Χημείας Θετικής Κατεύθυνσης 5ο κεφάλαιο Χημείας Θετικής Κατεύθυνσης Β΄ Λυκείου Οξείδωση - Αναγωγή Οξειδωτικά - Αναγωγικά Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Οξειδοαναγωγή Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μία ένωση. Παράδειγμα: O C οξειδώνεται προς CO2 σύμφωνα με την αντίδραση: C + O2 → CO2 Το HCl οξειδώνεται προς Cl2 σύμφωνα με την αντίδραση: 4 HCl + O2 → 2 Cl2 + 2 H2O Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με το υδρογόνο ή η αφαίρεση οξυγόνου από μία ένωση Παράδειγμα: Το Ι2 ανάγεται σε ΗΙ σύμφωνα με την αντίδραση: Ι2 + Η2 → 2 ΗΙ Το ZnO ανάγεται σε Zn σύμφωνα με την αντίδραση: ZnO + C → Zn + CO Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Οξειδοαναγωγή Οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων Αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων Παράδειγμα: O Zn αντιδρά με ιόντα χαλκού σύμφωνα με την αντίδραση: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Κάθε άτομο Zn αποβάλλει 2 ηλεκτρόνια (οξειδώνεται) Κάθε κατιόν Cu2+ προσλαμβάνει 2 ηλεκτρόνια (ανάγεται) Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Οξειδοαναγωγή Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης Αναγωγή είναι η μείωση του αριθμού οξείδωσης Αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος ετεροπολικής ένωσης ονομάζεται το πραγματικό φορτίο του ιόντος. ενός ατόμου ομοιοπολικής ένωσης ονομάζεται το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο, όταν το κοινό ή τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο της ένωσης. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Οξειδοαναγωγή Μέταλλα Αριθμοί οξείδωσης Αμέταλλα K,  Na, Ag +1 F -1 Ba, Ca, Mg, Zn +2 H +1 (-1) Al +3 O -2 (-1, +2) Cu, Hg +1, +2 Cl, Br, I -1 (+1, +3, +5, +7) Fe, Ni +2, +3 S -2 (+4, +6) Pb, Sn +2, +4 N, P -3 (+3, +5) Mn +2, +4, +7 C, Si -4, +4 Cr +3, +6   Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Οξειδοαναγωγή Απλοί κανόνες για την εύρεση των αριθμών οξείδωσης των στοιχείων. Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης (Α.Ο) όλων των ατόμων σε μία ένωση είναι ίσο με το μηδέν. π.χ. στην ένωση ΚΜnO4 το K έχει +1 το Mn έχει x το Ο έχει -2 Σχηματίζουμε την εξίσωση: +1 + x + 4·(-2) = 0 ⇒ x = +7 Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης (Α.Ο) όλων των ατόμων σε ένα πολυατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του πολυατομικού ιόντος. π.χ. στο ιόν Cr2O72- το Cr έχει x το Ο έχει -2 Σχηματίζουμε την εξίσωση: 2·x + 7·(-2) = -2 ⇒ x = +6 Το Ο στις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με -2, εκτός από τα υπεροξείδια στα οποία έχει -1, καθώς και την ένωση F2O (οξείδιο του φθορίου), στην οποία έχει +2. -2 -1 +2 π.χ. Na2O, Η2Ο2, F2O Το Η στις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με +1, εκτός από τις ενώσεις του με μέταλλα (υδρίδια) που έχει -1. +1 -1 π.χ. HBr, CaH2 Το F στις ενώσεις του έχει πάντοτε αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με -1. -1 -1 π.χ. NaF, CaF2 Κάθε στοιχείο σε ελεύθερη κατάσταση έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με το μηδέν. π.χ. Ναο, Cl2o, Mgo Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Οξειδοαναγωγή Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης Αναγωγή είναι η μείωση του αριθμού οξείδωσης Στην αντίδραση MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O το Mn από +4 στο ΜnΟ2 ανάγεται σε +2 στο MnCl2 το Cl από -1 στο HCl οξειδώνεται σε 0 στο Cl2 Οξειδωτικό λέγεται κάθε χημική ουσία που περιέχει άτομα στοιχείου τα οποία ανάγονται Αναγωγικό λέγεται κάθε χημική ουσία που περιέχει άτομα στοιχείου τα οποία οξειδώνονται Στην αντίδραση MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O το MnΟ2 είναι οξειδωτικό και το ΗCl είναι αναγωγικό Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Πίνακας Οξειδωτικών Οξειδωτικό Προϊόν Ημιαντίδραση Χημικά στοιχεία Αλογόνα(Χ2) ΗΧ ή X- Χ2 + 2e → 2Χ- Οξυγόνο (Ο2) Οξείδια Ο2 + 4e → 2O2- Όζον (Ο3) Ο2 + Ο2- O3 + 2 H+ + 2 e → O2 + H2O Υπεροξείδιο υδρογόνου (Η2Ο2) Η2Ο + Ο2- H2O2 + 2 H+ + 2 e → 2 H2O Διοξείδιο του θείου (SO2) S SO2 + 4H+ + 4e → S + 2H2O Οξείδιο αργύρου (Ag2O) 2Ag Ag2O + 2 H+ + 2 e → 2 Ag + H2O Οξείδιο υδραργύρου (HgO) Hg HgO + H2O + 2 e → Hg + 2 OH− Οξείδιο μαγγανίου (MnO2) Mn2+ MnO2 + 4H+ + 2e → Mn2+ + 2H2O Οξείδιο μολύβδου (PbO2) Pb2+ PbO2 + 4H+ + 2e → Pb2+ + 2H2O Οξέα Πυκνό-θερμό θειικό οξύ(H2SO4) SO2 SO42- + 4H+ + 2e → SO2 + H2O Αραιό νιτρικό οξύ (ΗΝΟ3) ΝΟ ΝΟ3- + 4Η+ + 3e → NO + 2H2O Πυκνό νιτρικό οξύ (ΗΝΟ3) ΝΟ2 ΝΟ3- + 2Η+ + e → NO2 + H2O Άλατα Υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4) MnO4- + 8H+ + 5e → Mn2+ + H2O Διχρωμικό κάλιο (K2Cr2O7) Cr3+ Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O Υποχλωριώδη άλατα (π.χ. NaClO) Cl- ClO- + 2H+ + 2e → Cl- + H2O Χλωρικά άλατα (π.χ. NaClO3) ClO3- + 6H+ + 6e → Cl- + 3H2O Υπερχλωρικά άλατα (π.χ. NaClO4) ClO4- + 8H+ + 8e → Cl- + 4H2O Χλωράσβεστος (CaOCl2) CaCl2 CaOCl2 + 2H+ + 2e → CaCl2 + H2O

Πίνακας Αναγωγικών Αναγωγικό Προϊόν Ημιαντίδραση Χημικά στοιχεία Υδρογόνο (Η2) Η+ Η2 → 2Η+ + 2e Αναγωγικά μέταλλα (Μ) (Na,Li,K,Ca,Al κ.ά.) Άλατα Μx+ M → Mx+ + xe Οξείδια Μονοξείδιο του άνθρακα (CΟ) CΟ2 CO + H2O → CO2 + 2H+ + 2e Υπεροξείδιο υδρογόνου (Η2Ο2) Ο2 Η2Ο2 → Ο2 + 2H+ + 2e Διοξείδιο θείου (SO2) H2SO4 SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2H+ + 2e Οξέα Υδραλογόνα (ΗΧ) Χ2 2ΗΧ → Χ2 + 2Η+ + 2e Υδρόθειο (H2S) S H2S → S + 2H+ + 2e Θειώδες οξύ (H2SO3) H2SO3 + H2O → H2SO4 + 2H+ + 2e Άλατα Άλατα Fe2+(π.χ. FeCl2) Fe3+ Fe2+ → Fe3+ + e Άλατα Sn2+(π.χ. SnCl2) Sn4+ Sn2+ → Sn4+ + 2e Νιτρώδες νάτριο (ΝaΝΟ2) ΝaΝΟ3 ΝaΝΟ2 + Η2Ο → ΝaΝΟ3 + 2Η+ + 2e Θειώδες κάλιο (K2SO3 K2SO4 K2SO3 + H2O → K2SO4 + 2H+ + 2e Βάσεις Αμμωνία (NH3) N2 2NH3 → N2 + 6H+ + 6e Οργανικές ενώσεις Μεθανικό οξύ (HCOOH) CO2 HCOOH → CO2 + 2H+ + 2e 1°ταγείς αλκοόλες (RCH2OH) RCH=O RCH2OH → RCH=O + 2H+ + 2e 2°ταγείς αλκοόλες (R2CΗOH) R2C=O R2CHOH → R2C=O + 2H+ + 2e Αλδεύδες (RCHO) RCOOH RCHO + H2O → RCOOH + 2H+ + 2e Οξαλικό οξύ [(COOH)2] (COOH)2 → 2CO2 + 2H+ + 2e

Εύρεση προϊόντων - Συντελεστών Θα συμπληρώσουμε την αντίδραση: αραιό ΗΝΟ3 + Cu → ... Το οξειδωτικό σώμα είναι το HNO3 ενώ το αναγωγικό είναι το Cu. Με βάση τον πίνακα των οξειδωτικών το ΗΝΟ3 σχηματίζει ΝΟ και με βάση τον πίνακα των αναγωγικών ο Cu σχηματίζει άλας του οξέος. Γράφουμε τα κύρια προϊόντα +5 +2 +2 HNO3 + Cu → NO + Cu(NO3)2 8 3 2 3 + 4Η2Ο Η Μ.Α.Ο. του Ν δείχνει το πλήθος των ατόμων Cu που οξειδώνον- ται. Βάζουμε συντελεστή στο Cu(NO3)2 τον αριθμό 3. Το N ανάγεται από +5 σε +2, άρα Μ.Α.Ο. = 3, όπου Μ.Α.Ο. είναι η μεταβολή του αριθμού οξείδωσης. Ο Cu οξειδώνεται από 0 σε +2, άρα Μ.Α.Ο. = 2 Η Μ.Α.Ο. του Cu δείχνει το πλήθος των ατόμων Ν που ανάγονται. Βάζουμε συντελεστή στο ΝΟ τον αριθμό 2. Ισοσταθμίζουμε τα άτομα Ν, Cu και συμπληρώνουμε τα απαραίτητα μόρια νερού στο δεύτερο μέλος ώστε να ισοσταθμιστούν και τα άτομα Η και Ο. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Εύρεση προϊόντων - Συντελεστών Θα συμπληρώσουμε με τη μέθοδο των ημιαντιδράσεων την αντίδραση: αραιό ΗΝΟ3 + Cu → ... Γράφουμε την ημιαντίδραση αναγωγής του ΗΝΟ3 HNO3 + 3 H+ + 3 e- → NO + 2 Η2Ο Γράφουμε την ημιαντίδραση οξείδωσης του Cu Cu → Cu2+ + 2 e- Προσθέτουμε τις τελικές ημιαντιδράσεις κατά μέλη και έχουμε: 2 ΗNO3 + 3 Cu + 6 H+ → 2 NO + 3 Cu2+ + 4 Η2Ο Πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση αναγωγής x2 και την ημιαντί- δραση οξείδωσης x3 ώστε να ισοσταθμιστούν τα ηλεκτρόνια. 2 ΗNO3 + 6 H+ + 6 e- → 2 NO + 4 Η2Ο 3 Cu → 3 Cu2+ + 6 e- Γράφουμε την αντίδραση με μόρια και έχουμε: 8 ΗNO3 + 3 Cu → 2 NO + 3 Cu(ΝΟ3)2 + 4 Η2Ο Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης μείωση της δραστικότητας Ηλεκτροχημική σειρά δραστικότητας των μετάλλων Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H2 Bi Cu Hg Ag Pt Au μείωση της δραστικότητας Κάθε μέταλλο Μ αντικαθιστά στις ενώσεις τους λιγότερο δραστικά μέταλλα Μ΄ από αυτό. Στο παράδειγμα που ακολουθεί ο Fe αντικαθιστά το Cu στη χημική ένωση CuCl2 Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu Τα μέταλλα όπως ο Fe (+2, +3) που έχουν πολλούς αριθμούς οξεί-δωσης (όπως ο Fe στο παράδειγμα που έχει +2, +3) στο προϊόν αποκτά τον μικρότερο αριθμό οξείδωσης (στο παράδειγμα ο Fe εμφανίζεται με +2). Εξαιρείται ο Cu που αποκτά το μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης +2. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης μείωση της δραστικότητας Ηλεκτροχημική σειρά δραστικότητας των μετάλλων Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H2 Bi Cu Hg Ag Pt Au μείωση της δραστικότητας Παραδείγματα της μορφής: Μ + Μ΄Χ → ΜΧ + Μ’ 3 Fe + 2 AuCl3 → 3 FeCl2 + 2 Au Cu + 2 AgNO3 → Cu(NO3)2 + Ag 2 Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2 Cr 2 Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2 Fe Fe + CaCl2 → αδύνατη Cu + ZnSO4 → αδύνατη Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης μείωση της δραστικότητας Ηλεκτροχημική σειρά δραστικότητας των αμετάλλων F2 O3 Cl2 Br2 O2 I2 S N C μείωση της δραστικότητας Κάθε αμέταλλο A αντικαθιστά στις ενώσεις τους λιγότερο δραστικά aμέταλλα A΄ από αυτό. Στο παράδειγμα που ακολουθεί το F2 αντικαθιστά το Br2 στη χημική ένωση NaBr F2 + 2 NaBr → 2 NaF + Br2 Παραδείγματα της μορφής: A + ΜA΄ → ΜA + A΄ F2 + 2 KBr → 2 KF + Br2 X2 + H2S → 2 HX + S (X = F,Cl,Br,I) Cl2 + H2O2 → 2 HCl + O2 Br2 + KF → αδύνατη. Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης Τα πολύ δραστικά μέταλλα K, Ba, Ca, Na αντιδρούν με το νερό και σχηματίζουν υδροξείδια ελευθερώνοντας αέριο Η2 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 Ca + 2 H2O → Ca(OH)2 + H2 Τα υπόλοιπα μέταλλα που είναι δραστικότερα από το υδρογόνο αντιδρούν εν θερμώ με το νερό και σχηματίζουν οξείδια ελευθερώνοντας αέριο Η2 Mg + H2O → MgO + H2 Zn + H2O → ZnO + H2 Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις σύνθεσης μετάλλου - αμετάλλου Τα μέταλλα (με εξαίρεση τα ευγενή Ag, Au, Pt) αντιδρούν με το οξυγόνο και σχηματίζουν οξείδια 2 Al + 3/2 O2 → Al2O3 2 Ca + O2 → 2 CaO Τα μέταλλα αντιδρούν με τα αλογόνα και σχηματίζουν άλατα 2 Νa + F2 → 2 NaF Mg + Cl2 → MgCl2 Τα μέταλλα αντιδρούν με θείο, άζωτο, άνθρακα, υδρογόνο κ.α. αμέταλλα σχηματίζοντας σουλφίδια, νιτρίδια, καρβίδια, υδρίδια κ.α. Mg + S → MgS 3 Ca + N2 → Ca3N2 2 C + Ca → CaC2 2 Na + H2 → 2 NaH Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις σύνθεσης μετάλλου - αμετάλλου Ενώσεις που προκύπτουν από αντιδράσεις σύνθεσης δύο αμετάλλων F2 Cl2 Br2 I2 O2 S N2 P C H2 HF HCl HBr HI H2O H2S NH3 CxHy SF6 PF3,PF5 CF4 S2Cl2 PCl3,PCl5 S2Br2 PBr3,PBr5 SO2 NO P2O5 CO2 PxSy CS2 Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις αποσύνθεσης ή διάσπασης Αυθόρμητες διασπάσεις. Γίνονται χωρίς εξωτερικό ερέθισμα, χαρακτηριστική είναι η διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο. 2 H2O2 → 2 H2O + O2 Αυτές οι αντιδράσεις αποσύνθεσης είναι σπάνιες. Θερμικές διασπάσεις. Γίνονται με θέρμανση ή πύρωση χωρίς αέρα ορισμένων ουσιών που διασπώνται σε δύο ή περισσότερα σώματα, χαρακτηριστική είναι η θερμική διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου σε οξείδιο του ασβετίου και διοξείδιο του άνθρακα. CaCO3 → CaO + CO2 Ηλεκτρολυτικές διασπάσεις. Γίνονται παρουσία ηλεκτρικού ρεύματος, χαρακτηριστική είναι η ηλεκτρολυτική διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. 