Οξειδοαναγωγή

Οξειδοαναγωγή

Οξείδωση- Αναγωγή • 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 → CO2Το HCl οξειδώνεται προς Cl2 σύμφωνα με την αντίδραση:4HCl + O2 → 2Cl2 + 2H2O • 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 → 2ΗΙΤο ZnO ανάγεται σε Zn σύμφωνα με την αντίδραση:ZnO + C → Zn + CO

Οξείδωση- Αναγωγή • Οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων • Αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων Οξειδοαναγωγική αντίδραση Zn + ½O2 → ZnO Ημιαντίδραση οξείδωσης: Zn → Zn2+ + 2e- Ημιαντίδραση αναγωγής: ½O2+ 2e- → O2- Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση Zn + ½O2 → Ζn2+ + O2-

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Ο μεταβολισμός στους ζωικούς οργανισμούς (σύνθετη λειτουργία με την οποία ανταλλάσσεται ύλη και ενέργεια με το περιβάλλον)  Καταβολικές αντιδράσεις (διάσπαση ουσιών και ελευθέρωση ενέργειας)  Αναβολικές αντιδράσεις (σύνθεση ενώσεων από άλλες με κατανάλωση ενέργειας) C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Ενέργεια Οξείδωση C6H12O6σε CO2 (+2 σε +4) Αναγωγή O2σε H2O (0 σε -2)

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Αναπνοή Η κυτταρική αναπνοή συνίσταται στην οξείδωση της γλυκόζης (C6H12O6) σε CO2και στην αναγωγή του O2 σε H2O C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Φωτοσύνθεση 6H2O + 6CO2 ----------> C6H12O6+ 6O2 Οξείδωση H2OσεO2 (-2 σε 0) Αναγωγή CO2 σε C6H12O6 (+4 σε +2)

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Βιολογικές διεργασίες οξειδωτική φωσφορυλίωση (η οξείδωση θρεπτικών στοιχείων και η σύνθεση ATP)  o κύκλος του Krebs

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Μεταλλουργία παραλαβή Cr από Cr2O3(αργιλιοθερμική μέθοδος) Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr.  M2Ox + xC → 2M + xCO όπου Μ = Pb, Sn, Bi, Cu, Zn, Co, Mg και x = α.ο. του Μ. παραλαβή μετάλλων με αναγωγή των οξειδίων τους με μεταλλουργικό κωκ

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Εκρηκτικές ύλες Η μαύρη πυρίτιδα που είναι μίγμα αποτελούμενο από KNO3, S και ξυλάνθρακα (C) π.χ. 2KNO3 + C + 2S → K2SO4 + CO2 + N2  2C7H5N3O6 → 3N2 + 5H2O + 7CO + 7C Η τρινιτροτολουόλη, η έκρηξη της οποίας βασίζεται στην παραγωγή μεγάλου όγκου αερίων

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Διάβρωση των μετάλλων • 2Ag+ 1/2 O2 + H2S → Ag2S + H2O • Ca + 1/2O2 → CaO • 4Fe + 3O2 + xH2O → 2Fe2O3.xH2O

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Καύσεις Όταν το ξύλο καίγεται προς παραγωγή ενέργειας, η οξειδοαναγωγική αντίδραση είναι: (CH2O)n + nO2nCO2 + nH2O a.Το άτομο του οξυγόνου ανάγεται b.Το άτομο του άνθρακα οξειδώνεται  Όταν η βενζίνη καίγεται προς παραγωγή ενέργειας, η οξειδοαναγωγική αντίδραση είναι: C7H12 + 11O27CO2 + 8H2O a.Το άτομο του οξυγόνου ανάγεται b.Το άτομο του άνθρακα οξειδώνεται

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Λεύκανση των υφασμάτων  Λευκαντικά όπως το υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl) ή το υπεροξείδιο του υδρογόνου επιτυγχάνουν αποχρωματισμό μέσω οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων: OCl- + 2e + H2O → Cl- + 2OH- Το υποχλωριώδες ανιόν ανάγεται προς ιόντα χλωρίου αποσπώντας ηλεκτρόνια από το έγχρωμο υλικό ενώ ταυτόχρονα τα ιόντα υδροξυλίου δημιουργούν βασικό διάλυμα, αποχρωματίζοντας έτσι το ρούχο.

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Επεξεργασία αποβλήτων  Οξειδωτικά µέσα που χρησιµοποιούνται:  Αέριο χλώριο και υποχλωριώδη άλατα,  Υπεροξείδιο του υδρογόνου,  Υπερμαγγανικό κάλιο  Οξυγόνο,  Όζον,  Αντιδραστήριο Fentonκ.ά.

