Οξειδοαναγωγή

ΟΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ::

ΟΟΡΙΣΜΟΊΡΙΣΜΟΊ Ο ΟΞΕΊΔΩΣΗΣΞΕΊΔΩΣΗΣ ΟΟΡΙΣΜΟΊΡΙΣΜΟΊ Α ΑΝΑΓΩΓΉΣΝΑΓΩΓΉΣ

Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με οξυγόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μία χημική ένωση

Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με υδρογόνο ή η αφαίρεση οξυγόνου από μία χημική ένωση

Οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων Αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίωνΟξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης

Αναγωγή είναι η μείωση του αριθμού οξείδωσης

Τι ονομάζεται αριθμός οξείδωσης ατόμου ή ιόντος;

Ο αριθμός οξείδωσης είναι μια συμβατική έννοια, η οποία επινοήθηκε για να διευκολύνει:i. τη γραφή των μοριακών τύπων και την ονοματολογία των ενώσεωνii. τη συστηματική κατάταξη των χημικών αντιδράσεων (μεταθετικές – οξειδοαναγωγι

κές),iii. την εύρεση των συντελεστών (ισοστάθμιση) στις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων

οξειδοαναγωγής

Θυμίζετε ότι:Ηλεκτραρνητικότητα είναι η τάση που έχει το άτομο ενός στοιχείου, το οποίο βρίσκεται

ενωμένο σε ένα μόριο, να έλκει προς το μέρος του τα ηλεκτρόνια του ομοιοπολικού δεσμού.

Στον περιοδικό πίνακα η ηλεκτραρνητικότητα αυξάνεται από κάτω προς τα πάνω και από αριστερά προς δεξιά.

Με ποιους πρακτικούς κανόνες υπολογίζουμε τον αριθμό οξείδωσης;

Οι πρακτικοί κανόνες προκύπτουν με βάση τον ορισμό του αριθμού οξείδωσης και τη σειρά ηλεκτραρνητικότητας των στοιχείων και είναι οι εξής:

1) Τα στοιχεία σε ελεύθερη κατάσταση έχουν αριθμό οξείδωσης μηδέν.Για παράδειγμα: Na

0

, Fe0

, O0

2, O0

3, P0

4

2) Σε ένα μονοατομικό ιόν ο αριθμός οξείδωσης είναι ίσος με το φορτίο του ιόντος.Για παράδειγμα: στο Fe+3 ο αριθμός οξείδωσης είναι +3, ενώ στο Ο-2 είναι αντίστοιχα -2.

3) Όλα τα μέταλλα στις ενώσεις τους έχουν θετικό αριθμό οξείδωσης.Τα αλκάλια (ΙΑ ομάδα) Na, K, … έχουν αριθμό οξείδωσης +1 και οι αλκαλικές γαίες (ΙΙΑ ομάδα) Mg, Ca, Ba, … έχουν αριθμό οξείδωσης +2.

4) Το φθόριο (F) στις ενώσεις του έχει πάντοτε αριθμό οξείδωσης -1.

http://schoolchemistry.blogspot.com (1) e-mail & MSN ID: [email protected]

Νίκος ΓαλάνηςΚαθηγητής Χημείας2ο Λύκειο Ηρακλείου

Αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.):➢ στις ιοντικές (ετεροπολικές) ενώσεις, ονομάζεται το πραγματικό φορτίο που

έχει ένα ιόν.

➢ Στις ομοιοπολικές (μοριακές) ενώσεις, ονομάζεται το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει ένα άτομο, αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων των ομοιοπολικών δεσμών αποδοθούν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο.

5) Το οξυγόνο (Ο) στις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης -2.Εξαίρεση αποτελεί η ένωση ΟF2 (οξείδιο του φθορίου) στην οποία έχει +2 και τα υπεροξείδια στα οποία έχει Α.Ο. -1. (π.χ. Η 2Ο

−1

2)

6) Το υδρογόνο (Η) στις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης +1.Εξαίρεση αποτελούν τα υδρίδια των μετάλλων (ιοντικές ενώσεις), στα οποία έχει Α.Ο. -1 (π.χ. Ca H

−1

2)

7) To αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των ατόμων σε μια ένωση είναι μηδέν.Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των ατόμων σε ένα πολυατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος.

Να λυθούν οι ασκήσεις 13, 14 και 15 από τη σελίδα 168 του σχολικού βιβλίου.

Τι ονομάζεται οξειδωτική και τι αναγωγική ουσία;

Οξειδωτικές ουσίες ή απλά οξειδωτικά ονομάζονται οι ουσίες (στοιχεία, χημικές ενώσεις ή ιόντα) που προκαλούν την οξείδωση.

