ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ Εικόνα: Παραγωγή υδρογόνου με διάσπαση νερού. Δημήτρης Παπαδόπουλος, χημικός Βύρωνας, 2015

Ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή. 1ος ορισμός πριν γίνει γνωστή η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων. Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μία χημική ένωση. Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με το υδρογόνο ή η αφαίρεση οξυγόνου από μία χημική ένωση. π.χ. Η2 + Br2 → 2 HBr To Br2 ανάγεται σε HBr στην παραπάνω αντίδραση. Μειονέκτημα ορισμού: Αναφέρεται μόνο σε αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν οξυγονούχες και υδρογονούχες ενώσεις. Πολλές αντιδράσεις δεν μπορούν να χαρακτηριστούν οξειδοαναγωγικές. π.χ. 2 Na + Cl2 → 2 NaCl

Ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή. 2ος ορισμός για την οξείδωση και την αναγωγή με βάση την ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων. Οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων από ένα άτομο ή ιόν. Αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων από ένα άτομο ή από ένα ιόν. π.χ. Na + F2 → 2 NaF Μειονέκτημα ορισμού: Ο ορισμός της οξείδωσης και της αναγωγής με βάση την αποβολή - πρόσληψη ηλεκτρονίων δεν καλύπτει τις αντιδράσεις στις οποίες έχουμε σχηματισμό και διάσπαση μόνο ομοιοπολικών δεσμών. π.χ. Η2 + Br2 → 2 HBr C + O2 → CO2

Ορισμός για τον Αριθμό Οξείδωσης (Α.Ο.). Ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή. 3ος ορισμός για την οξείδωση και την αναγωγή με βάση τον αριθμό οξείδωσης. Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος. Αναγωγή είναι η ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος. O ορισμός αυτός καλύπτει όλες τις δυνατές περιπτώσεις που ονομάζουμε σήμερα οξείδωση και αναγωγή. Ορισμός για τον Αριθμό Οξείδωσης (Α.Ο.). Αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου σε μια μοριακή (ομοιοπολική) ένωση, ονομάζεται το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο ηλεκτραρνικότερο άτομο (το άτομο που τα έλκει περισσότερο). Αντίστοιχα, αριθμό οξείδωσης ενός ιόντος σε μια ιοντική (ετεροπολική ένωση) είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος.

Ομοιοπολικές ενώσεις

Πρακτικοί κανόνες για τον υπολογισμό του αριθμού οξείδωσης (Α.Ο.) Τα ελεύθερα στοιχεία π.χ. Na, Cl2 έχουν Α.Ο. ίσο με το μηδέν. Ο Α.Ο. των μονοατομικών ιόντων ισούται με το φορτίο των ιόντων. Το φθόριο (F) στις ενώσεις του έχει Α.Ο. -1. Το οξυγόνο (Ο) στις ενώσεις του έχει Α.Ο. -2, εκτός από το ΟF2, όπου έχει +2 και τα υπεροξείδια π.χ. Η2Ο2, όπου έχει -1. Ο Α.Ο. του υδρογόνου (Η) είναι +1, όταν ενώνεται με αμέταλλα π.χ. HCl και -1, όταν ενώνεται με μέταλλα π.χ. NaH (υδρίδιο του νατρίου). Τα μέταλλα στις ενώσεις τους έχουν θετικό Α.Ο. Τα αλκάλια (π.χ. Κ, Na) έχουν Α.Ο. =+1 και οι αλκαλικές γαίες (π.χ. Ca, Mg) έχουν Α.Ο. =+2. Το άθροισμα των Α.Ο. των ατόμων σε μια ένωση ισούται με το μηδέν, ενώ το άθροισμα των Α.Ο. των ατόμων σε πολυατομικό ιόν ισούται με το φορτίο του ιόντος. Ο τελευταίος κανόνας είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για τον υπολογισμό του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια ένωση ή σε ένα ιόν. O αριθμός οξείδωσης ενός στοιχείου σε μία ένωση ή ιόν είναι πάντα ακέραιος θετικός ή αρνητικός αριθμός ή το μηδέν.

Παραδείγματα εύρεσης Α.Ο. στοιχείου σε ένωση ή ιόν. Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του άνθρακα (C) στο όξινο ανθρακικό ιόν HCO3-1 και στην ένωση C3H8. Για το όξινο ανθρακικό ιόν ισχύει το εξής: 1·Α.Ο.Η + 1·Α.Ο.C + 3·A.O.O = -1 => 1·(+1) + 1 ·X + 3·(-2) = -1 => +1 + X - 6 = -1 => X – 5 = -1 => X= + 5 – 1 => X= +4 Άρα ο Α.Ο.C στο HCO3-1 είναι +4. Για την ένωση C3H8 ισχύει το εξής: 8·Α.Ο.Η + 3·Α.Ο.C = 0 => 8·(+1) + 3 ·X = 0 => +8 + 3X = 0 => 3X = - 8 => X= -8/3. Η τιμή -8/3 που βρήκαμε αντιπροσωπεύει το μέσο όρο των Α.Ο. των ανθράκων στην ένωση C3H8. To 1ο άτομο C έχει A.O. = - 3. Το 2ο άτομο C έχει Α.Ο. = - 2. Το 3ο άτομο C έχει Α.Ο. = - 3. => Μέσο όρος Α.Ο.C = - 8/3

Οξειδοαναγωγή Av σε μια αντίδραση σε κάποιο άτομο ή ιόν έχουμε αύξηση του αριθμού οξείδωσης, δηλαδή οξείδωση, πρέπει σε κάποιο άλλο άτομο να έχουμε ελάττωση του αριθμού οξείδωσης, δηλαδή αναγωγή. Δηλαδή μια αντίδραση οξείδωσης συνοδεύεται απαραίτητα με αναγωγή για αυτό και οι αντιδράσεις αυτές ονομάζεται οξειδοαναγωγικές. Οξειδοαναγωγικές: Είναι οι αντιδράσεις που μεταβάλλεται ο Α.Ο. κάποιων στοιχείων που συμμετέχουν σε αυτές. Χημικές αντιδράσεις: Μεταθετικές: Είναι οι αντιδράσεις που δεν μεταβάλλεται ο Α.Ο. κάποιων στοιχείων που συμμετέχουν σε αυτές.

Εφαρμογή σελίδα 15 σχολικού βιβλίου. Να βρεθεί ποιες από τις επόμενες αντιδράσεις είναι οξειδοαναγωγικές και ποιες όχι. Σε κάθε αντίδραση οξειδοαναγωγής να βρεθεί ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται. 1) 2 Mg + O2 → 2 MgO 2) H2 + Cl2 → 2 HCl 3) 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 4) CO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O 5) C + 2 H2SO4 → CO2 + 2 SO2 + 2 H2O Απάντηση Η αντίδραση 1) είναι οξειδοαναγωγική. Το Mg οξειδώνεται από 0 σε +2 και το Ο ανάγεται από 0 σε -2. Η αντίδραση 2) είναι οξειδοαναγωγική. Το Η οξειδώνεται από 0 σε +1 και το Cl ανάγεται από 0 σε -1. Η αντίδραση 3) είναι οξειδοαναγωγική. Το Na οξειδώνεται από 0 σε +1 και το H ανάγεται από +1 σε 0. Η αντίδραση 4) είναι μεταθετική. Κανενός στοιχείου δε μεταβάλλεται ο Α.Ο. πηγαίνοντας από τα αντιδρώντα στα προϊόντα. Η αντίδραση 5) είναι οξειδοαναγωγική. Ο C οξειδώνεται από 0 σε +4 και το S ανάγεται από +6 σε 4.

Ασκήσεις πάνω στην οξείδωση και την αναγωγή. Εύρεση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου σε μία ένωση ή ένα ιόν. Εύρεση αν μία αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική ή μεταθετική. Εύρεση σε μία οξειδοαναγωγική αντίδραση ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται.