Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

Όλα τα αντιδρώντα είδη μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους αντιδράσεων:αναγωγές και οξείδωση. Σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής ή αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής, η οξείδωση και η αναγωγή συμβαίνουν πάντα ταυτόχρονα. Ο οξειδωτικός παράγοντας είναι το υλικό που ανάγεται σε μια χημική διεργασία, ενώ το αναγωγικό είναι η ουσία που οξειδώνεται.

Η αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι μια αντίδραση στην οποία μεταφέρονται ηλεκτρόνια μεταξύ δύο αντιδρώντων που εμπλέκονται. Οι αλλαγές στο εσωτερικό των καταστάσεων οξείδωσης ενός αντιδρώντος είδους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό αυτής της μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η οξείδωση ορίζεται ως η απώλεια ηλεκτρονίων και η επακόλουθη αύξηση της οξειδωμένης μορφής ενός δεδομένου αντιδραστηρίου. Η αναγωγή είναι η διαδικασία απόκτησης ηλεκτρονίων και μείωσης της κατάστασης οξείδωσης ενός αντιδρώντος.

Τα οξειδωτικά είναι σωματιδιακές οντότητες που τείνουν να υποστούν μείωση των διεργασιών οξειδοαναγωγής. Ένας αναγωγικός παράγοντας είναι ένα είδος που δίνει ηλεκτρόνια που τείνει να παραδίδει ηλεκτρόνια. Η οξείδωση είναι σύνηθες φαινόμενο σε πολλά είδη. Οποιαδήποτε διεργασία οξειδοαναγωγής μπορεί να αποσυντεθεί σε δύο μισές αντιδράσεις:την οξειδωμένη ημιαντίδραση και την αναγωγική ημιαντίδραση.

Τύποι αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

Τα παρακάτω είναι παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής:

Αντίδραση αποσύνθεσης
Αντίδραση συνδυασμού
Αντίδραση στην μετατόπιση
Αντιδράσεις δυσαναλογίας

Αντίδραση αποσύνθεσης

Η αντίδραση της αποσύνθεσης συνεπάγεται τη διάσπαση ενός μορίου σε άλλες ενώσεις. Μερικά παραδείγματα αυτών των τύπων αντιδράσεων είναι τα εξής:

2NaH 2Na + H2

Όλες οι παραπάνω αντιδράσεις οδηγούν σε διάσπαση δευτερευόντων χημικών ενώσεων σε-

AB→ A + B.

Ωστόσο, μια εξαίρεση αποδεικνύει ότι δεν είναι όλες οι αντιδράσεις αποσύνθεσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής:

CaCO3 → CaO + CO2 είναι ένα τέτοιο παράδειγμα.

Αντίδραση συνδυασμού

Αυτές οι αντιδράσεις είναι αντίστροφες των διαδικασιών αποσύνθεσης, καθώς συνδυάζουν δύο χημικές ουσίες για να δημιουργήσουν μία ένωση με τον τύπο Α + Β→ ΑΒ.

Σκεφτείτε το ακόλουθο σενάριο:

4 Fe+ 3O2 →2Fe2O3

Αντίδραση μετατόπισης

Ένα άτομο ή ένα ιόν μιας ένωσης αντικαθίσταται από ένα άτομο ή ένα ιόν άλλου στοιχείου σε αυτό αντίδραση. Μπορεί να αναπαρασταθεί ως X + YZ → XZ + Y. Οι αντιδράσεις μετατόπισης μπορούν επίσης να χωριστούν σε δύο τύπους:

Μετατόπιση μη μετάλλων
Μετατόπιση μετάλλων

Ένα άλλο μέταλλο αντικαθιστά ένα μέταλλο που υπάρχει στην ένωση σε αυτήν την αντίδραση. Πολλές αντιδράσεις χρησιμοποιούνται όταν καθαρά μέταλλα εξάγονται από τα μεταλλεύματά τους σε μεταλλουργικές διαδικασίες.

Για παράδειγμα, CuSO4+Zn→Cu+ZnSO4.

Μετατόπιση μη μεταλλικών υλικών

Μπορούμε να ανιχνεύσουμε μια αντίδραση μετατόπισης υδρογόνου και σπάνια συμβάντα μετατόπισης οξυγόνου σε αυτόν τον τύπο αντίδρασης.

Αντιδράσεις δυσαναλογίας

Οι αντιδράσεις δυσαναλογίας είναι εκείνες που περιλαμβάνουν μόνο ένα αντιδρών που οξειδώνεται και ανάγεται.

P4 + 3NaOH + 3H2O → 3NaH2PO2 + PH3 είναι ένα παράδειγμα.

Παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

Αυτή η ενότητα περιέχει μερικές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής και τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης/αναγωγής τους.

Αντίδραση υδρογόνου και φθορίου (Παράδειγμα 1)

Στην αντίδραση μεταξύ υδρογόνου και φθορίου, το υδρογόνο οξειδώνεται ενώ το το φθόριο μειώνεται. Το παρακάτω είναι ένα παράδειγμα απάντησης.

H2 + F2→2HF

H2 →2H+ + 2e– είναι η ημιαντίδραση οξείδωσης.

F2 + 2e– →2F– είναι η μισή αντίδραση αναγωγής.

Στη συνέχεια, τα ιόντα υδρογόνου και φθορίου ενώνονται για να σχηματίσουν υδροφθόριο.

Αντίδραση ψευδαργύρου και χαλκού (Παράδειγμα 2)

Πρόκειται για μια αντίδραση μετατόπισης μετάλλου στην οποία ο ψευδάργυρος εκτοπίζει το ιόν Cu2+ σε ένα οξειδωτικό διάλυμα θειικού χαλκού για την παραγωγή μετάλλου χαλκού, όπως φαίνεται στην παρακάτω απάντηση:

Zn (s) + CuSO4 (aq) → ZnSO4 (aq) + Cu (s)

Η ημιαντίδραση της οξείδωσης μπορεί να αναπαρασταθεί ως Zn → Zn2+ + 2e–

2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O

Σε μια διεργασία οξειδοαναγωγής, ο χαλκός αντικαθίσταται από το θειικό χαλκό με ψευδάργυρο .

Αντίδραση σιδήρου και υπεροξειδίου του υδρογόνου (Παράδειγμα 3)

Όταν υπάρχει ένα οξύ, το υπεροξείδιο του υδρογόνου οξειδώνει το Fe2+ σε Fe3+. Παρουσιάζεται η ακόλουθη απόκριση:

2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O

Fe2+ →Fe3+ + e– ημιαντίδραση οξείδωσης

H2O2 + 2e– →2 OH–

Σαν αποτέλεσμα, το ιόν υδροξειδίου που δημιουργείται από την αναγωγή του υπεροξειδίου του υδρογόνου ενώνεται με το πρωτόνιο που παρέχεται από το όξινο μέσο για να σχηματίσει νερό.

Αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής

Αντίδραση οξείδωσης

Προσθήκη οξυγόνου ή ενός συστατικού με μεγαλύτερη έλλειψη ηλεκτρονίων σε μια ένωση ή εξάλειψη του υδρογόνου ή ενός πιο ηλεκτροφιλικού στοιχείου από ένα υλικό ονομάζεται αντίδραση οξείδωσης.

Ορισμένες περιπτώσεις διεργασιών οξείδωσης είναι οι εξής:

2S(s) + O2 (g) → SO2 (g) CH4 (g) + 2O2 ( ζ) → CO2 (g) + 2H2O (l)

Διαδικασία οξείδωσης

Προσθήκη οξυγόνου ή του συστατικού με μεγαλύτερη έλλειψη ηλεκτρονίων σε μια ένωση ή εξάλειψη του υδρογόνου ή ενός πιο ηλεκτροφιλικού μέρους από ένα υλικό ονομάζεται αντίδραση οξείδωσης.

Σημαντικής σημασίας αναγωγικοί παράγοντες περιλαμβάνουν:

● Όλα τα μέταλλα, όπως Na, Zn, Fe και Al

● Οιονεί μέταλλα, όπως C, H, S και P υδροξέα, συμπεριλαμβανομένων HCl, HBr , HI και H2S

● Δεν υπάρχουν πολλές ενώσεις με ένα συστατικό στην κατώτερη οξειδωμένη μορφή. FeCl2, FeSo4, SnCl2 και Hg2Cl2 είναι μερικά παραδείγματα

● NaH, LiH, CaH2 και άλλα μεταλλικά υδρίδια

● HCOOH, μια οργανική χημική ουσία

Παρουσία νερού, το λίθιο είναι ο πιο ισχυρός αναγωγικός παράγοντας, αλλά απουσία νερού, Το καίσιο είναι ο πιο ισχυρός αναγωγικός παράγοντας. Τα H2O2, SO2, HNO2, NaNO2 είναι οξειδωτικοί αλλά και αναγωγικοί παράγοντες.

Αναγωγική αντίδραση

Οι αντιδράσεις αναγωγής, όπως τα γεγονότα οξείδωσης, ορίζονται ως κέρδη ηλεκτρονίων. Κατά τη διάρκεια μιας χημικής διεργασίας, κάθε υλικό που αποκτά ηλεκτρόνιο μειώνεται.

Η αναγωγική αντίδραση ορίζεται ως η προσθήκη υδρογόνου ή ενός πιο ηλεκτροθετικού συστατικού στο υλικό ή η αφαίρεση περισσότερων ηλεκτραρνητικών ή οξυγόνου εξαρτήματα.

Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα οξείδωσης και αναγωγής που πρέπει να λάβετε υπόψη:

CH3CH3 → 2CH2CH2 (g) + H2 (g) (g)

2FeCl2 (aq) + 2HCl → 2FeCl3 (aq) + H2 (g) (aq)

Εξετάζοντας προσεκτικά τα παραπάνω παραδείγματα οξείδωσης και αναγωγής, μπορεί να φανεί ότι όλα έχουν τόσο αναγωγή όσο και αντιδράσεις οξείδωσης.

Καθώς το συστατικό χλώριο με έλλειψη ηλεκτρονίων εξαλείφεται από το FeCl3, υποβάλλεται σε διαδικασία αναγωγής. Το υδρογόνο οξειδώνεται λόγω του χλωρίου, ενός στοιχείου με έλλειψη ηλεκτρονίων στην ίδια διαδικασία.

Δυνατότητα μείωσης ημιαντίδρασης

Υπάρχει δυναμικό ηλεκτροδίου αναφοράς για κάθε ημιαντίδραση, καθιστώντας την αντίδραση οξειδοαναγωγής. Αυτό το δυναμικό είναι η τάση που παράγεται από ένα ηλεκτρολυτικό σύστημα στο οποίο η βασική αντίδραση θεωρείται ως η μισή αντίδραση και η άνοδος είναι ένα συμβατικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου.

Τα αναγωγικά τους δυναμικά είναι οι τάσεις που παράγονται από τις ημι-αντιδράσεις (που συμβολίζονται με κόκκινο E0). Για οξειδωτικά μέσα που είναι ισχυρότερα από Η+, το δυναμικό αναγωγής μιας ημιαντίδρασης είναι θετικό και για εκείνους που είναι πιο αδύναμοι, είναι αρνητικό.

Το F2 έχει αναγωγική ισχύ +2,866 V, ενώ το Zn2+ έχει αναγωγική ισχύ -0,763 V.

Αν ένα συστατικό είναι στην υψηλότερη δυνατή οξειδωμένη μορφή του σε ένα μείγμα. Μπορεί να λειτουργήσει ως οξειδωτικό. Τα KMnO4, K2Cr2O7, HNO3, H2SO4, HClO4 είναι μερικά παραδείγματα.

Όταν ένα στοιχείο σε μια ένωση βρίσκεται στη χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης, μπορεί να λειτουργήσει ως αναγωγικός παράγοντας. H2S, H2C2O4, FeSO4, SnCl2 είναι μερικά παραδείγματα.

Εάν ένα εξαιρετικά ηλεκτραρνητικό στοιχείο βρίσκεται στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης, το χημικό θα λειτουργεί ως οξειδωτικός παράγοντας.

Όταν ένα ηλεκτραρνητικό συστατικό βρίσκεται στην πιο ελάχιστη οξειδωτική του κατάσταση, λειτουργεί ως αναγωγικός παράγοντας.

Συμπέρασμα

Οι διεργασίες οξειδοαναγωγής χρησιμοποιούνται συνήθως για την αποθήκευση και την απελευθέρωση φυσιολογικής ενέργειας. Η αναγωγή του διοξειδίου του άνθρακα σε ζάχαρη και η οξείδωση του νερού σε μόρια οξυγόνου είναι και τα δύο μέρη της φωτοσύνθεσης. Τα σάκχαρα οξειδώνονται στην αντίστροφη αντίδραση της αναπνοής για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής χρησιμοποιούνται επίσης στη διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, η οποία περιλαμβάνει την εναπόθεση ενός στρώματος λεπτής ουσίας σε ένα αντικείμενο. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή επίχρυσων κοσμημάτων. Ασχολείται με το διαχωρισμό του μετάλλου στο μετάλλευμα. Η τήξη θειούχων μετάλλων στα οξειδωτικά και αναγωγικά χημικά είναι ένα τέτοιο παράδειγμα. Η εκμάθηση σχετικά με τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, τους τύπους αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, τις αντιδράσεις αποσύνθεσης, τις αντιδράσεις συνδυασμού, τις αντιδράσεις μετατόπισης, τις αντιδράσεις δυσαναλογίας και τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής εξισορρόπησης μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση ορισμένων από αυτές τις εφαρμογές.