Η σημασία της οξειδοαναγωγής στη ζωή και στην τεχνολογία • Ηλεκτροχημεία • ηλεκτροχημικό ή γαλβανικό στοιχείο (παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος) (συσσωρευτές μολύβδου, ξηρά στοιχεία Leclancè, αλκαλικές μπαταρίες) • ηλεκτρολυτικό στοιχείο (χρήση ηλεκτρικού ρεύματος) (Ηλεκτραπόκτηση, καθοδική προστασία, επιμετάλλωση)

Αριθμός Οξείδωσης • Αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος σε μια ετεροπολική ένωση ονομάζουμε το πραγματικό φορτίο του ιόντος, ενώ ενός ατόμου σε μια ομοιοπολική ένωση ονομάζουμε το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο, όταν το κοινό ή τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο της ένωσης. • Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης (Α.Ο) • Αναγωγή είναι η μείωση του αριθμού οξείδωσης (Α.Ο)

Αριθμός Οξείδωσης

Αριθμός Οξείδωσης Για την εύρεση των αριθμών οξείδωσης στοιχείων σε ενώσεις ακολουθούμε τους παρακάτω κανόνες: • Κάθε στοιχείο σε ελεύθερη κατάσταση έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με το μηδέν. • Το Η στις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με +1, εκτός από τις ενώσεις του με τα μέταλλα (υδρίδια) που έχει -1. • Το F στις ενώσεις του έχει πάντοτε αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με -1 • 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. • Τα αλκάλια, όπως Κ, Na, έχουν πάντοτε αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) +1 και οι αλκαλικές γαίες, όπως Ba, Ca, έχουν πάντοτε αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) +2. • Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης (Α.Ο) όλων των ατόμων σε μία ένωση είναι ίσο με το μηδέν. • Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης (Α.Ο) όλων των ατόμων σε ένα πολυατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του πολυατομικού ιόντος.

Αριθμός Οξείδωσης • Παράδειγμα 1:Να υπολογιστούν οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων στις παρακάτω ενώσεις:α) του S στο Na2SO4β) του Ν στο KNO3γ) του P στο H3PO4 α) Οι αριθμοί οξείδωσης για το Na είναι +1 και για το Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:2(+1) +X +4(-2) = 0 άρα X = +6 β) Οι αριθμοί οξείδωσης για το Κ είναι +1 και για το Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:(+1) +Χ + 3(-2) = 0 άρα Χ = +5 γ) Οι αριθμοί οξείδωσης για το Η είναι +1 και για το Ο είναι -2, άρα θα έχουμε: 3(+1) +X +4(-2) = 0 άρα X= +5 • Παράδειγμα 2:Να υπολογιστούν οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων στα παρακάτω ιόντα:α) του Cr στο διχρωμικό ιόν, Cr2O72- β) του S στο θειώδες ιόν, SO32-γ) του Ν στο αμμώνιο, ΝΗ4+ α) Ο αριθμός οξείδωσης του Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:2Χ + 7(-2) = -2 άρα Χ = +6 β) Ο αριθμός οξείδωσης του Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:X + 3(-2) = -2 άρα X = +4 γ) Ο αριθμός οξείδωσης του Η είναι +1, άρα θα έχουμε:Χ + 4(+1) = +1 άρα Χ = -3

Οξειδωτικά και Αναγωγικά σώματα

Ημιαντίδραση οξείδωσης αναγωγικού σώματος • Γράφουμε στα αντιδρώντα το αναγωγικό σώμα και στα προϊόντα το σώμα που παράγεται από την οξείδωση. • Ισοσταθμίζουμε τα άτομα του στοιχείου που παρουσιάζει τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης. • Βρίσκουμε τη συνολική μεταβολή του αριθμού οξείδωσης (εδώ αύξηση). • Προσθέτουμε στα προϊόντα τόσα ηλεκτρόνια e-, όση είναι η συνολική μεταβολή του αριθμού οξείδωσης. • Προσθέτουμε στα προϊόντα τόσα υδρογονοκατιόντα Η+ όσα χρειάζονται ώστε να πετύχουμε ισοδυναμία φορτίων πρώτου-δεύτερου μέλους. • Προσθέτουμε κατάλληλο αριθμό μορίων νερού, όπου χρειάζεται, ώστε να πετύχουμε ισοδυναμία μάζας πρώτου-δεύτερου μέλους.

