Κατανόηση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής και της αναγωγής οξείδωσης

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε τι είναι μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι, τα διάφορα μέρη μιας τέτοιας αντίδρασης, καθώς και ο τρόπος αναγνώρισης και εγγραφής αντιδράσεων οξειδοαναγωγής. Θα μάθετε επίσης τη διαφορά μεταξύ οξείδωσης και μείωση , και τον ορισμό της οξείδωσης.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Χημικές αντιδράσεις
• Τι είναι η Ηλεκτροχημεία;
• Ηλεκτροχημικά κύτταρα
• Τυπικές δυνατότητες μείωσης

Λεξιλόγιο

• Οξείδωση: ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου χάνονται ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια.
• Κατάσταση οξείδωσης / Αριθμός: ένας αριθμός που αποδίδεται σε ένα άτομο που περιγράφει τον βαθμό οξείδωσής του, δηλαδή πόσα ηλεκτρόνια έχει αποκτήσει ή χάσει.
• Μείωση: ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου αποκτώνται ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια.
• Αντίδραση οξείδωσης :μια χημική αντίδραση όπου η οξείδωση και η αναγωγή συμβαίνουν ταυτόχρονα

Τι είναι οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής;

Οξειδοαναγωγή είναι μια συντομογραφία για την αναγωγή-οξείδωση, που σημαίνει ότι μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι αυτή στην οποία λαμβάνει χώρα ταυτόχρονα μια αντίδραση αναγωγής και μια αντίδραση οξείδωσης. Είναι επίσης συντομογραφία για αντίδραση μείωσης οξείδωσης . Ας συζητήσουμε αυτά τα δύο συστατικά ξεχωριστά και, στη συνέχεια, ας κυκλώσουμε ξανά τον τρόπο με τον οποίο συνδυάζονται σε μια πλήρη αντίδραση οξειδοαναγωγής.

Μείωση:

Η αναγωγή συμβαίνει όταν ένα άτομο αποκτά ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός οξείδωσής του μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα ηλεκτρόνιο έχει αρνητικό φορτίο, επομένως όταν ένα άτομο αποκτά ένα ηλεκτρόνιο, αποκτά αρνητικό φορτίο, το οποίο μειώνει τον αριθμό οξείδωσης. Αυτό θα μπορούσε να μοιάζει με ένα άτομο που πηγαίνει από το X στο X ή το X στο X, για παράδειγμα. Αυτό μπορεί να μας βοηθήσει να θυμόμαστε τι είναι η μείωση, καθώς ο αριθμός οξείδωσης μειώνεται .

Σημείωση :το είδος που μειώνεται ονομάζεται οξειδωτικός παράγοντας. Αυτό μπορεί να είναι λίγο μπερδεμένο στην αρχή, αλλά να θυμάστε ότι ο οξειδωτικός παράγοντας είναι το είδος που προκαλεί την οξείδωση ενός άλλου—καθώς οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής συμβαίνουν σε ζεύγη αναγωγής και οξείδωσης, το είδος που προκαλεί την οξείδωση είναι αυτό που μειώνεται.

Ας δούμε μερικά παραδείγματα μείωσης μισών αντιδράσεων . Αυτές ονομάζονται ημι-αντιδράσεις επειδή αποτελούν το ήμισυ μιας πλήρους οξειδοαναγωγικής αντίδρασης:

Cu (aq) → Cu (s)

F₂ (g) → 2F (g)

Ορισμός οξείδωσης:

Υπάρχουν τρεις διαφορετικοί ορισμοί οξείδωσης . «Η διαδικασία ή το αποτέλεσμα της οξείδωσης ή της οξείδωσης», «το κέρδος οξυγόνου, όπως όταν ένα στοιχείο συνδυάζεται με το οξυγόνο για να σχηματίσει το οξείδιό του, όπως η σκουριά» και τέλος «η απώλεια ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης, η οποία έχει ως αποτέλεσμα ένα άτομο αυξάνοντας την οξειδωτική του κατάσταση». Ο τελευταίος ορισμός είναι αυτός που πρέπει να θυμάστε για τη χημεία.

Η οξείδωση συμβαίνει όταν ένα άτομο χάνει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης, που σημαίνει ότι ο αριθμός οξείδωσής του αυξάνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή το άτομο χάνει το αρνητικό φορτίο του ηλεκτρονίου, το οποίο είναι παρόμοιο με το να αποκτά θετικό φορτίο, αυξάνοντας τον αριθμό οξείδωσης. Αυτό θα μπορούσε να μοιάζει με ένα άτομο που πηγαίνει από το X στο X ή το X στο X, για παράδειγμα. Η φράση «οξείδωση» χρησιμοποιείται επειδή ιστορικά, οι πρώτες οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που παρατηρήθηκαν ήταν αυτές που περιελάμβαναν οξυγόνο. Εάν βοηθά, ωστόσο, μπορούμε να το σκεφτούμε ως οξείδωση επειδή ο αριθμός οξείδωσης αυξάνεται/γίνεται πιο θετικός.

Όταν χλωρίνη ή υπεροξείδιο του υδρογόνου γίνεται κάτι λευκό, λέμε ότι η ουσία οξειδώνεται. Το υποχλωριώδες ιόν στο λευκαντικό, ή το ιόν υπεροξειδίου, κερδίζει ηλεκτρόνια και η ουσία που γίνεται λευκή (από προεπιλογή ο αναγωγικός παράγοντας) χάνει ηλεκτρόνια.

Σημείωση :Ο αναγωγικός παράγοντας είναι το είδος που οξειδώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή ο αναγωγικός παράγοντας είναι το είδος που προκαλεί μείωση του άλλου. Σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής, το είδος που οξειδώνεται προκαλεί μείωση των άλλων ειδών, μέσω της ανταλλαγής ηλεκτρονίων.

Ας δούμε μερικά παραδείγματα ημι-αντιδράσεων οξείδωσης:

2I (aq) → I₂ (s)

Zn (s) → Zn (aq)

Οξείδωση vs Αναγωγή

Θυμηθείτε το OIL RIG :O οξειδώσεις Ι s L oss ηλεκτρονίων – R εκπαίδευση Ι s G ain των ηλεκτρονίων. Εναλλακτικά, μπορείτε επίσης να θυμηθείτε το «LEO GER ” (φανταστείτε ένα λιοντάρι να λέει “Γερ!!!!). LEO σημαίνει «χαλαρά ηλεκτρόνια, οξείδωση». GER σημαίνει "Απόκτηση ηλεκτρονίων, μείωση".

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής:περιλαμβάνουν και τα δύο

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής τοποθετούν τις δύο ημι-αντιδράσεις (μία αναγωγή, μία οξείδωση) μαζί σε μια πλήρη εξίσωση. Τα ηλεκτρόνια που χάνονται στην ημιαντίδραση οξείδωσης αποκτώνται στη συνέχεια στην ημιαντίδραση αναγωγής. Με αυτόν τον τρόπο, μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι μια χημική αντίδραση κατά την οποία μεταφέρονται ηλεκτρόνια μεταξύ δύο ειδών.

Παραδείγματα οξείδωσης

Σκουριά είναι το κλασικό παράδειγμα οξείδωσης. Το μέταλλο σιδήρου οξειδώνεται σε καφέ οξείδιο σιδήρου (III). Άλλα παραδείγματα οξείδωσης περιλαμβάνουν μεταλλικό ψευδάργυρο που εκτοπίζει ασήμι ή χαλκό σε διάλυμα, ο ψευδάργυρος οξειδώνεται στο ιόν ψευδάργυρου (II). Και η καύση οτιδήποτε σε οξυγόνο, για παράδειγμα ζάχαρη ή μαγνήσιο, είναι μια αντίδραση οξείδωσης. Η λεύκανση κάτι, όπως τα μαλλιά, τα μπλε τζιν ή το λαμπερό τονωτικό νερό, είναι επίσης μια αντίδραση μείωσης της οξείδωσης – το υποχλωριώδες νάτριο στο λευκαντικό είναι το οξειδωτικό.

Παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

Ας ρίξουμε μια ματιά σε μερικά παραδείγματα αντιδράσεων πλήρους οξειδοαναγωγής

CO₂ (ζ) + H₂ (ζ) → CO (g) + H₂ O (g)

CH₄ (ζ) + O₂ (ζ) → CO₂ (ζ) + H₂ O (g)

Zn + CuCl₂ → ZnCl₂ + Zn

Na + Cl → NaCl

Πώς αναγνωρίζετε τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής;

Ο ευκολότερος και πρωταρχικός τρόπος για να αναγνωρίσετε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι να αναζητήσετε αλλαγές στις καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων από τα αντιδρώντα προς τα προϊόντα. Ένα είδος πρέπει να έχει μείωση του αριθμού οξείδωσής του από τα αντιδρώντα σε προϊόντα (αυτό, πάλι, είναι μείωση). Ένα άλλο είδος στην ίδια αντίδραση θα πρέπει να έχει αυξημένο αριθμό οξείδωσης από αντιδρώντα σε προϊόντα (αυτό, πάλι, είναι οξείδωση). Απλώς θυμηθείτε – ο αριθμός των ηλεκτρονίων που χάθηκαν πρέπει να είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που αποκτήθηκαν.

Υπενθύμιση:ο αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου (που μερικές φορές ονομάζεται επίσης κατάσταση οξείδωσης) είναι ένα μέτρο του πόσα ηλεκτρόνια έχει αποκτήσει ή χάσει. Δηλαδή, ένας αριθμός οξείδωσης μηδέν υποδηλώνει ουδέτερο άτομο. Ομοίως, η απόκτηση ηλεκτρονίων μειώνει τον αριθμό οξείδωσης, καθώς τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά και έτσι προσθέτουν αρνητικό φορτίο. Η απώλεια ηλεκτρονίων αυξάνει τον αριθμό οξείδωσης, καθώς το αρνητικό φορτίο χάνεται. Διαβάστε περισσότερα για τις καταστάσεις οξείδωσης εδώ!

Κοινοί τύποι αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

Εκτός από τη χρήση καταστάσεων οξείδωσης για την αναγνώριση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, υπάρχουν και άλλες ενδείξεις για το πότε συμβαίνει μια αντίδραση οξειδοαναγωγής. Συγκεκριμένα, υπάρχουν μερικοί διαφορετικοί τύποι αντιδράσεων όπου συχνά λαμβάνουν χώρα αναγωγή και οξείδωση.

• Αντιδράσεις συνδυασμού:αυτές οι αντιδράσεις συνδυάζουν στοιχεία για να δημιουργήσουν μια ένωση, γενικά με τη μορφή A + B → AB
• Αντιδράσεις αποσύνθεσης:αυτές οι αντιδράσεις είναι το αντίστροφο των αντιδράσεων συνδυασμού. μια ένωση αποσυντίθεται στα στοιχειώδη μέρη της. Αυτά γενικά παίρνουν τη μορφή AB → A + B
• Αντιδράσεις καύσης:αυτές οι αντιδράσεις περιλαμβάνουν ένα καύσιμο (συνήθως οργανικό) και οξυγόνο ως αντιδρώντα και έχουν ως αποτέλεσμα νερό και διοξείδιο του άνθρακα και περιστασιακά ένα άλλο οργανικό προϊόν όπως το άζωτο. Η γενική μορφή είναι X + O₂ → CO₂ + H₂ Ο. Αυτή η εξίσωση, φυσικά, πρέπει να εξισορροπηθεί σύμφωνα με το τι είναι το X, το οργανικό καύσιμο.
• Αντιδράσεις μετατόπισης με κατάσταση οξείδωσης αλλάζουν. Αυτές οι αντιδράσεις μπορούν είτε να έρθουν με τη μορφή απλής αντικατάστασης, όπου ένα στοιχείο σε μια ένωση αντικαθίσταται από ένα άλλο, είτε με τη μορφή διπλής αντικατάστασης, όπου ένα στοιχείο σε καθένα από τα δύο διαφορετικά αντιδραστήρια αντικαθίσταται. Ουσιαστικά, ανταλλάχθηκε. Η γενική μορφή μιας απλής αντίδρασης αντικατάστασης είναι A + BC → B + AC. Η γενική μορφή μιας αντίδρασης διπλής αντικατάστασης είναι AB + CD → AD + CB.

Δείτε το σεμινάριο μας σχετικά με την εξισορρόπηση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής για περισσότερες πληροφορίες και περαιτέρω παραδείγματα!

Αυτές συνήθως ΔΕΝ είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής:

• Αντιδράσεις οξέος-βάσης
• Απλές αντιδράσεις καθίζησης
• Αντιδράσεις διπλής μετατόπισης χωρίς αλλαγή κατάστασης οξείδωσης

Βίντεο μιας απλής αντίδρασης οξειδοαναγωγής

Ας δούμε μια αντίδραση μείωσης οξείδωσης. Σε αυτό το βίντεο της αντίδρασης της οδοντόκρεμας ελέφαντα, το μαγγάνιο στο υπερμαγγανικό κάλιο μειώνεται από τις καταστάσεις οξείδωσης +7 στις +4 και +2, ενώ το οξυγόνο στο υπεροξείδιο του υδρογόνου οξειδώνεται από την -1 στην κατάσταση οξείδωσης 0 (σε στοιχειακό οξυγόνο ).

Οξείδωση και αναγωγή – Περαιτέρω ανάγνωση

• Τυπικές δυνατότητες μείωσης
• Οξυγόνο στον περιοδικό πίνακα
• Σταθερότητα ανθρακικού
• Αντιδράσεις Ε1 έναντι Ε2
• Αντιδράσεις Sn1 έναντι Sn2