reakcji dysproporcjonowania tak
jak to miało miejsce w przypadku roztworów
o charakterze kwasowym. W stanie równowagi jony
MnO4- oraz MnO4
2- mogą współistnieć w roztworze
w kontakcie z MnO2.
6.2. Diagramy Latimera
Innym przykładem diagramów uwzględniających
stopień utlenienia mogą być diagramy Latimera, zwane
także diagramami potencjału redukującego. Diagramy
takie zapisuje się dla indywiduów chemicznych danego
pierwiastka wraz z wartościami potencjałów
standardowych od najwyższego do najniższego stopnia
utlenienia, zapisując ich wartość nad strzałką, np.:
-IVII V III I 0
+1,20 V +1,18 V +1,65 V +1,67 V +1,36 V- -24 3 2ClO ClO HClO HClO Cl Cl
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
170
Diagramy Latimera można zastosować do przewidywania
reakcji utlenienia-redukcji. Przykładowo dla jednej
przemiany z przedstawionego diagramu:
I 0
+1,67 V2HClO Cl
W tym przypadku należy posłużyć się metodą
dopisywania reagentów, wiedząc, że reakcja zachodzi
w środowisku kwasowym (obecność jonów H+ oraz H2O),
wówczas można zapisać równanie reakcji o następującej
postaci:
+ - o
2 22 HClO + 2 H + 2 e Cl + 2 H O E = 1,67 V
Oprócz przewidywania równania reakcji indywiduów
sąsiadujących w diagramie Latimera, możliwe jest również
obliczenie potencjału standardowego przemiany
z udziałem dwóch indywiduów nie sąsiadujących ze sobą.
Należy zauważyć, że generalnie nie jest możliwe
dodawanie wartości potencjałów standardowych; należy
wówczas zastosować wyrażenie na standardową entalpię
swobodną:
o oΔG = -n F E
oraz fakt, iż sumaryczna wartość entalpii swobodnej
dwóch powiązanych przemian (a) i (b) jest równa sumie
wartości entalpii tych procesów:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
171
o o oΔG (a + b) = ΔG (a) + ΔG (b)
Wówczas można zapisać, że:
o o o-n F E (a + b) = -n(a) F E (a) - n(b) F E (b)
Pozbywając się F, oraz z przyjmując, że n = n(a) + n(b):
o o
o n(a) E (a) + n(b) E (b) E (a + b) =
n(a) + n(b)
Niech jako przykład posłuży przemiana w przypadku
pH = 14 zapisana poniższym diagramem Latimera:
III I 0
+1,65 V +1,63 V- -22ClO ClO Cl
Wówczas można zapisać:
- + - - o
2 2ClO + 2 H + 2 e ClO + H O E (a) = +1,65 V
2
- o
2
1ClO + 2 H + e Cl + H O E (b) = +1,63 V
2
Dodanie stronami daje równanie:
- + -
2 2 2
1ClO + 4 H + 3 e Cl + 2 H O
2
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
172
Dla tego równania, a = 2, oraz b = 1, stąd:
o oo n(a) E (a) + n(b) E (b) 2 (1,65 V) 1 (1,63 V)
E (a + b) = = 1,64 Vn(a) + n(b) 3
Oprócz przedstawionych możliwości, diagramy
Latimera umożliwiają przewidywanie reakcji
dysporporcjonowania. Ogólnie można przyjąć, że
indywiduum chemiczne ma tendencję do
dysproporcjonowania do otaczających go indywiduów w
diagramie Latimera, wówczas gdy wartość potencjału
standardowego przemiany na prawo od rozpatrywanego
indywiduum ma wartość wyższą od wartości potencjału
przemiany na lewo od rozpatrywanego indywiduum.
Niech jako przykład posłuży diagram Latimera dla
nadtlenku wodoru:
+0,70 V +1,76 V
2 2 2 2O H O H O
Na podstawie diagramu można zapisać równania:
+ - o
2 2 22 H + 2 e + H O 2 H O E = +1,76 V
+ - o
2 2 2O + 2 H + 2 e H O E = +0,70 V
Ponieważ proces na lewo od H2O2 posiada wartość
potencjału standardowego wyższą, a proces na lewo
niższą wartość potencjału standardowego, to można
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
173
przewidzieć, że może dojść do reakcji
dysproporcjonowania, która ma postać:
o
2 2 2 2 2 H O 2 H O + O E = +1,06 V
***
Źródła literaturowe:
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 2006, str. 387 - 394.
D. Shriver, P. Atkins, Shriver and Atkins Inorganic Chemistry,
W.H. Freeman and Company, 2006, p. 162 – 167.
J. M. Martinez de llarduya, F. Villafane, A Warning for Frost
diagrams users, Journal of chemical education, 1994, 71(6),
480.
H. Freiser, Enhanced Latimer potential diagrams via
spreadsheets, Journal of Chemical Education, 1994, 71(9),
786.
A. Friedel, R. Murray, Using oxidation state diagrams to teach
Thermodynamics and Inorganic Chemistry, Journal of
Chemical Education, 1977, 54.8: 485.D. Smith, Stability index
diagrams: Pictorial representations of the relative stabilities of
oxidation states for metallic elements, Journal of Chemical
Education, 1996, 73(11), 1099.
L. Sillen, Redox diagrams, Journal of Chemical Education,
1952, 29(12), 600.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
174
J. Schüring, H. D. Schulz, W. R. Fischer, J. Böttcher, W. H.
Duijnisveld, (Eds.). Redox: fundamentals, processes and
applications, Springer Science & Business Media, 2013.
T. Wong, The oxidation state diagram—a potential tool for
studying redox chemistry in seawater, Marine Chemistry, 1980,
9(1), 1 - 12.
A. K. Bobbie, Emf, Free Energy, pH, and Graphical
Representation, Report submitted to April 2002 Academy of
Science Meeting, Rapid City, SD, 2002.
A. M. Michałowska-Kaczmarczyk, M. Toporek, T. Michałowski,
Speciation Diagrams in Dynamic Iodide+ Dichromate System,
Electrochimica Acta, 2015, 155, 217 - 227.
M. E. Mannard, Magnesium and Copper (II) Chloride:
A Curious Redox Reaction (Doctoral dissertation, Indiana
University of Pennsylvania) 2013.
P. Delahay, Potential-pH diagrams, Journal of Chemical
Education, 1950, 27(12), 683.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
175
Reakcje utlenienia-redukcji w chemii koordynacyjnej
Rozważania dotyczące stopnia utlenienia w chemii
koordynacyjnej należy rozpocząć od krótkiego
przypomnienia, czym jest chemia koordynacyjna oraz jak
zbudowane są związki koordynacyjne.
Związek koordynacyjny, inaczej związek kompleksowy
lub po prostu kompleks trudno jest jednoznacznie
zdefiniować. Jednakże różne źródła literaturowe podają
podobną definicję:
„Jednostka koordynacyjna lub kompleks jest to zespół
co najmniej jednego atomu centralnego otoczonego przez
bezpośrednio z nim związane atomy lub grupy atomów
zwane ligandami.”
M. Cieślak-Golonka, J. Starosta, M. Wasielewski,
Wstęp do Chemii Koordynacyjnej,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010, str. 9.
75
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
176
„związki kompleksowe (kompleksy, związki
koordynacyjne) – związki chemiczne, których cząsteczki
składają się z kilku atomów, jonów lub cząsteczek
otaczających jeden jon lub atom. Atom lub jon
przyłączający (koordynujący) cząsteczki nosi nazwę jonu
lub atomu centralnego, a cząsteczki lub jony związane
z nim → wiązaniem koordynacyjnym noszą nazwę
ligandów. Liczba atomów bezpośrednio związanych
z atomem centralnym nosi nazwę liczby koordynacyjnej.”
P. Chmielewski, A. Jezierski,
Chemia – słownik encyklopedyczny,
Wydawnictwo Europa, 2001, str. 622.
„związek kompleksowy, związek koordynacyjny,
związek chemiczny, w którym występuje atom (częściej
metalu niż niemetalu), zwany atomem centralnym,
połączony z jonami lub cząsteczkami obojętnymi zwanymi
ligandami, a liczba tych ligandów jest większa od
wartościowości atomu centralnego (w większości
przypadków). Atom centralny wraz z przyłączonymi
ligandami zwany jest kompleksem (…)”
P. Kozyra (red.),
Chemia – słownik szkolny,
Zielona Sowa, 2004, str. 421.
„związki koordynacyjne [łac. coordinatio = uporządko-
wanie, uzgodnienie], związki kompleksowe, potocznie:
kompleksy, połączenia chem., w cząsteczkach których
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
177
można wyróżnić atom albo jon centralny otoczony kilkoma
anionami lub obojętnymi cząsteczkami, zw. ligandami
(…)”
Praca zbiorowa,
Encyklopedia szkolna - chemia, WSiP, 2001, str. 699.
W związku z tym chemia koordynacyjna jest to
dział chemii, który obejmuje badania struktury,
właściwości fizycznych i chemicznych oraz
zastosowania związków kompleksowych. Chemię
koordynacyjną uważa się, jako część chemii
nieorganicznej z uwagi na obecność jonów metali
w związkach koordynacyjnych. Badaniami struktury
związków kompleksowych, które występują
w organizmach żywych, zajmuje się chemia
bionieorganiczna, wchodząca w skład chemii
koordynacyjnej.