Ημιαντίδραση οξείδωσης αναγωγικού σώματος • Παράδειγμα 1:Να γραφεί η ημιαντίδραση οξείδωσης των SO32- η οποία εκφράζει την αναγωγική δράση του Νa2SO3 σε όξινο περιβάλλον. SO32- → SO42- Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 2 SO32- → SO42- + 2e- SO32- → SO42- + 2e- + 2H+ SO32- + H2O → SO42- + 2e- + 2H+ • Παράδειγμα 2:Να γραφεί η ημιαντίδραση οξείδωσης του οξυγόνου η οποία εκφράζει την αναγωγική δράση του Η2Ο2 σε όξινο περιβάλλον. Η2Ο2 → Ο2 Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 2 Η2Ο2 → Ο2 + 2e- Η2Ο2 → Ο2 + 2e- + 2H+

Ημιαντίδραση οξείδωσης αναγωγικού σώματος • Παράδειγμα 3:Να γραφεί η ημιαντίδραση οξείδωσης του S η οποία εκφράζει την αναγωγική δράση του Η2S σε όξινο περιβάλλον. Η2S → S Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 2 Η2S → S + 2e- Η2S → S + 2e- + 2H+ • Να συμπληρωθεί η ημιαντίδραση οξείδωσης του Cl2 προς ClO3- σε βασικό περιβάλλον. Cl2 → ClO3- Cl2 → 2 ClO3- Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 10 Cl2 → 2 ClO3- + 10e- Cl2 + 12OH- → 2 ClO3- + 10e- Cl2 + 12OH- → 2 ClO3- + 10e- + 6H2O

Ημιαντιδράσεις στις κατηγορίες των αναγωγικών σωμάτων • 1. Στοιχεία: Μ (0) → ΜΧ+ (+x) + xe- , π.χ. Zn (0) → Zn2+ (+2) + 2e- H2 (0) → 2H+ (+1) + 2e- • 2. Οξείδια: Η2Ο2 (-1) →Ο2 (0) + 2Η+ + 2e- S(+4)O2 + 2H2O → S(+6)O42- + 4H+ + 2e- • 3. Οξέα:Η2S (-2) → S (0) + 2H+ + 2e- 2HX (-1) → X2 (0) + 2H+ + 2e- όπου Χ: Cl, Br, I Η2S(+4)O3 + H2O → H2S(+6)O4 + 2H+ + 2e- H3P(+3)O3 + H2O → H3P(+5)O4 + 2H+ + 2e- • 4. Βάσεις2N(-3)H3 → N2(0) + 6H+ + 6e- • 5. ΆλαταNaX: 2X- → X2 (0) + 2e- (X = Cl, Br, I )Na2S: S2- → S (0) + 2e- ή S2- +4H2O → 8H+ + S(+6)O42- + 8e- Na2SO3: S(+4)O32- + H2O → S(+6)O42- + 2e- + 2H+FeCl2: Fe2+ → Fe3+ +e- SnCl2: Sn2+ → Sn4+ + 2e-

Ημιαντίδραση αναγωγής οξειδωτικού σώματος • Γράφουμε στα αντιδρώντα το οξειδωτικό σώμα και στα προϊόντα το σώμα που παράγεται από την αναγωγή. • Ισοσταθμίζουμε τα άτομα του στοιχείου που παρουσιάζει τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης. • Βρίσκουμε τη συνολική μεταβολή του αριθμού οξείδωσης (εδώ μείωση). • Προσθέτουμε στα αντιδρώντα τόσα ηλεκτρόνια e-, όση είναι η συνολική μεταβολή του αριθμού οξείδωσης. • Προσθέτουμε στα αντιδρώντα τόσα υδρογονοκατιόντα Η+ όσα χρειάζονται ώστε να πετύχουμε ισοδυναμία φορτίων πρώτου-δεύτερου μέλους. • Προσθέτουμε κατάλληλο αριθμό μορίων νερού, όπου χρειάζεται, ώστε να πετύχουμε ισοδυναμία μάζας πρώτου-δεύτερου μέλους.

Ημιαντίδραση αναγωγής οξειδωτικού σώματος • Παράδειγμα 1:Να γραφεί η ημιαντίδραση αναγωγής των ΝΟ3- σε ΝΟ2 η οποία εκφράζει την οξειδωτική δράση του πυκνού ΗΝΟ3. • ΝΟ3- → ΝΟ2 • Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 1 • ΝΟ3- + e- → ΝΟ2 • ΝΟ3- + e- + 2H+ → ΝΟ2 • ΝΟ3- + e- + 2H+ → ΝΟ2 + H2O • Παράδειγμα 2:Να γραφεί η ημιαντίδραση αναγωγής των Cr2O72- η οποία εκφράζει την οξειδωτική δράση του Κ2Cr2O7 σε όξινο περιβάλλον. • Cr2O72- → 2Cr3+ • Συνολική μεταβολή Α.Ο =2·3 = 6 • Cr2O72- + 6e- → 2Cr3+ • Cr2O72- + 6e- + 14 H+ → 2Cr3+ • Cr2O72- + 6e- + 14 H+ → 2Cr3+ + 7H2O

Ημιαντίδραση αναγωγής οξειδωτικού σώματος • Παράδειγμα 3:Να γραφεί η ημιαντίδραση αναγωγής των MnO4- η οποία εκφράζει την οξειδωτική δράση του ΚMnO4 σε όξινο περιβάλλον. • MnO4- → Mn2+ • Συνολική μεταβολή Α.Ο = 5 • MnO4- + 5e- → Mn2+ • MnO4- + 5e- + 8H+ → Mn2+ • MnO4- + 5e- + 8H+ → Mn2+ + 4H2O

Ημιαντιδράσεις στις κατηγορίες των οξειδωτικών σωμάτων • 1. Στοιχεία:Χ2(0) + 2e- → 2X- ( X = F, Cl, Br, I )O2(0) + 4e- → 2O2- O3(0) + 2e- → O2 + O2- • 2. Οξείδια:H2O2(-1) + 2H+ + 2e- → 2H2O(-2)Mn(+4)O2 + 4H+ + 2e- → Mn2+ + 2H2O S(+4)O2 + 4H+ + 2e- → S(0) + 2H2O • 3. Οξέα:Πυκνό ΗΝΟ3 : N(+5)O3- + 2H+ + e- → N(+4)O2 + H2OΑραιό ΗΝΟ3 : N(+5)O3- + 4H+ + 3e- → N(+2)O + 2H2OΠυκνό Η2SO4 : S(+6)O42- + 4H+ + 2e- → S(+4)O2 + 2H2O • 4. Άλατα:KMnO4 : Mn(+7)O4 + 8H+ + 5e- → Mn+2 + 4H2OK2Cr2O7 : Cr2(+6)O72- + 14H+ + 6e- → 2Cr3+ + 7H2ONaClO : Cl(+1)O- + 2H+ + 2e- → Cl- + H2ONaClO3 : Cl(+5)O3- + 6H+ + 6e- → Cl- + 3H2ONaClO4 : Cl(+7)O4- + 8H+ + 8e- → Cl- + 4H2OCaOCl2 : OCl(0)2-2 + 2H+ + 2e- → 2Cl- + H2OFeCl3 : Fe3+ + e- → Fe2+SnCl4 : Sn4+ + 2e- → Sn2+

Τα κυριώτερα οξειδωτικά μέσα

Τα κυριώτερα οξειδωτικά μέσα (συνέχεια)

Τα κυριώτερα αναγωγικά μέσα

Τα κυριώτερα αναγωγικά μέσα (συνέχεια)

Οξειδοαναγωγικά ζεύγη(με βάση την οξειδωτική τους ισχύ)

Όταν το οξειδωτικό ή το αναγωγικό σώμα είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης, γράφεται με την πραγματική μορφή που βρίσκεται στο διάλυμα, δηλαδή με τη μορφή ιόντων. Ένα απ’ αυτά αποτελεί το δραστικό ιόν με το οποίο και εκφράζεται η οξειδωτική ή αναγωγική δράση του ηλεκτρολύτη. Ποιο απ’ αυτά θα αποτελέσει το δραστικό ιόν εξαρτάται από την οξειδωτική και αναγωγική ισχύ των ημιστοιχείων των αντίστοιχων οξειδοαναγωγικών ζευγών τους. Παράδειγμα 1:Στην περίπτωση που ο ηλεκτρολύτης είναι το KMnO4 , μέσα στο διάλυμα εμφανίζονται τα ιόντα του δηλαδή Κ+ και MnO4-. Ποιο από τα δύο ιόντα όμως είναι το δραστικό ιόν που θα υποστεί την αναγωγή εκφράζοντας την οξειδωτική ισχύ του KMnO4; Κοιτάζοντας τον πίνακα με τη σειρά οξειδωτικής ισχύος των οξειδοαναγωγικών ζευγών, παρατηρούμε ότι η ημιαντίδραση αναγωγής του οξειδοαναγωγικού ζεύγους MnO4- / Mn2+: (MnO4- + 5e- + 8H+→ Mn2+ + 4H2O ) είναι πιο μπροστά στην κλίμακα της οξειδωτικής ισχύος απ’ ότι η ημιαντίδραση αναγωγής του οξειδοαναγωγικού ζεύγους Κ / Κ+: (Κ+ + e- → K ) πράγμα που σημαίνει ότι το ιόν του MnO4- είναι πιο ισχυρό οξειδωτικό απ’ ότι το Κ+ και άρα αυτό θα υποστεί την αναγωγή. http://www.gst-d2l.com/homework/OxNumTut.html

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής • Γράφουμε τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής. • Εάν ο αριθμός ηλεκτρονίων δεν είναι ίδιος στις δύο ημιαντιδράσεις, η μία ημιαντίδραση ή και οι δύο ημιαντιδράσεις πρέπει να πολλαπλασιαστούν μ’ έναν κατάλληλο συντελεστή, έτσι ώστε ο αριθμός των ηλεκτρονίων να είναι ίδιος και στις δύο ημιαντιδράσεις ώστε να διαγράφονται τα ηλεκτρόνια όταν οι ημιαντιδράσεις προστεθούν. • Προσθέτουμε τις δύο ημιαντιδράσεις οπότε απλοποιούνται τα ηλεκτρόνια και προκύπτει η συνολική αντίδραση.

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής • Παράδειγμα 1:Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης οξείδωσης του SO2 από Cr2O72- σε όξινο περιβάλλον. • Βήμα 1.Βρίσκουμε πρώτα τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής: • Ημιαντίδραση οξείδωσης: SO2 → H2SO4 Συνολική μεταβολή Α.Ο = 2SO2 → H2SO4 + 2e- SO2 → H2SO4 + 2e- + 2H+ SO2 + 2H2O → H2SO4+ 2e- + 2H+ • Ημιαντίδραση αναγωγής: Cr2O72- → 2Cr3+ Συνολική μεταβολή Α.Ο =2·3 = 6Cr2O72- + 6e- → 2Cr3+Cr2O72- + 6e- + 14H+ → 2Cr3+Cr2O72- + 6e- + 14H+ → 2Cr3++7H2O • Βήμα 2.Πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση οξείδωσης επί 3 ώστε να εξισωθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις δύο ημιαντιδράσεις: • Ημιαντίδραση οξείδωσης X 3: 3SO2 + 6H2O → 3H2SO4+ 6e- + 6H+ • Βήμα 3.Προσθέτουμε κατά μέλη τις δύο ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ώστε να προκύψει η συνολική αντίδραση: • Ημιαντίδραση οξείδωσης: 3SO2 + 6H2O → 3H2SO4 + 6e-+ 6H+ • Ημιαντίδραση αναγωγής: Cr2O72- + 6e- + 14H+ → 2Cr3++7H2O • Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση:3SO2 + Cr2O72-+ 8H+ → 3H2SO4 + 2Cr3+ + H2O

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής • Παράδειγμα 2:Να γραφεί η αντίδραση της οξείδωσης των ιόντων Fe2+ από MnO4- σε όξινο περιβάλλον. • Βήμα 1.Βρίσκουμε πρώτα τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής: • Ημιαντίδραση οξείδωσης: Fe2+ → Fe3+ + e- • Ημιαντίδραση αναγωγής: MnO4- → Mn2+ Συνολική μεταβολή Α.Ο = 5MnO4- + 5e- → Mn2+MnO4- + 5e- + 8H+ → Mn2+MnO4- + 5e- + 8H+ → Mn2++ 4H2O • Βήμα 2.Πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση οξείδωσης επί 5 ώστε να εξισωθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις δύο ημιαντιδράσεις: • Ημιαντίδραση οξείδωσης X 5: 5Fe2+ → 5Fe3+ + 5e- • Βήμα 3.Προσθέτουμε κατά μέλη τις δύο ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ώστε να προκύψει η συνολική αντίδραση: • Ημιαντίδραση οξείδωσης: 5Fe2+ → 5Fe3+ + 5e- • Ημιαντίδραση αναγωγής: MnO4- + 5e- + 8H+ → Mn2++ 4H2O • Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση:5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής • Παράδειγμα 3:Με τη βοήθεια των ημιαντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής να συμπληρωθεί η εξίσωση της αντίδρασης: K2Cr2O7+ HBr → …………. • Βήμα 1.Βρίσκουμε πρώτα τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής: • Ημιαντίδραση οξείδωσης: 2Br- → Br2 + 2e- • Ημιαντίδραση αναγωγής: Cr2O72- → 2Cr3+ Συνολική μεταβολή Α.Ο =2·3 = 6Cr2O72- + 6e- → 2Cr3+Cr2O72- + 6e- + 14H+ → 2Cr3+Cr2O72- + 6e- + 14H+ → 2Cr3++7H2O • Βήμα 2.Πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση οξείδωσης επί 3 ώστε να εξισωθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις δύο ημιαντιδράσεις: • Ημιαντίδραση οξείδωσης X 3: 6Br- → 3Br2 + 6e- • Βήμα 3.Προσθέτουμε κατά μέλη τις δύο ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ώστε να προκύψει η συνολική αντίδραση: • Ημιαντίδραση οξείδωσης: 6Br- → 3Br2 + 6e- • Ημιαντίδραση αναγωγής: Cr2O72- + 6e-+ 14H+ → 2Cr3++7H2O • Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση:6Br- + Cr2O72- + 14H+ → 3Br2 + 2Cr3++7H2O

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής Σχηματισμός ένωσης μετάλλου-αμετάλλου • Αντιδράσεις μετάλλου-οξυγόνου. Τα μέταλλα εκτός από τα ευγενή (άργυρος, χρυσός, λευκόχρυσος) ενώνονται απευθείας με το καθαρό ή ατμοσφαιρικό Ο2, σε διαφορετικές για το καθένα συνθήκες. Τα περισσότερα μέταλλα στις συνηθισμένες συνθήκες, προσβάλλονται αργά και επιφανειακά ενώ αντίθετα καίγονται σε υψηλή θερμοκρασία χαρακτηριστική για το καθένα τους. Έτσι, για τις αντιδράσεις σύνθεσης ορισμένων μετάλλων με το Ο2, έχουμε : • 2M + O2 → 2MO όπου Μ = Pb, Zn, Ni, Mg, Ba, Hg, Cu • Κ + Ο2 → ΚΟ2 (το Ο έχει αριθμό οξείδωσης -1/2) • 2Na + O2 → Na2O2 (το Ο έχει αριθμό οξείδωσης -1) • 3Fe + 2O2 → Fe3O4 • 2Al + 3/2 O2 → Al2O3 • Αντιδράσεις μετάλλου-αλογόνου (Χ2 όπου Χ = F, Cl, Br, I). Το φθόριο (F2) είναι το δραστικότερο αλογόνο και αντιδρά ζωηρά με αρκετά μέταλλα ακόμα και με το λευκόχρυσο (Pt) και το χρυσό (Au) : • 3F2 + 2M → 2MF3όπου Μ = Al, Fe, Au • F2 + 2Na → 2NaF • 2F2 + Pt → PtF4 • Το χλώριο (Cl2), το βρόμιο (Βr2) και το ιώδιο (Ι2) δίνουν παραπλήσιες αντιδράσεις αλλά το βρόμιο και το ιώδιο είναι λιγότερο δραστικά : • Cl2 + M → MCl2 όπου Μ = Mg, Mn, Zn, Hg • 3/2 Cl2 + M → MCl3 όπου Μ = Fe, Cr

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής Σχηματισμός ένωσης μετάλλου-αμετάλλου • Αντιδράσεις μετάλλου-θείου. Το θείο (S) προσβάλλει γενικά όλα τα μέταλλα. Τα περισσότερα απ' αυτά, όταν θερμαίνονται με θείο, μετατρέπονται σε ένα σουλφίδιο του μετάλλου : • S + M → MS όπου Μ = Mg, Fe, Cu, Pb, Zn, • Αντιδράσεις μετάλλου-αζώτου. Το άζωτο (Ν2) αντιδρά με ορισμένα μέταλλα σε υψηλή θερμοκρασία και δίνει τα αντίστοιχα νιτρίδια : • N2 + 3M → M3N2 όπου Μ = Ca, Mg, Ra, Mn • N2 + 2Al → 2AlN • Αντιδράσεις μετάλλου-άνθρακα. Ο άνθρακας (C) αντιδρά με ορισμένα μέταλλα σε υψηλή θερμοκρασία και δίνει καρβίδια : • 3C + 4Al → Al4C3 • 2C + Ca → CaC2 • C + 3Fe → Fe3C • 2C + 3Cr → Cr3C2

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής Σχηματισμός ένωσης μετάλλου-αμετάλλου • Αντιδράσεις μετάλλου-υδρογόνου. Το υδρογόνο (Η2) αντιδρά με τα στοιχεία της 1ης (αλκάλια) και 2ης ομάδας (αλκαλικές γαίες) του περιοδικού πίνακα σχηματίζοντας τα αντίστοιχα υδρίδια όπου έχει αριθμό οξείδωσης -1. Το Η2 συμπεριφέρεται ως οξειδωτικό : • 1/2 H2 + M → MH όπου Μ = Li, K, Na, Rb • H2 + M → MH2όπου M = Ca, Mg, Ba, Ra • Αντιδράσεις μετάλλου-φωσφόρου, αρσενικού, αντιμόνιου. Ο φωσφόρος (P), το αρσενικό (As) και το αντιμόνιο (Sb) αντιδρούν με ορισμένα μέταλλα και δίνουν τα αντίστοιχα φωσφίδια, αρσενίδια και αντιμονίδια : • 3Ca + 2P → Ca3P2 • 3Mg + 2As → Mg3As2 • 3Ca + Sb → Ca3Sb2

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Σχηματισμός ένωσης δύο αμετάλλων

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Αντιδράσεις αποσύνθεσης ή διάσπασης • Αυθόρμητες διασπάσεις που γίνονται χωρίς εξωτερικό ερέθισμα όπως είναι π.χ. η διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο: 2H2O2 → 2H2O + O2. Αυτές οι αντιδράσεις αποσύνθεσης είναι σπάνιες. • Θερμικές διασπάσεις. Έτσι ονομάζονται οι αντιδράσεις στις οποίες ορισμένα σώματα με θέρμανση ή πύρωση απουσία αέρα, διασπώνται σε δύο ή περισσότερα σώματα π.χ. η θερμική διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου: CaCO3 → CaO + CO2. • Ηλεκτρολυτικές διασπάσεις. Είναι διασπάσεις που επιτυγχάνονται με την παρουσία ηλεκτρικού ρεύματος όπως είναι π.χ. η ηλεκτρολυτική διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο: 2H2O → 2H2 + O2.

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης • Δράσεις των αλογόνων Το καθένα αντικαθιστά τα επόμενά του, στις ενώσεις στις οποίες περιέχονται με αρνητικό αριθμό οξείδωσης. Παραδείγματα : • F2 + 2KBr → 2KF + Br2 • X2 + H2S → 2HX + S (X = F,Cl,Br,I) • 3X2 + 8NH3 → N2 + 6NH4X • 2F2 + SiO2 → SiF4 + O2 • Cl2 + H2O2 → 2HCl + O2 • Br2 + KF → αδύνατη. Το καθένα αντικαθίσταται από τα επόμενά του, στις ενώσεις στις οποίες περιέχονται με θετικό αριθμό οξείδωσης. Τέτοιες ενώσεις είναι συνήθως άλατα όπως KXO3, NaXO κ.ά. Παραδείγματα : • Br2 + NaClO3 → NaBrO3 + Cl2 • I2 + KBrO → 2KIO + Br2 • KBrO + F2 → αδύνατη

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης • Δράσεις του οξυγόνου Το οξυγόνο οξειδώνει πολλές κατηγορίες ενώσεων. Παρόλο που είναι μετά το χλώριο και το βρώμιο, εν τούτοις μπορεί σε μερικές περιπτώσεις να τα αντικαταστήσει. Φυσικά αντικαθιστά τα αμέταλλα μετά απ' αυτό στη σειρά : • O2 + 2HX → 2H2O + 2X2 (X = Cl, Br, I) • O2 + H2S → 2H2O + 2S • O2 + 2CaI2 → 2CaO + 2I2 • 3O2 + 4MX3 → 2M2O3 + 6X2 (M = Al, Fe και Χ = Br, Cl) Αντικαθιστά το Ν στην αμμωνία (καύση της αμμωνίας) : • 2NH3 + 3/2 O2 → 3H2O + N2 Το καθαρό ή το ατμοσφαιρικό Ο2 αντικαθιστά τον άνθρακα στις οργανικές ενώσεις και τον μετατρέπει σε CO2 (καύση οργανικών ενώσεων): • CH4 + O2 → CO2 + 2H2O Αντικαθιστά το θείο από πολλά ορυκτά όπως σιδηροπυρίτη (FeS2), σφαλερίτη (ZnS), γαληνίτη (PbS) κ.ά. Το θείο μετατρέπεται σε SO2 και όχι σε ελεύθερο S : • 2FeS2 + 11/2 O2 → Fe2O3 + 4SO2 • ZnS + 3/2 O2 → ZnO + SO2

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης • Δράσεις του άνθρακα O άνθρακας στις αντιδράσεις απλής αντικατάστασης, αντικαθιστά μέταλλα μάλλον παρά αμέταλλα. Αντικαθιστά το Si στο SiO2 δίνοντας SiC αν είναι σε περίσσεια : • SiO2 + 2C → Si + 2CO • SiO2 + 3C → SiC + 2CO Αντικαθιστά τον Ρ, το Ν, το As στα οξείδια τους (παρόλο που είναι μετά απ' αυτά στη σειρά) επειδή έχουν θετικούς αριθμούς οξείδωσης. Ο P έχει αο. = +5 ή +3 στα οξείδιά του, το Ν έχει α.ο. = +2 στο ΝΟ και το As έχει α.ο. = +3 στο As2O3 : • 10C + 2P2O5 → P4 + 10CO • 6C + 2P2O3 → P4 + 6CO • C + 2NO → N2 + CO2 • 3C + As2O3 → 2As + 3CO

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης • Απλή αντικατάσταση μεταξύ μετάλλων • Στις αντιδράσεις αυτές ένα μέταλλο (M) αντικαθιστά τα επόμενά του (Μ') στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων : Μ + Μ'Α → ΜΑ + Μ' όπου Α = ανιόν μονοατομικό (π.χ Cl-) ή και πολυατομικό (π.χ SO42-) π.χ. Fe + HgS → FeS + Hg, Zn + Cu2SO4 →ZnSO4 + Cu.Η ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων είναι : Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H2 Bi CuHgAg Pt Au • Κάθε μέταλλο αντικαθιστά στις ενώσεις τους τα μέταλλα που βρίσκονται μετά από αυτό στη σειρά επειδή είναι ισχυρότερο αναγωγικό. Γι’αυτό η σειρά είναι γνωστή και ως σειρά αναγωγικής ισχύος των μετάλλων : Όσο αριστερότερα βρίσκεται ένα μέταλλο, τόσο αναγωγικότερο είναι.

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης • Δράσεις των διαφόρων μετάλλων Εαν το μέταλλο που αντικαθιστά (δηλ. το Μ στο γενικό σχήμα Μ + Μ'Α → ΜΑ + Μ') έχει πολλούς αριθμούς οξείδωσης (όπως π.χ. ο σίδηρος, Fe), τότε στο άλας ΜΑ θα έχει το μικρότερο απ' αυτούς. Εξαίρεση αποτελεί ο χαλκός (Cu) που έχει δύο αριθμούς οξείδωσης +1 και +2 αλλά στη παραπάνω σειρά προηγείται ο Cu2+ (βλέπε σημείωση) : • 3Fe + 2AuCl3 → 3FeCl2 + 2Au • Cu + 2AgNO2 → Cu(NO2)2 + Ag • 3Fe + Bi2S3 → 3FeS + 2Bi • 2K[Ag(CN)2] + • Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr • 3Mn3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Mn • Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe • Fe + CaCl2 → αδύνατη • Cu + ZnSO4 → αδύνατη

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης • Δράσεις του υδρογόνου • Αντικατάσταση υδρογόνου από μέταλλο Τα μέταλλα αριστερά του Η2 στη σειρά μπορούν να το αντικαταστήσουν σε διάφορες ενώσεις του. • Μ + οξύ → άλας + Η2 όπου Μ = μέταλλο αριστερά του υδρογόνου στη σειρά εκτός του μολύβδου (Pb) και οξύ = κάθε οξύ εκτός από το νιτρικό (ΗΝΟ3) και το πυκνό θειικό (H2SO4) • Ba + 2HCl → BaCl2 + H2 • Fe + H2SO4 (αραιό) → FeSO4 + H2 • Ag + HCl → αδύνατη • Au + Η2SO4 (αραιό) → αδύνατη[7] • Μ + νερό → υδροξείδιο ή οξείδιο + Η2 όπου Μ = μέταλλο κυρίως K, Ca, Ba, Na αλλά και άλλα μέταλλα αριστερά του Η2 στη σειρά που αντιδρούν όμως σε υψηλή θερμοκρασία με το νερό δίνοντας κυρίως το αντίστοιχο οξείδιο. • Na + H2O → NaOH + 1/2 H2 • Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2 • Mg + H2O → MgO + H2 • 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (στους 530°C) • 2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2 • Cu + H2O → αδύνατη • Al,Zn,Sn,Pb + ισχυρή βάση → άλας + Η2 όπου ισχυρή βάση = ΚΟΗ, ΝaOΗ. • Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2 • Pb + 2KOH → K2PbO2 + H2

Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής • Οι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης • Αντικατάσταση μετάλλου από υδρογόνο Το υδρογόνο μπορεί να αντικαταστήσει μέταλλα στα οξείδια τους ή στα άλατα τους. Τα μέταλλα αυτά είναι δεξιότερα του υδρογόνου στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων. Εξαίρεση αποτελεί ο Fe στο Fe2O3 : • CuO + H2 → Cu + H2O • AgCl + 1/2 H2 → HCl + Ag • Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

Οξειδοαναγωγή

Οξειδοαναγωγή

Presentation Transcript