Αναγωγικές ουσίες ή απλά αναγωγικά ονομάζονται οι ουσίες (στοιχεία, χημικές ενώσεις ή ιόντα) που προκαλούν την αναγωγή.

Παρατηρήσεις:i. Σε μία αντίδραση οξειδοαναγωγής το οξειδωτικό είναι η ουσία που ανάγεται, ενώ το ανα

γωγικό είναι η ουσία που οξειδώνεται.ii. Τα οξειδωτικά περιέχουν άτομα τα οποία μπορούν να αναχθούν, δηλαδή να ελαττώσουν

τον αριθμό οξείδωσής τους.iii. Τα αναγωγικά περιέχουν άτομα τα οποία μπορούν να οξειδωθούν, δηλαδή να αυξήσουν

τον αριθμό οξείδωσής τους.iv. Ένα οξειδωτικό είναι τόσο ισχυρότερο, όσο μεγαλύτερη τάση έχει για πρόσληψη ηλε

κτρονίων. Παρόμοια, ένα αναγωγικό είναι τόσο ισχυρότερο, όσο μεγαλύτερη τάση έχει για αποβολή ηλεκτρονίων.

Συγκεντρωτικά:ΟΟΞΕΙΔΩΤΙΚΟΞΕΙΔΩΤΙΚΟ ΑΑΝΑΓΩΓΙΚΟΝΑΓΩΓΙΚΟ

• προκαλεί οξείδωση• ανάγεται• προσλαμβάνει ηλεκτρόνια• ελαττώνεται ο Α.Ο.

• προκαλεί αναγωγή• οξειδώνεται• αποβάλλει ηλεκτρόνια• αυξάνεται ο Α.Ο.


Συνηθέστεροι Αριθμοί Οξείδωσης

Μέταλλα Αμέταλλα+1 F -1+2 H +1 (-1)+3 O -2 (-1, +2)+1, +2 -1 (+1, +3, +5, +7)+2, +3 S -2 (+4, +6)+2, +4 N, P -3 (+3, +5)+2, +4, +7 -4, +4+3, +6

K, Na, AgBa, Ca, Mg, ZnAlCu, Hg Cl, Br, IFe, NiPb, SnMn C, SiCr

Πότε μια ουσία συμπεριφέρεται ως οξειδωτικό ή αναγωγικό;

Ως οξειδωτικό συμπεριφέρεται μια ουσία που περιέχει στοιχείο με τον ανώτερο (ή έναν από τους μεγαλύτερους) αριθμούς οξείδωσής του, οπότε μπορεί να αναχθεί σε μικρότερο αριθμό οξείδωσης.

Ως αναγωγικό συμπεριφέρεται μια ουσία που περιέχει στοιχείο με τον κατώτερο (ή έναν από τους μικρότερους) αριθμούς οξείδωσής του, οπότε μπορεί να οξειδωθεί σε μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης.

Οξειδωτική σκάλα Θείου (S):

Οξειδωτική σκάλα Αζώτου (Ν):

Οξειδωτική σκάλα Χλωρίου (Cl):

ΚΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣΑΤΗΓΟΡΙΕΣ Α ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ Ο ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ::

1) Σύνθεσης. Στις αντιδράσεις αυτές δύο ή περισσότερα στοιχεία ενώνονται προς σχηματισμό μιας χημικής ένωσης. π.χ. C + O2 → CO2

2) Αποσύνθεσης και διάσπασης. Στην αποσύνθεση μια ένωση διασπάται στα στοιχεία της π.χ. 2HgO → Hg + O2. Στις αντιδράσεις διάσπασης παράγονται ενώσεις π.χ. 2KClO3 → 2KCl + 2O2. Ωστόσο υπάρχουν και αντιδράσεις διάσπασης που δεν είναι οξειδοαναγωγής π.χ. CaCO3 → CaO + CO2 (παρατηρήστε ότι κανένας Α.Ο. δεν μεταβάλλεται)

3) Απλή αντικατάσταση. Στις αντιδράσεις αυτές ένα στοιχείο αντικαθίσταται από κάποιο άλλο δραστικότερό του.i. Απλή αντικατάσταση μετάλλων.


οξειδωτικό

αναγωγικό

H Ν 5

O3

Ν4

O2

Ν2

ΟΝ0

2

Ν−3

Η3


αναγωγικό

H Cl 7

O4

H Cl5

O3

H Cl3

Ο2

H Cl1

OCl

0

2

H Cl−1


ή αναγωγικόH 2 S6

O4

S4

O2

S0

H 2 S−2

S6

O3

Η σειρά δραστικότητας των μετάλλων είναι:(K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au)

• Αντικατάσταση μετάλλου μιας ένωσης από δραστικότερο μέταλλο.Μέταλλο1 + Άλας1 → Άλας2 + Μέταλλο2

Για παράδειγμα:

Zn0

2 Ag1

NO3 Zn2

NO32 2Ag0

ή Cu ZnSO4 δεν πραγματοποιείται !