Zapisując wzór związku kompleksowego należy
przestrzegać pewnych zasad:
Bez względu na to, czy kompleks jest
cząsteczką, czy jonem, wzór należy ująć
w nawias kwadratowy (np. [PtBr2(NH3)2]);
W prawym górnym rogu za nawiasem
kwadratowym należy zapisać ładunek jonu
kompleksowego (np. [Al(OH)(H2O)5]2+);
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
178
Tak jak w przypadku soli prostych należy
najpierw zapisać kation, a następnie anion
(np. K[Au(OH)4], [Co(NH3)6]Cl3);
W przypadku ligandów wieloatomowych
należy ująć je w nawias okrągły (np. (NH3),
(H2O));
Układając wzór związku koordynacyjnego
należy najpierw zapisać symbol atomu
centralnego, a następnie wzory ligandów
anionowych i na końcu wzory ligandów
obojętnych;
Ligandy należy ułożyć w kolejności
alfabetycznej pierwszych symboli wzorów (np.
mając ligandy NH3, OH-, H2O, Cl-, NO3-
zgodnie z regułą napisaną wcześniej
o kolejności ligandów anionowych i obojętnych
oraz z regułą dotyczącą kolejności
alfabetycznej, prawidłowo ułożona kolejność
ligandów we wzorze będzie następująca: Cl-,
NO3-, OH-, H2O, NH3);
W przypadku, gdy wzory ligandów mają taką
samą pierwszą literę, wówczas należy ligand
o mniejszym indeksie stechiometrycznym
wymienić jako pierwszy (np. najpierw zapisać
NO2, a później N2O4) lub gdy różnią się
następnym symbolem we wzorze, zastosować
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
179
regułę o kolejności alfabetycznej drugich
symboli (np. najpierw zapisać NH2-, a później
NO2-);
W przypadku ligandów mostkowych, jak np.
etylenodiamina (skrót - en), należy wymienić
je na samym końcu wzoru związku
kompleksowego; gdy jest więcej niż jeden taki
ligand, wówczas należy uwzględnić krotność
mostka i zapisać w kolejności od najmniejszej
do największej krotności;
W przypadku, gdy w związku kompleksowym
obecnych jest kilka różnych ligandów,
wówczas należy oddzielić je od siebie za
pomocą okrągłych nawiasów (np. oznaczenie
(N2) dotyczy jednego liganda będącego
cząsteczką diazotu, z kolei zapis (N)2 dotyczy
dwóch ligandów N0).
Przy nazywaniu związków kompleksowych należy również przestrzegać pewnych reguł.
Nazwa jednostki koordynacyjnej stanowi jeden
wyraz (np. [CoCl3(NH3)3] będzie miał nazwę
triaminatrichlorokobalt(III));
Nazywając wzory należy najpierw wymienić
ligandy w kolejności alfabetycznej ich nazw,
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
180
a na końcu nazwę atomu centralnego wraz ze
stopniem utlenienia;
Kolejność alfabetyczna ligandów nie
uwzględnia przedrostków dotyczących ich
liczebność jak np. bi, tri, tetra (np. najpierw
należy wymienić ligand tetraamina, a dopiero
póżniej bihydrokso – „a” od amina jest
w kolejności alfabetycznej przed „h” od
hydrokso);
Liczbę poszczególnych ligandów należy
podać przed nazwą, wykorzystując
przedrostki: -bi, -tri, -tetra, -penta, -heksa itd.,
które odpowiednio oznaczają 1,2,3,4,5,6;
przedrostek pisany jest łącznie z nazwą
liganda;
W przypadku, gdy kompleks jest kationem,
wówczas na końcu należy podać nazwę
pierwiastka (atomu centralnego) użytą
w dopełniaczu (np. dla [Ni(H2O)6]2+ nazwa
będzie następująca - jon heksaakwaniklu(II));
W przypadku, gdy kompleks jest obojętny,
wówczas nazwę pierwiastka na końcu należy
pozostawić niezmienioną (np. dla
[CoBr3(NH3)3] nazwa będzie następująca -
triaminatribromokobalt(III));
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
181
W przypadku, gdy kompleks jest anionem,
wówczas na końcu należy podać
przymiotnikową nazwę pierwiastka wraz
z końcówką –an lub –ian (np. dla K4[Fe(CN)6]
nazwa będzie następująca –
heksacyjanożelazian(II) potasu);
W związkach kompleksowych, podobnie jak
w solach prostych występuje anion
kompleksowy albo kation kompleksowy albo
jednocześnie obydwa (np. Na3[Al(OH)6],
[Al(H2O)6]Cl3 oraz [Cr(en)3][Fe(CN)6]).
W poniższej tabeli zebrano kilka wzorów
najważniejszych ligandów anionowych i obojętnych wraz
z ich nazwami (nazwy ligandów anionowych posiadają
w nazwie końcówkę „-o”, nazwy ligandów obojętnych
pozostają bez zmian).
Wzór
ligandu
anionowego
Nazwa
ligandu
anionowego
F- fluoro
Cl- chloro
Br- bromo
I- jodo
CN- cyjano
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
182
OH- hydrokso
SO42- siarczano(VI)
SO32- siarczano(IV)
S2O32- tiosiarczano(VI)
S2- tio
SCN- tiocyjaniano-S
NCS- tiocyjaniano-N
O2- okso
O22- perokso
H- hydrydo
CH3- metylo
wzór
ligandu
obojętnego
nazwa
ligandu
obojętnego
H2O akwa
NH3 amina
CO karbonyl
NO nitrozyl
en etylenodiamina
py pirydyna
pz pirazyna
C2H4 etylen
N2 diazot
bpy 2,2’-pipirydyna
phen 1,10-fenantrolina
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
183
C6H6 benzen
PPh3 trifenylofosfina
Tak jak wspomniano w regułach nazywania
związków kompleksowych, należy podać stopień
utlenienia atomu (jonu) centralnego, który jest równy
ładunkowi całego kompleksu, pomniejszonemu o sumę
ładunków ligandów. W tym celu stosuje się różne
systemy:
System Stocka – używany wówczas, gdy
jednoznacznie można zdefiniować stopień
utlenienia atomu centralnego; na końcu nazwy
związku kompleksowego, bez odstępu, zapisuje
się w nawiasie okrągłym cyfrą rzymską stopień
utlenienia (przy wartościach ujemnych należy
zaznaczyć znak „-” przed cyfrą rzymską, z kolei
przy wartościach dodatnich znak „+” jest
pomijany, stopień utlenienia równy zero zapisuje
się jako 0); w przypadku niektórych metali, które
w kompleksach przyjmują tylko jeden stopień
utlenienia wartość tą pomija się (dla metali: Li(I),
Na(I), K(I), Be(II), Mg(II), B(III), Al(III), Si(IV),
Zn(II));
System Ewansa-Basseta – używany do
wskazania ładunku całego jonu kompleksowego;
liczbę ładunku zapisuje się przy użyciu cyfr
arabskich, po której wstawia się znak „+” lub „-” i
całość ujmuje się w nawias okrągły (np. dla
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
184
[Cu(H2O)4]2+ nazwa będzie następująca – jon
tetraakwamiedzi(2+).
Znając podstawowe zasady zapisywania wzorów
związków kompleksowych i zasady ich nazewnictwa
można przystąpić do rozważań na temat reakcji
utlenienia i redukcji związków kompleksowych.
W przypadku tej grupy związków rozróżnia się dwa
mechanizmy procesów utlenienia-redukcji:
1) mechanizm zewnętrznosferowy, w którym
przeniesienie elektronu zachodzi bez zmiany
sfery koordynacyjnej jonu metalu;
2) mechanizm wewnętrznosferowy, w którym
następuje zmiana sfery koordynacyjnej
reagentów, a wymianie elektronu towarzyszy
reorganizacja atomów w substratach.
Mechanizm zewnętrznosferowy zachodzi wówczas,
gdy przeniesienie elektronu jest dużo szybsze niż
zmiana sfery koordynacyjnej; bardziej prawdopodobny
jest mechanizm wewnętrznosferowy wówczas, gdy
występują niewielkie różnice w szybkości przeniesienia
elektronu i zmiany sfery koordynacyjnej.
W mechanizmie tym warunkiem przeniesienia elektronu
jest możliwość utworzenia produktu przejściowego,
który zawiera oba jony centralne i jest połączony
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
185
ligandem mostkującym (reagenty muszą posiadać co
najmniej jeden ligand, który może utworzyć mostek np.
jon halogenowy). Dwurdzeniowy kompleks przejściowy
musi posiadać co najmniej jeden ligand labilny, który
zostanie podstawiony ligandem mostkującym. Według
opisanego mechanizmu wewnętrznosferowego
zachodzi reakcja, która została zbadana przez
Taubego:
[CoCl(NH3)5]2+ + [Cr(H2O)6]
2+ + 5H3O+
[Co(H2O)6]2+ + [CrCl(H2O)5]
2+ + 5NH4+
W reakcji tej następuje zmiana stopnia utlenienia
metali Co(III) ulega redukcji do Co(II), a Cr(II) ulega utlenieniu do Cr(III) i dochodzi do całkowitej przebudowy sfery koordynacyjnej jonów. Warunkiem przeniesienia elektronu z Cr(II) do Co(III) jest utworzenie przejściowego dwurdzeniowego jonu kompleksowego, którym w tym przypadku jest [Co(NH3)5ClCr(H2O)5]
4+, a ligandem mostkującym jest Cl-.
[CoIII(NH3)5ClCrII(H2O)5]
4+ [CoII(NH3)5ClCrIII(H2O)5]
4+
Podsumowując, aby możliwe było zajście
mechanizmu wewnętrznosferowego w reagentach musi
występować: ligand mający zdolności mostkujące,
ligand labilny oraz przynajmniej jeden jon metalu,
towrzący formy inertne zarówno w produktach, jak
i substratach.
Istnieją również reakcje utlenienia-redukcji
w związkach kompleksowych, w których następuje
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
186
zmiana stopnia utlenienia jonu metalu o więcej niż
jedną jednostkę, jednakże takie przypadki występują
stosunkowo rzadko.
Źródła literaturowe:
J. P. Collman, M. Kubota, J. W. Hosking, Metal ion facilitation
of atom-transfer oxidation-reduction reactions, Journal of the
American Chemical Society, 1967, 89(18), 4809 - 4811.
J. F. Endicott, H. Taube, Studies on oxidation-reduction
reactions of ruthenium ammines, Inorganic Chemistry, 1965,
4(4), 437 - 445.
M. Cieślak-Golonka, J. Starosta, M. Wasilewski, Wstęp do
Chemii Koordynacyjnej, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010,
str. 212 - 215.
M. Wilke, F. Farges, P. E. Petit, G. E. Brown, F. Martin,
Oxidation state and coordination of Fe in minerals: An Fe K-
XANES spectroscopic study, American Mineralogist, 2001,
86(5-6), 714 - 730.
G. J. Palenik, Bond Valence Sums in Coordination Chemistry
Using Oxidation State Independent R 0 Values. A Simple
Method for Calculating the Oxidation State of Manganese in
Complexes Containing Only Mn-O Bonds, Inorganic
Chemistry, 1997, 36(21), 4888 - 4890.
R. M. Wood, G. J. Palenik, Bond valence sums in coordination
chemistry. A simple method for calculating the oxidation state
of cobalt in complexes containing only Co-O bonds, Inorganic
Chemistry, 1998, 37(16), 4149 - 4151.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
187
T. Moeller, D. F. Martin, L. C. Thompson, R. Ferrús, G. R.
Feistel, W. J. Randall, The coordination chemistry of yttrium
and the rare earth metal ions, Chemical Reviews, 1965, 65(1),
1 - 50.
F. Basolo, R. C. Johnson, Coordination Chemistry, Science
Reviews. 1986.
D. M. Heinekey, W. J. Oldham Jr, Coordination chemistry of
dihydrogen, Chemical Reviews, 1993, 93(3), 913 - 926.
D. Hagrman, C. Sangregorio, C. J. O’Connor, J. Zubieta, Solid
state coordination chemistry: two-dimensional oxides
constructed from polyoxomolybdate clusters and copper–
organoamine subunits, Journal of the Chemical Society,
Dalton Transactions, 1998, 22, 3707 - 3710.
A. A. Vlcek, Ligand based redox series, Coordination
Chemistry Reviews, 1982, 43, 39 - 62.
S. Dhungana, A. L. Crumbliss, Coordination chemistry and
redox processes in siderophore-mediated iron transport,
Geomicrobiology Journal, 2005, 22(3-4), 87 - 98.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
188
Wybrane reakcje utlenienia-redukcji z udziałem związków nieorganicznych
8.1. Reakcje utlenienia-redukcji, w których stopień utlenienia zmieniają trzy atomy różnych pierwiastków
Jeżeli w cząsteczce związku chemicznego lub w jonie
złożonym dwa różne pierwiastki ulegają reakcjom
z przeniesieniem elektronu, to zmianę liczby elektronów
spowodowaną tymi procesami należy rozpatrywać łącznie
w przeliczeniu na 1 mol związku, którego dotyczą te
procesy. Ponadto, podczas obliczania liczby
wymienianych elektronów trzeba pamiętać
o uwzględnieniu stechiometrii związku. Poniżej
zestawiono wybrane reakcje utlenienia-redukcji z udziałem
związków nieorganicznych, w których stopień utlenienia
zmieniają trzy atomy różnych pierwiastków.
8
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
189
Przykład 1.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
190
bilans elektronowy:
utlenianie: I II
2Cu 2Cu + 2 e |·3 ⇒ I II
6Cu 6Cu + 6 e
utlenianie: 0-II
S S + 2 e |·3 ⇒ 0-II
3S 3S + 6 e
redukcja: V III
-N + 3 e N |·4 ⇒ V III
-4 N + 12 e 4 N
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
191
Przykład 2.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
192
bilans elektronowy:
utlenianie: III V
2As 2As + 2 2 e |·5 ⇒ III V
10As 10As + 20 e
utlenianie: -II VI
3S 3S + 24 e |·5 ⇒-II VI
15S 15S + 120 e
redukcja: VII II
-Mn + 5 e Mn |·28 ⇒ VII II
-28Mn + 140 e 28Mn
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
193
Przykład 3.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
194
bilans elektronowy:
utlenianie: III V
2As 2As + 2 2 e |·3 ⇒ III V
6As 6As + 12 e
utlenianie: -II VI
3S 3S + 24 e |·3 ⇒-II VI
9S 9S + 72 e
redukcja: V II
-N + 3 e N |·28 ⇒V II
-28N + 84 e 28N
uzgodnione równanie reakcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
195
*****
Przykład 4.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
196
bilans elektronowy:
utlenianie: 0 IV
-C C+ 4 e |·3 ⇒0 IV
-3C 3C+ 12 e
redukcja: V 0
-2N + 10 e 2N |·1 ⇒V 0
-2N + 10 e 2N
redukcja: 0 -II
-S + 2 e S |·1 ⇒0 -II
-S + 2 e S
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
197
Przykład 5.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
198
bilans elektronowy:
utlenianie: II III
-2Fe 2Fe + 2 e |·2 ⇒II III
-4Fe 4Fe + 4 e
utlenianie: III VI
-4Cr 4Cr+ 12 e |·2 ⇒III VI
-8Cr 8Cr+ 24 e
redukcja: 0 -II
-2O + 4 e 2O |·7 ⇒0 -II
-14O + 28 e 14O
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
199
Przykład 6.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
200
bilans elektronowy:
utlenianie: II III
-2Fe 2Fe + 2 e |·1 ⇒II III
-2Fe 2Fe + 2 e
utlenianie: -I VI
-4S 4S+ 28 e |·1 ⇒-I VI
-4S 4S+ 28 e
redukcja: -I -II
-2O + 2 e 2O |·15 ⇒-I -II
-30O + 30 e 30O
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
201
Przykład 7.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
202
bilans elektronowy:
utlenianie: 0 V
-2P 2P + 10 e |·3 ⇒0 V
-6P 6P + 30 e
utlenianie: 0 IV
-S S + 4 e |·3 ⇒0 IV
-3S 3S + 12 e
redukcja: V -I
-Cl + 6 e Cl |·7 ⇒ V -I
-7Cl + 42 e 7Cl
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
203
8.2. Reakcje utlenienia-redukcji, w których stopień utlenienia zmieniają cztery atomy różnych pierwiastków
Reakcje utlenienia-redukcji, w których stopień utlenienia zmieniają cztery atomy różnych
pierwiastków, nie należą wcale do rzadkości w chemii nieorganicznej. Poniżej zestawiono
wybrane przykłady tego typu reakcji utlenienia-redukcji.
Przykład 1.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
204
bilans elektronowy:
utlenianie: III IV
-2Ce 2 Ce + 2e |·11 ⇒III IV
-22Ce 22 Ce + 22e
redukcja: II I
-2Hg + 2e 2Hg |·1 ⇒ II I
-2Hg + 2e 2Hg
redukcja: V -III
-2N + 16e 2N |·1 ⇒ V -III
-2N + 16e 2N
redukcja: IV II
-2C + 4e 2C |·1 ⇒ IV II
-2C + 4e 2C
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
205
Przykład 2.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
206
bilans elektronowy:
utlenianie: II III
-Cr Cr + 1e |·1 ⇒ II III
-Cr Cr + 1e
utlenianie: -III V
-6N 6N + 48 e |·1 ⇒ -III V
-6N 6N + 48 e
utlenianie: -II VI
-6S 6S + 48 e |·1 ⇒-II VI
-6S 6S + 48 e
redukcja: IV III
-Ce + 1e Ce |·97 ⇒IV III
-97Ce + 97e 97Ce
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
207
Przykład 3.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
208
bilans elektronowy:
utlenianie: II III
-Fe Fe + 1e |·5 ⇒ II III
-5Fe 5Fe + 5e
utlenianie: -III V
-6N 6N + 48 e |·5 ⇒ -III V
-30N 30N + 240 e
utlenianie: II IV
-6C 6C + 12 e |·5 ⇒II IV
-30C 30C + 60 e
redukcja: VII II
-Mn + 5e Mn |·61 ⇒VII II
-61 Mn + 305e 61 Mn
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
209
Przykład 4.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
210
bilans elektronowy:
utlenianie: II III
-Fe Fe + 1e |·1 ⇒II III
-Fe Fe + 1e
utlenianie: -III V
-6N 6N + 48 e |·1 ⇒ -III V
-6N 6N + 48 e
utlenianie: II IV
-6C 6C + 12 e |·5 ⇒II IV
-30C 30C + 60 e
redukcja: IV III
-Ce + 1e Ce |·61 ⇒IV III
-61Ce + 61e 61Ce
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
211
8.3. Reakcje utlenienia-redukcji, w których udział biorą reagenty posiadające różne wartości stopnia utlenienia atomów tego samego pierwiastka
Reakcje tego typu zazwyczaj dotyczą substancji posiadających „skomplikowane” wzory,
takie jak np. tlenki mieszane – Pb3O4, Fe3O4. W takich przypadkach można zastosować
pojęcie tzw. grupy utlenienia lub „rozbić” równanie reakcji utlenienia - redukcji na dwa
procesy uwzględniające atomy danego pierwiastka na dwóch różnych stopniach utlenienia.
Poniżej zestawiono wybrane reakcje utlenienia - redukcji z udziałem związków
nieorganicznych, które posiadają różne wartości stopnia utlenienia atomów tego samego
pierwiastka.
Przykład 1.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
212
bilans elektronowy:
utlenianie: II VII
-Mn Mn + 5e |·2 ⇒ II VII
-2Mn 2Mn + 10e
redukcja: II
VIII - VI(3Pb) + 2e (3Pb) |·5 ⇒
⇒ II
VIII - VI5(3Pb) + 10e 5(3Pb)
uzgodnione równanie reakcji:
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
213
*****
Przykład 2.
równanie reakcji z przypisanymi stopniami utlenienia atomów, które zmieniają swój
stopień utlenienia w toku reakcji utlenienia-redukcji:
bilans elektronowy:
utlenianie: II IV
-C C + 2e |·4 ⇒ II IV
-4C 4C + 8e
redukcja: II 0
-Fe + 2e Fe |·1 ⇒II 0
-Fe + 2e Fe
redukcja: III 0
-2Fe + 6e 2Fe |·1 ⇒ III 0
-2Fe + 6e 2Fe
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
214
uzgodnione równanie reakcji:
*****
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
215
Źródła literaturowe:
A. Persona, Chemia w testach, t.1, WSiP, 1998, str. 141.
L. Chmurzyński, E. Gleich, H. Myszka, M. Nasterowicz,
K. Smietana, T. Widernik, Obliczenia z chemii ogólnej,
Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego, 2013, str. 85 – 100.
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007.
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006.
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.2.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006.
L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, t.1, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 1994.
L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, t.2, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 1994.
P. Atkins, Shriver and Atkins' inorganic chemistry, Oxford
University Press, 2010.
L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014.
A. F., Cotton, G., Wilkinson, M., Bochmann, C. A. Murillo,
Advanced Inorganic Chemistry. Wiley, 1999.
J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, O. K. Medhi, Inorganic
chemistry: principles of structure and reactivity, Pearson
Education India, 2006.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
216
Stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych
Pierwiastek Symbol Stopień utlenienia
Aktyn Ac III
Ameryk Am III
Antymon Sb III, V
Argon Ar -
Arsen As III, V
Astat At VII, I, V
Azot N III, V
Bar Ba II
Berkel Bk III
Beryl Be II
Bizmut Bi -III, III
9
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
217
Bor B III
Brom Br I
Cer Ce III, IV
Cez Cs I
Chlor Cl I, VII
Chrom Cr III, IV
Cyna Sn IV
Cynk Zn II
Cyrkon Zr IV
Dysproz Dy III
Einstein Es III
Erb Er III
Europ Eu II, III
Ferm Fm III
Fluor F I
Fosfor P III, V
Frans Fr I
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
218
Gadolin Gd III
Gal Ga III
German Ge IV
Glin Al III
Hafn Hf V
Hel He -
Holm Ho III
Ind In III
Iryd Ir III, IV
Iterb Yb III
Itr Y III
Jod I I
Kadm Cd II
Kaliforn Cf III
Kiur Cm III
Kobalt Co II
Krypton Kr II
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
219
Krzem Si IV
Ksenon Xe VI
Lantan La III
Lorens Lr III
Lit Li I
Lutet Lu III
Magnez Mg II
Mangan Mn II, VII
Mendelejew Md III
Miedź Cu II
Molibden Mo VI
Neodym Nd III
Neon Ne -
Neptun Np V
Nikiel Ni II
Niob Nb V
Nobel No II
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
220
Ołów Pb II, IV
Osm Os VI, VIII
Pallad Pd II
Platyna Pt II, IV
Pluton Pu IV
Polon Po II, IV
Potas K I
Prazeodym Pr III
Promet Pm III
Proaktyn Pa V
Rad Ra II
Radon Rn II
Ren Re IV, VII
Rod Rh III
Rtęć Hg II
Rubid Rb I
Ruten Ru IV
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
221
Samar Sm II, III
Selen Se -II, VI
Siarka S -II, VI
Skand Sc III
Sód Na I
Srebro Ag I
Stront Sr II
Tal Tl II
Tantal Ta V
Technet Tc IV, VII
Tellur Te -II, VI
Terb Tb III
Tlen O -II
Tor Th IV
Tul Tm III
Titan Ti IV
Uran U VI
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
222
Wanad V V
Wapń Ca II
Węgiel C -IV, IV
Wodór H I
Wolfram W VI
Złoto Au III
Żelazo Fe II, III
Źródła literaturowe:
P. Atkins, Shriver and Atkins' inorganic chemistry, Oxford
University Press, 2010.
J. Pajdowski, Chemia ogólna, Wydawnictwo Naukowe PWN,
1993, str. 105.
L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, t.1, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 1994, str. 68.
Praca zbiorowa, Encyklopedia szkolna - chemia, WSiP, 2001,
str. 635.
P. Kozyra (red.), Chemia – słownik szkolny, Zielona Sowa,
2004, str. 376.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
223
K. – H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger,
Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe
PWN, 2007, str. 151 - 152.
A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, t.1.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, str. 369.
L. Pauling, P. Pauling, Chemia, Wydawnictwo Naukowe PWN,
1983, str. 165.
P. W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1999, str. 593 - 594.
A. McNaught i inni, IUPAC. Compendium of Chemical
Terminology, Blackwell Scientific Publications: Oxford, 1997,
http://goldbook.iupac.org.
V. Gupta, et. al., Assigning Oxidation States to Organic
Compounds via Predictions from X-ray Photoelectron
Spectroscopy: A Discussion of Approaches and Recommended
Improvements, Journal of Chemical Education, 2013, 91(2),
232 - 238.
H. Loock, Expanded definition of the oxidation state, Journal of
Chemical Education, 2010, 88 (3), 282 - 283.
C. JØrgensen, Oxidation numbers and oxidation states,
Springer Science & Business Media, 2012, 112 - 113.
G. Calzaferri, Oxidation numbers, Journal of Chemical
Education, 1999, 76(3), 362 – 363.
W. Jensen, Oxidation States versus Oxidation Numbers,
Journal of Chemical Education, 2011, 88(12), 1599 - 1600.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
224
G. Parkin, Valence, Oxidation number, and formal charge: three
related but fundamentally different concepts, Journal of
Chemical Education, 2006, 83(5),791 – 799.
W. Jensen, The origin of the oxidation-state concept, Journal of
Chemical Education, 2007, 84 (9), 1418 – 1419.
J. Packer, S. Woodgate, Lewis structures, formal charge, and
oxidation numbers: A more user-friendly approach, Journal of
Chemical Education, 1991, 68(6), 456 – 458.
T. P. Silverstein, Oxidation and Reduction: Too Many
Definitions?, Journal of Chemical Education, 2010, 88(3), 279 -
281.
A. Woolf, Oxidation numbers and their limitations, Journal of
Chemical Education, 1988, 65(1), 45 – 46.
S. Kettle, Fizyczna chemia nieorganiczna, Wydawnictwo
Naukowe PWN, 1999, str. 19.
L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna – cząsteczki, materia,
reakcje, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014, str. 120, 345, 338
i 360.
P. Chmielewski, A. Jezierski, Chemia – słownik
encyklopedyczny, Wydawnictwo Europa, 2001, str. 578.
L. F. Druding, J. D. Corbett, Lower Oxidation States of the
Lanthanides. Neodymium (II) Chloride and Iodide1, Journal of
the American Chemical Society, 1961, 83(11), 2462 - 2467.
W. Mizerski, P. Bernatowicz, Tablice chemiczne, Wydawnictwo
Adamantan, 1997.
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
225
Bibliografia
10
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
226
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
227
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
228
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
229
‐
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
230
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
231
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
232
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
233
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
234
‐
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
235
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
236
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
237
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
238
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
239
‐
A. Jurowska, K. Jurowski, K. Roztocki, M. Krzeczkowska, ISBN 978-83-65279-00-2, Scientiae et Didactics, 2015
240
Wydawnictwo Scientiae et Didactics przekazuje Czytelnikom pierwszą w Polsce monografię, w której przedstawiono dogłębny opis różnorodnych zagadnień związanych z stopnia utlenienia oraz reakcji utlenienia-redukcji w odniesieniu do chemii nieorganicznej. Monografia ta została napisana przez doświadczonych dydaktyków-naukowców z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.
Pozycja ta może być przydatna dla studentów pierwszych lat studiów wydziałów chemicznych uniwersytetów oraz politechnik na kierunkach chemicznych, a także na kierunkach pokrewnych- ochrona środowiska, zaawansowane materiały i nanotechnologia oraz inne.
ISBN
978-83-65279-00-2
www.scientiaeetdidactics.wordpress.com
Od wydawnictwa
Od recenzenta
dr hab. Anna Ścisłowska-Czarnecka