redoxreaktioner

Kemi

2022

Vi forklarer, hvad redoxreaktioner er, hvilke typer der findes, deres anvendelser, karakteristika og eksempler på redoxreaktioner.

I redoxreaktioner mister et molekyle elektroner, og et andet tager dem.

Hvad er redoxreaktioner?

I kemi, er kendt som redoxreaktioner, oxid-reduktionsreaktioner eller reduktion-oxidationsreaktioner til kemiske reaktioner, hvor en udveksling af elektroner mellem atomerne el molekyler involveret.

Denne udveksling afspejles i tilstandsændringen af oxidation af reagenserne. Reaktanten, der afgiver elektroner, gennemgår oxidation, og den, der modtager dem, reduktion.

Oxidationstilstanden angiver mængden af ​​elektroner, som et atom i et kemisk grundstof afgiver eller accepterer, når det er en del af en kemisk reaktion. Det kan også tolkes som det formodede elektrisk ladning som et bestemt atom ville have, hvis alle dets bindinger med andre atomer var fuldstændig ioniske. Kaldes også for oxidationstallet eller Valencia.

Oxidationstilstanden udtrykkes i heltal, der er nul oxidationstilstanden for neutrale grundstoffer. Således kan det tage positive eller negative værdier afhængigt af typen af ​​atom og reaktionen, hvor det deltager. På den anden side nogle atomer De har variable oxidationstilstande afhængigt af den reaktion, de er involveret i.

Vide, hvordan man korrekt bestemmer tilstanden eller oxidationstallet for hvert atom i a kemisk forbindelse Det er vigtigt at forstå og analysere redoxreaktioner. Der er visse regler, der giver dig mulighed for at beregne deres værdier:

  • Oxidationstallet for neutrale grundstoffer eller molekyler er nul. For eksempel: faste metaller (Fe, Cu, Zn...), molekyler (O2, N2, F2).
  • Det ioner forbindelser af et enkelt atom har deres oxidationstal lig med deres ladning. For eksempel: Na +, Li +, Ca2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cl–.
  • Fluor har altid en -1 oxidationstilstand, fordi det er det mest elektronegative grundstof, der findes (F–).
  • Brint har altid oxidationstal +1 (H +), med undtagelse af metalhydrider (kaliumhydrid, KH), hvor det har oxidationstal -1 (H–).
  • Oxygen har oxidationsnummer -2, med nogle få undtagelser:
    • Når det danner forbindelser med fluor, har det et oxidationstal på 2+. For eksempel: oxygendifluorid (OF2).
    • Når det danner peroxider, har det oxidationstal -1 (O22-). For eksempel: hydrogenperoxid (H2O2), natriumperoxid (Na2O2).
    • Når det danner superoxider, har det oxidationstallet -½ (O2–). For eksempel: kaliumsuperoxid (KO2).
  • Den algebraiske sum af oxidationstallene for de atomer, der udgør en neutral forbindelse, er nul.
  • Den algebraiske sum af oxidationstallene for de atomer, der udgør en polyatomisk ion, er lig med ladningen på ionen. For eksempel: sulfatanionen (SO42-) har oxidationstal -2, som er lig med summen af ​​oxidationstallene for svovl og oxygen, hver ganget med mængden af ​​hvert atom i forbindelsen, i dette tilfælde har den en svovlatom og fire oxygenatomer.
  • Oxidationstallene for nogle kemiske grundstoffer de kan variere afhængigt af den neutrale forbindelse eller ion, som de er en del af. Derefter er det muligt at beregne oxidationstallet for et atom i en forbindelse som følger:

Hvor ingen() betyder oxidationstal, og det kemiske grundstof findes inden for parentesen.

På denne måde er der i hver redoxreaktion to typer reaktanter, en der afgiver elektroner og den anden der accepterer dem:

  • Et oxidationsmiddel. Det er atomet, der fanger elektronerne. I denne forstand falder dens indledende oxidationstilstand, og der opleves en reduktion. På denne måde øger den sin negative elektriske ladning ved at få elektroner.
  • Et reduktionsmiddel. Det er atomet, der afgiver elektronerne og øger dets indledende oxidationstilstand, undergår oxidation. På denne måde øger den sin positive elektriske ladning ved at afgive elektroner.

Nogle kemikalier kan oxideres og reduceres på samme tid. Disse elementer kaldes amfolytter, og processen, hvori dette sker, kaldes amfolisering.

Redoxreaktioner er en af ​​de mest almindelige kemiske reaktioner i univers, da de er en del af processerne af fotosyntese i planter og af vejrtrækning hos dyr, som tillader kontinuiteten af liv.

Karakteristika for redoxreaktioner

Redoxreaktioner er overalt omkring os på daglig basis. Oxidationen af metaller, det forbrænding af gas i køkkenet eller endda oxidation af glukose for at opnå ATP i vores krop er nogle eksempler.

I de fleste tilfælde frigiver redoxreaktioner en betydelig mængde af Energi.

Generelt består hver redoxreaktion af to trin eller halvreaktioner. I den ene af halvreaktionerne sker oxidation (reaktanten oxideres) og i den anden sker reduktion (reaktanten reduceres).

Den totale redoxreaktion, som opnås som et resultat af at kombinere alle halvreaktionerne algebraisk, kaldes ofte den "globale reaktion". Det er vigtigt at bemærke, at når semireaktioner kombineres algebraisk, skal både masse og ladning justeres. Det vil sige, at antallet af elektroner frigivet under oxidation skal være det samme som antallet af elektroner opnået under reduktion, og massen af ​​hver reaktant skal svare til massen af ​​hvert produkt.

For eksempel:

  • Reduktion halvreaktion. Reduktion af kobber ved at fange to elektroner. Nedsætter dets oxidationstilstand.
  • Oxidation semi-reaktion. Jernoxidation ved at miste to elektroner. Øger dets oxidationstilstand.

    Global reaktion:

Typer af redoxreaktioner

Forbrændingsreaktioner (redoxreaktioner) frigiver energi, der kan skabe bevægelse.

Der er forskellige typer redoxreaktioner, udstyret med forskellige egenskaber. De mest almindelige typer er:

  • Forbrænding. Forbrænding er redox-kemiske reaktioner, der frigiver en betydelig mængde energi i form af varme Y lys. Disse reaktioner er hurtige oxidationer, der afgiver en masse energi. Den frigjorte energi kan bruges på en kontrolleret måde til at generere bevægelse i bilmotorer. Et element kaldet oxidationsmiddel (som reduceres og oxideres til brændstoffet) og et brændstofelement (som oxideres og reduceres til oxidationsmidlet). Nogle eksempler på brændstoffer er benzin og den gas, som vi bruger i vores køkkener, mens det bedst kendte iltningsmiddel er gasformig oxygen (O2).
  • Oxidation af metaller. De er reaktioner langsommere end forbrænding. De beskrives almindeligvis som nedbrydning af visse materialer, især metalliske, ved påvirkning af ilt på dem. Det er et verdensomspændende kendt og dagligdags fænomen, især i kystpopulationer, hvor salte fra miljøet accelererer (katalyserer) reaktionen. Derfor skal en bil, efter at have kørt os til stranden, renses for alle spor af saltvand.
  • Disproportion. Også kendt som dismutationsreaktioner præsenterer de et enkelt reagens, der reduceres og oxideres på samme tid. Et typisk tilfælde af dette er nedbrydning af hydrogenperoxid (H2O2).
  • Simpel rulning. Også kaldet "simple substitutionsreaktioner", de opstår, når to grundstoffer udveksler deres respektive pladser i den samme forbindelse. Det vil sige, at et grundstof erstatter et andet på dets nøjagtige plads i formlen og balancerer deres respektive elektriske ladninger med andre atomer efter behov. Et eksempel er, hvad der sker, når et metal fortrænger brint i en syre, og der dannes salte, som det sker, når batterier af et apparat, der går i stykker.

Eksempler på redoxreaktioner

Eksempler på redoxreaktioner er meget rigelige. Vi vil forsøge at give et eksempel på hver af de tidligere beskrevne typer:

  • Forbrændingen af ​​oktan. Oktan er en kulbrinte komponent af benzin, der bruges til at drive motoren i vores biler. Når oktan reagerer med ilt, oxideres oktan og ilt reduceres, hvilket frigiver en stor mængde energi som følge af denne reaktion. Denne frigivne energi bruges til at generere arbejde i motoren og producerer også kuldioxid og vanddamp i processen. Ligningen der repræsenterer denne reaktion er:
  • Nedbrydning af hydrogenperoxid. Det er en dismutationsreaktion, hvor hydrogenperoxid nedbrydes til dets bestanddele, vand og ilt. I denne reaktion reduceres oxygen ved at reducere dets oxidationstal fra -1 (H2O2) til -2 (H2O), og det oxideres ved at øge dets oxidationstal fra -1 (H2O2) til 0 (O2).
  • Forskydning af sølv med kobber. Det er en reaktion af forskydning enkelt, hvor du kan se, hvordan du ved at nedsænke et fragment af metallisk kobber i en opløsning af sølvnitrat, farve af opløsningen bliver blå og et tyndt lag metallisk sølv aflejres på kobberfragmentet. I dette tilfælde omdannes en del af det metalliske kobber (Cu) til Cu2 + ionen, som en del af kobber (II) nitratet (Cu (NO3) 2), hvis opløsning har en smuk blå farve. Til gengæld omdannes en del af Ag + kationen, som er en del af sølvnitrat (AgNO3), til metallisk sølv (Ag), som aflejres.
  • Reaktion af zink med fortyndet saltsyre. Det er en simpel fortrængningsreaktion, hvor hydrogen i HCl (aq) fortrænges af zink for at danne et salt.
  • Jernoxidation. Metallisk jern oxiderer, når det kommer i kontakt med ilt fra luft. Dette ses i hverdagen, når jerngenstande danner et lag af brun rust, når de udsættes for luft i længere perioder. I denne reaktion omdannes metallisk jern (Fe), som har en oxidationstilstand på 0, til Fe3+, det vil sige, at dets oxidationstilstand stiger (det oxiderer). Af denne grund siges det intuitivt eller i daglig tale: jern ruster.

Industrielle applikationer

I kraftværker er redoxreaktioner i stand til at flytte store motorer.

De industrielle anvendelser af redoxreaktioner er uendelige. For eksempel er forbrændingsreaktioner ideelle til fremstilling job der tjener til at generere bevægelse i de store motorer, der bruges i kraftværker til at producere elektricitet.

Processen består af brænding fossile brændstoffer at få varme og producere vanddamp i en kedel, så bruges denne damp til at drive store motorer eller turbiner. På den anden side bruges forbrændingsreaktioner også til at drive motoren i motorkøretøjer, der bruger fossile brændstoffer, såsom vores biler.

På den anden side er substitutions- og forskydningsredoxreaktioner nyttige til at opnå visse grundstoffer i en renhedstilstand, som ikke ofte ses i natur. For eksempel er sølv meget reaktivt. Selvom det er sjældent at finde det rent i den mineralske undergrund, kan en høj grad af renhed opnås gennem en redoxreaktion. Det samme sker, når det kommer til at skaffe salte og andet forbindelser.

!-- GDPR -->