15.1 – Oxidations-reduktionsreaktioner

I en oxidations-reduktionsreaktion (forkortet redox), overføres elektroner fra et stof til et andet. Hvis et stof taber elektroner, må et andet stof optage elektroner. Oxidation er defineret som tab af elektroner; reduktion er defineret som optagelse af elektroner.

Ved dannelsen af ionforbindelser, har vi set at metaller taber elektroner og bliver til positive ioner, og ikke-metaller vinder elektroner og bliver til negative ioner. Vi kan nu se på oxidations- og reduktionsreaktionen som finder sted, når metallet calcium reagerer med svovl, og danner ionforbindelsen calciumsulfid:

${\mathrm{Ca}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{S}}_{\left(\mathrm{s}\right)}\to {\mathrm{CaS}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$

Grundstoffet Ca på reaktantsiden, har en ladning på 0, men i produktet CaS, er det til stede som en Ca²⁺ ion. Fordi ladningen er mere positiv ved vi, at calciumatomet har mistet to elektroner, hvilket betyder at calcium blev oxideret i reaktionen:

${\mathrm{Ca}}^0\to {\mathrm{Ca}}^{2+}+2e^{–} \mathrm{Oxidation}: \mathrm{Ca} \mathrm{taber} \mathrm{elektroner}$

Samtidig, har grundstoffet S på reaktantsiden, en ladning på 0, men i produktet CaS, er det til stede som en S^2- ion. Igen, fordi ladningen er mere negativ ved vi, at svovlatomet har optaget to elektroner, hvilket betyder at en reduktion fandt sted:

${\mathrm{S}}^0+2e^{–}\to {\mathrm{S}}^{2–} \mathrm{Reduktion}: \mathrm{S} \mathrm{optager} \mathrm{elektroner}$

Derfor, indeholder dannelsen af CaS samlet set, en oxidations- og en reduktionsreaktion, der forekommer samtidigt. I enhver oxidation og reduktion, skal antallet af tabte elektroner, være lig med antallet af optagne elektroner. Fordi hvert grundstof viser et tab eller optagelse af to elektroner, kan vi lægge dem sammen til en reaktion, der viser dannelsen af CaS:

Den samlede reaktionsligning uden ladninger, skrivers således:

${\mathrm{Ca}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{S}}_{\left(\mathrm{s}\right)}\to {\mathrm{CaS}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$

Som vi ser i næste reaktion mellem zink og kobber(II)sulfat, sker der altid en oxidation ved enhver reduktion (se figur 15.1).

${\mathrm{Zn}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{CuSO}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}\to {\mathrm{ZnSO}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}+{\mathrm{Cu}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$

Vi kan opstille reaktionsligningen, så vi viser atomer og ioner:

${\mathrm{Zn}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{Cu}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}+{\mathrm{SO}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}^{2–}\to {\mathrm{Zn}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}+{\mathrm{SO}}_{4\left(\mathrm{aq}\right)}^{2–}+{\mathrm{Cu}}_{\left(\mathrm{s}\right)}$

I denne reaktion, mister Zn atomet to elektroner og danner Zn²⁺. Stigningen ladningen fortæller os, at Zn bliver oxideret. På samme tid, optager Cu²⁺ to elektroner og danner Cu. Faldet i ladningen fortæller os, at Cu²⁺ bliver reduceret. SO₄^2- ionerne, er tilskuerioner, hvilket betyder at de er tilstede på både reaktantsiden og produktsiden, og ikke ændres.

${\mathrm{Zn}}_{\left(\mathrm{s}\right)}\to {\mathrm{Zn}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}+2e^{–} \mathrm{Oxidation} \mathrm{af} \mathrm{Zn}$

${\mathrm{Cu}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}+2e^{–}\to {\mathrm{Cu}}_{\left(\mathrm{s}\right)} \mathrm{Reduktion} \mathrm{af} \mathrm{Cu}$

Konceptforståelse 15.1

Identificer en oxidation og reduktion Angiv hver af følgende som en oxidation eller en reduktion: a. ${\mathrm{Be}}_{\left(\mathrm{s}\right)}^0\to {\mathrm{Be}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}$b. ${\mathrm{Mg}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}\to {\mathrm{Mg}}_{\left(\mathrm{s}\right)}^0$c. $2 {\mathrm{Cl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}\to {\mathrm{Cl}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}^0$ Svar a. Når et Be atom mister to elektroner og danner en Be2+ ion, er det en oxidation: ${\mathrm{Be}}_{\left(\mathrm{s}\right)}^0\to {\mathrm{Be}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}+2e^{–}$ b. Når en magnesiumion med en 2+ ladning optager to elektroner og danner et neutralt magnesiumatom, er det en reduktion: ${\mathrm{Mg}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{2+}+2e^{–}\to {\mathrm{Mg}}_{\left(\mathrm{s}\right)}^0$ c. Når to chloridioner, hver med en ladning på 1-, mister to elektroner og danner to neutrale chloratomer i et Cl2 molekyle, er det en oxidation: $2 {\mathrm{Cl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}\to {\mathrm{Cl}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}^0+2e^{–}$

15.2 – Oxidationstal →