Ο Cu είναι λιγότερο δραστικός από τον Zn.

• Αντικατάσταση του υδρογόνου ενός οξέος από δραστικότερο μέταλλο.

Τα μέταλλα που είναι πριν το Η στη σειρά δραστικότητας, μπορούν να αντικαταστήσουν το υδρογόνο των οξέων και να ελευθερώσουν αέριο Η2.

Μέταλλο + Οξύ → Άλας + Η2Για παράδειγμα:

Fe0

H1

2 SO4 Fe2

SO4 H0

2

• Τα πολύ δραστικά μέταλλα (K, Ba, Ca, Na) αντιδρούν με το Η2Ο και σχηματίζουν τα αντίστοιχα υδροξείδια.

Μέταλλο + Η2Ο → Υδροξείδιο του Μετάλλου + Η2Για παράδειγμα:

Na0

2 H1

2 O 2 Na1

OH H0

2

Τα υπόλοιπα μέταλλα, που είναι πιο δραστικά από το Η2, αντιδρούν με υδρατμούς σε υψηλή θερμοκρασία και σχηματίζουν τα αντίστοιχα οξείδια και Η2.Για παράδειγμα:Mgs H2 Og MgOs H2 g

ii. Απλή αντικατάσταση αμετάλλων.Η σειρά δραστικότητας των αμετάλλων είναι:

(F2, O3, Cl2, Br2, O2, I2, S)

Αμέταλλο1 + Άλας1 → Άλας2 + Αμέταλλο2Για παράδειγμα: Cl

0

2 2K Br−1

2K Cl−1

Br0

2


Αύξηση δραστικότητας

Παρατηρήσεις:

• Στις αντιδράσεις απλής αντικατάστασης, όταν ένα μέταλλο έχει πολλούς αριθμούς οξείδωσης, τότε εμφανίζεται στα προϊόντα με τον μικρότερο αριθμό οξείδωσης. (Για παράδειγμα, ο Fe οξειδώνεται σε Fe+2).

• Εξαιρείται ο Cu που οξειδώνεται σε Cu+2.

Παρατηρήσεις:

• Το μέταλλο εμφανίζεται στο παραγόμενο άλας με τον μικρότερο αριθμό οξείδωσής του.

• Τα οξέα ΗΝΟ3 και Η2SO4 αντιδρούν με διαφορετικό τρόπο με τα μέταλλα και δεν ελευθερώνουν αέριο Η2.

Αύξηση δραστικότητας

Οξειδωτική δράση του ΗΝΟ3 και του πυκνού-θερμού H2SO4:

Τα οξέα ΗΝΟ3 και H2SO4 χαρακτηρίζονται ως «οξειδωτικά οξέα» και είναι ισχυρά οξειδωτικά μέσα. Έτσι, μπορούν να οξειδώσουν μέταλλα, αμέταλλα και διάφορες αναγωγικές ενώσεις.

1) Επίδραση στα μέταλλα.Με επίδραση πυκνού-θερμού Η2SO4 και ΗΝΟ3 τα περισσότερα μέταλλα οξειδώνονται προς τα αντίστοιχα θειικά και νιτρικά άλατα. Δεν οξειδώνονται τα «ευγενή μέταλλα» Au και Pt.

2) Επίδραση στα αμέταλλα.Τα περισσότερα στερεά αμέταλλα οξειδώνονται προς τα αντίστοιχα -ικά οξέα, όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα.

C P S I2

Πυκνό-θερμό H2SO4 CO2 H3PO4 SO2 –Πυκνό ΗΝΟ3 CO2 H3PO4 H2SO4 HIO3

Αραιό ΗΝΟ3 – H3PO4 H2SO4 –

Οξειδωτική δράση του KMnO4 (υπερμαγγανικό κάλιο) και του Κ2Cr2O7 (διχρωμικό κάλιο):

Τα σώματα αυτά εκδηλώνουν την οξειδωτική τους δράση σε όξινο περιβάλλον και μετατρέπονται αντίστοιχα σε άλατα Mn+2 και Cr+3. Ως όξινο περιβάλλον χρησιμοποιείται συνήθως το H2SO4.

Πως συμπληρώνουμε τη χημική εξίσωση μιας πολύπλοκης οξειδοαναγωγικής αντίδρασης:

Αρχή διατήρησης ηλεκτρικού φορτίου:Σε μία αντίδραση οξειδοαναγωγής ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων που

αποβάλλει το αναγωγικό είναι ίσος με τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων που προσλαμβάνει το οξειδωτικό.

Διαφορετικά, γράφουμε:


• Η Ν5

Ο3 πυκνό Ν4

O2 , Η Ν5

Ο3 αραιό Ν2

O

• Η 2 S6

Ο4 πυκνό−θερμό S4

O2

Παρατήρηση:

• Τα άλατα που προκύπτουν περιέχουν το μέταλλο με τον μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσής του (συνήθως ≤ 3).

Για παράδειγμα, ο Cu0

Cu2

και ο Fe0

Fe3

• Το αραιό H2SO4 αντιδρά με διαφορετικό τρόπο με τα μέταλλα (απλή αντικατάσταση) και ελευθερώνει αέριο H2.

• αναγωγικό Κ Mn7

Ο4 H2 SO4 Mn2

SO4 K 2SO4 ...

• αναγωγικό Κ2 Cr6

2 Ο7 H2SO4 Cr3

2SO43 K 2SO4 ...

Συνολική ΜεταβολήΑ.Ο. οξειδωτικού

Συνολική ΜεταβολήΑ.Ο. αναγωγικού

Χ Χ

Η διαδικασία που ακολουθείται για την εύρεση των συντελεστών, σύμφωνα με τη μέθοδο της μεταβολής του αριθμού οξείδωσης, είναι η εξής:

(1) Γράφουμε τα αντιδρώντα, προσδιορίζουμε το οξειδωτικό και το αναγωγικό και με βάση τη θεωρία γράφουμε τα προϊόντα που δίνουν.

(2) Υπολογίζουμε τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης του στοιχείου που οξειδώνεται και του στοιχείου που ανάγεται.

(3) Η συνολική μεταβολή του Α.Ο. του αναγωγικού μπαίνει συντελεστής στο προϊόν αναγωγής και η συνολική μεταβολή του Α.Ο. του οξειδωτικού στο προϊόν οξείδωσης.

(4) Με βάση τους συντελεστές που τοποθετήσαμε στο δεύτερο μέλος της χημικής εξίσωσης, καθορίζουμε και τους συντελεστές στο πρώτο μέλος, έτσι ώστε να ισχύει η αρχή διατήρησης της μάζας.Τέλος, κάνουμε ισοστάθμιση στα άτομα Η (ή Ο), προσθέτοντας κατάλληλο αριθμό μορίων Η2Ο σε όποιο μέλος της χημικής εξίσωσης απαιτείται.

Παραδείγματα:

1) Να συμπληρωθεί η αντίδραση KMnO4 + H2S + H2SO4 → Λύση:

Βήμα 1ο: Γράφουμε τα προϊόντα:

Κ Mn7

Ο4 Η2 S−2

H2 SO4 Mn2

SO4 K2SO4 S0

Βήμα 2ο: Το Mn μειώνει τον Α.Ο. του, άρα ανάγεται, ενώ το S αυξάνει τον Α.Ο. του, άρα οξειδώνεται. Η μεταβολή του Α.Ο. για το Mn είναι: +7 → +2, δηλαδή 5. Στο δεξιό μέλος υπάρχει 1 Mn, οπότε η συνολική μεταβολή του Α.Ο. για το Mn είναι 1x5 = 5.Η μεταβολή του Α.Ο. για το S είναι: -2 → 0, δηλαδή 2. Στο δεξιό μέλος υπάρχει 1 S, οπότε η συνολική μεταβολή του Α.Ο. για το S είναι 1x2 = 2.Βήμα 3ο: Συμπληρώνουμε το 2 στο MnSO4 και το 5 στο S. Έτσι έχουμε:

Κ Mn7

Ο4 Η2 S−2

H2 SO4 2 Mn2

SO4 K2 SO4 5S0

Βήμα 4ο: Συμπληρώνουμε συντελεστές στο πρώτο μέλος ώστε να ικανοποιείται η αρχή διατήρησης της μάζας. Έτσι έχουμε:

2 Κ Mn7

Ο4 5 Η2 S−2

3 H2SO4 2Mn2

SO4 K 2 SO4 5S0

Τέλος, συμπληρώνουμε τα Η2Ο για να ισοσταθμίσουμε τα Η και τα Ο. Έχουμε 16 Η στο πρώτο μέλος, οπότε συμπληρώνουμε 8 Η2Ο στο δεύτερο. Η συνολική αντίδραση είναι:

2Κ Mn7

Ο4 5Η2 S−2

3H2 SO4 2Mn2

SO4 K2SO4 5S0

8Η2 Ο

2) Να συμπληρωθεί η αντίδραση K2Cr2O7 + Cu + H2SO4 → Λύση:

Βήμα 1ο: Γράφουμε τα προϊόντα:

Κ 2 Cr6

Ο7 Cu0

H2 SO4 Cr3

2SO43 K 2 SO4 Cu2

SO4


αριθμός ατόμωναναγόμενουστοιχείου

ελάττωσηΑ.Ο.

αριθμός ατόμωναναγόμενουστοιχείου

αύξησηΑ.Ο.

Βήμα 2ο: Το Cr μειώνει τον Α.Ο. του, άρα ανάγεται, ενώ o Cu αυξάνει τον Α.Ο. του, άρα οξειδώνεται. Η μεταβολή του Α.Ο. για το Cr είναι: +6 → +3, δηλαδή 3. Στο δεξιό μέλος υπάρχουν 2 Cr, οπότε η συνολική μεταβολή του Α.Ο. για το Cr είναι 2x3 = 6.Η μεταβολή του Α.Ο. για τον Cu είναι: 0 → +2, δηλαδή 2. Στο δεξιό μέλος υπάρχει 1 Cu, οπότε η συνολική μεταβολή του Α.Ο. για το Cu είναι 1x2 = 2.Όταν οι συνολική μεταβολή μπορεί να απλοποιηθεί προχωράμε σε απλοποιήσεις. Στο παράδειγμά μας μπορούμε να διαιρέσουμε με το 2.Βήμα 3ο: Συμπληρώνουμε το 3 στο CuSO4 και το 1 στο Cr2(SO4)3. Έτσι έχουμε:

Κ 2 Cr6

Ο7 Cu0

H2 SO4 1 Cr3

2SO43 K 2SO4 3Cu2

SO4

Βήμα 4ο: Συμπληρώνουμε συντελεστές στο πρώτο μέλος ώστε να ικανοποιείται η αρχή διατήρησης της μάζας. Έτσι έχουμε:

Κ 2 Cr6

Ο7 3Cu0

7 H2 SO4 Cr3

2SO43 K2 SO4 3Cu2

SO4

Τέλος, συμπληρώνουμε τα Η2Ο για να ισοσταθμίσουμε τα Η και τα Ο. Έχουμε 14 Η στο πρώτο μέλος, οπότε συμπληρώνουμε 7 Η2Ο στο δεύτερο. Η συνολική αντίδραση είναι:

Κ 2 Cr6

Ο7 3Cu0

7H2 SO4 Cr3

2SO43 K2SO4 3Cu2

SO4 7H2 O

Για το σπίτι:

Δουλέψτε ανάλογα τις παρακάτω αντιδράσεις:

1) ___ Κ2Cr2O7 + ___ H2S + ___ H2SO4 →

2) ___ KMnO4 + ___ H2S + ___ H2SO4 →

3) ___ KMnO4 + ___ Fe + ___ H2SO4 →

4) ___ Κ2Cr2O7 + ___ HBr → To HΒr είναι το αναγωγικό και ταυτόχρονα έχει ρόλο όξινου περιβάλλοντος.

5) ___ KMnO4 + ___ HCl → To HCl είναι το αναγωγικό και ταυτόχρονα έχει ρόλο όξινου περιβάλλοντος.

6) ___ Al + ___ H2SO4 (πυκνό-θερμό) →

7) ___ Mg + ___ H2SO4 (πυκνό-θερμό) →

8) ___ Fe + ___ HNO3 (πυκνό) →


9) ___ Zn + ___ HNO3 (αραιό) →

10) ___ HCl + ___ H2SO4 (πυκνό-θερμό) →

11) ___ FeO + ___ H2SO4 (πυκνό-θερμό) → ___ Fe2(SO4)3 +

12) ___ Cu2O + ___ HNO3 (αραιό) →

13) ___ C + ___ H2SO4 (πυκνό-θερμό) →

14) ___ C + ___ HNO3 (πυκνό) →

15) ___ P + ___ HNO3 (αραιό) →

16) ___ Κ2Cr2O7 + ___ H2SO4 + ___ Η2Ο2 →

17) ___ SO2 + ___ HNO3 (πυκνό) →

18) ___ CO + ___ HNO3 (αραιό) →

19) ___ Κ2Cr2O7 + ___ CO ___ H2SO4 →

20) ___ Κ2Cr2O7 + ___ FeCl2 ___ H2SO4 → ___ FeCl3 +


Documents

Οξειδοαναγωγή