2 H2O → 2 H2 + O2 Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις οξειδωτικών οξέων Οξειδώνουν τα περισσότερα μέταλλα (Μ) με εξαίρεση το χρυσό και το λευκόχρυσο σύμφωνα με τις αντιδράσεις 0 +5 +x +2 3 Μ + 4x HNO3(αραιό) → 3 M(NO3)x + x NO + 2x H2O 0 +5 +x +4 Μ + 2x HNO3(πυκνό) → M(NO3)x + x NO2 + x H2O 0 +6 +x +4 2 Μ + 2x H2SO4(πυκνό) → M2(SO4)x + x SO2 + x H2O Οξειδώνουν διάφορα αναγωγικά, ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα +2 +5 +3 +2 3 FeO + 10 HNO3(αραιό) → 3 Fe(NO3)3 + NO + 5 H2O +2 +5 +4 +4 CO + 2 HNO3(πυκνό) → CO2 + 2 NO2 + H2O +2 +6 +4 +4 CO + H2SO4(πυκνό) → CO2 + SO2 + H2O Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις οξειδωτικών οξέων Οξειδώνουν στερεά αμέταλλα σύμφωνα με τον πίνακα που ακολουθεί AMΕΤΑΛΛΟ → C S P I2 αραιό ΗΝΟ3 - H2SO4 H3PO4 πυκνό ΗΝΟ3 CO2 HIO3 πυκνό Η2SO4 SO2 +5 0 +6 +2 2 ΗΝΟ3 αραιό + S → H2SO4 + 2 NO + H2O 0 +5 +4 +4 C + 4 HNO3 πυκνό → CO2 + 4 NO2 + 2 H2O 0 +6 +5 +4 2 P + 5 H2SO4 πυκνό → 2 H3PO4 + 5 SO2 + 2 H2O Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις διχρωμικού καλίου Το διχρωμικό κάλιο δρα σε όξινο περιβάλλον (συνήθως H2SO4) και σχηματίζει άλατα του καλίου και του τρισθενούς Cr3+. Το διχρωμικό κάλιο έχει πορτοκαλί χρώμα και τα άλατα του τρισθενούς χρωμίου είναι πράσινα. +6 -1 +3 0 K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6NaCl → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Cl2 + 3Na2SO4 + 7H2O +6 +2 +3 +4 K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3CO → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3CO2 + 4H2O +6 +2 +3 +3 K2Cr2O7 + 14HCl + 6FeCl2 → 2KCl + 2CrCl3 + 6FeCl3 + 7H2O +6 -1 +3 0 K2Cr2O7 + 14HCl → 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O +6 -1 +3 +1 K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3CH3CH2OH → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3CH3CH=O + 7H2O Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Αντιδράσεις υπερμαγγανικού καλίου Το υπερμαγγανικό κάλιο δρα σε όξινο περιβάλλον (συνήθως θειικού οξέος) και σχηματίζει άλατα του καλίου και του Mn2+. Το υπερμαγγανικό κάλιο έχει κόκκινο και τα άλατα του δισθενούς μαγγανίου είναι άχρωμα. +7 -1 +2 0 2KMnO4 + 8H2SO4 + 10NaCl → K2SO4 + 2MnSO4 + 5Cl2 + 5Na2SO4 + 8H2O +7 +2 +2 +4 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5CO → K2SO4 + 2MnSO4 + 5CO2 + 3H2O +7 +2 +2 +4 2KMnO4 + 16HCl + 5SnCl2 → 2KCl + 2MnCl2 + 5SnCl4 + 8H2O +7 -1 +2 0 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O +7 +1 +2 +3 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5CH3CH=O → K2SO4 + 2MnSO4 + 5CH3COOH + 3H2O Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr