15.2 – Oxidationstal

I mere komplekse oxidations-reduktionsreaktioner, er identifikationen af hvilke stoffer der oxideres og reduceres, ikke altid åbenlys, som det har været gældende for reaktionerne i forrige afsnit. For at hjælpe med at identificere hvilke atomer der bliver oxideres eller reduceret, tilknytter vi værdier kaldet oxidationstal (eller sommetider oxidationstilstand) til grundstofferne i reaktanterne og produkterne. Det er vigtigt at anerkende, at oxidationstallene ikke altid repræsenterer de faktiske ladninger, men de hjælper os med at identificerer tab eller optag af elektroner.

Regler for tildeling af oxidationstal

Reglerne for tildeling af oxidationstal til atomerne i reaktanterne og produkterne, kan ses i tabel 15.1.

Vi kan nu se, hvordan disse regler anvendes til at tildele oxidationstal. For hver kemisk formel, skrives oxidationstallene under grundstoffernes symboler (se tabel 15.2).

Opgaveeksempel 15.1

Tildeling af oxidationstal Tildel oxidationstal til grundstofferne i hver af følgende: a. ${\mathrm{NCl}}_3$         b. ${\mathrm{CO}}_3^{2–}$ Løsning a. NCl3: Oxidationstallet for Cl er -1 (regel 5). For NCl3 (neutralt), skal summen af oxidationstal for N og 3 Cl være lig med nul (regel 1). Derfor, kan oxidationstallet for N beregnes til +3: N + 3 Cl = 0 N + 3(-1) = 0 N = +3 Oxidationstallene skrives som: ${\mathrm{NCl}}_3$ +3 -1 b. CO32-: Oxidationstallet for O er -2 (regel 6). For CO32-, skal summen af oxidationstal være lig med ladningen -2 (regel 1). Oxidationstallet for C kan derfor beregnes til +4: C + 3 O = -2 C + 3(-2) = -2 C = +4 Oxidationstallene skrives som: ${\mathrm{CO}}_3^{2–}$ +4 -2

Brug af oxidationstal til identifikation af oxidation og reduktion

Oxidationstal kan bruges til at identificere de grundstoffer der bliver oxideret og de grundstoffer der bliver reduceret i en reaktion. I oxidation, resulterer tabet af elektroner i en stigning i oxidationstallet, så det er højere (mere positivt) i produktet end i reaktanten. I reduktion, resulterer optagelsen af elektroner i et fald i oxidationstallet (mere negativt) i produktet end i reaktanten.

Opgaveeksempel 15.2

Brug af oxidationstal for at finde oxidation og reduktion Angiv det grundstof der bliver oxideret og det grundstof der bliver reduceres i følgende reaktion: ${\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to {\mathrm{CO}}_{\left(\mathrm{g}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}$ Løsning Trin 1: Tildel oxidationstal til hvert grundstof.I H2 er oxidationstallet for H 0. I H2O, er oxidationstallet for H +1. I CO2, CO, og H2O, er oxidationstallet for O -2. Ved at bruge Oxidationstallet -2 for O, vil oxidationstallene for C blive +4 i CO2 og +2 i CO. $\underset{+4–2}{{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}}+\underset{0}{{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}}\to \underset{+2–2}{{\mathrm{CO}}_{\left(\mathrm{g}\right)}}+\underset{+1–2}{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{l}\right)}} \underset{\mathrm{Oxidationstal}}{{}_{}}$ Trin 2: Angiv en stigning i oxidationstallet som en oxidation; faldet i oxidationstallet som en reduktion. H oxideres, fordi dets oxidationstal stiger fra 0 til +1. C reduceres, fordi dets oxidationstal falder fra +4 til +2.

Oxidations- og reduktionsmidler

Vi har nu set, at en oxidationsreaktion altid skal have følge af en reduktionsreaktion. Stoffet der mister elektroner, oxideres, og stoffet der optager elektroner, reduceres. For eksempel bliver Zn oxideret til Zn²⁺, ved at miste 2 elektroner, og Cl₂ reduceres til 2 Cl^–, ved at optage 2 elektroner:

${\mathrm{Zn}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{Cl}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}\to {\mathrm{ZnCl}}_{2\left(\mathrm{s}\right)}$

I en redoxreaktion, kaldes stoffet der oxideres for reduktionsmiddel fordi det leverer elektroner. Stoffet der reduceres, kaldes for oxidationsmiddel fordi det optager elektroner. Fordi Zn bliver oxideres i denne reaktion, er Zn reduktionsmidlet. I samme reaktion reduceres Cl₂, hvilket gør det til oxidationsmidlet.

$\mathrm{Zn}\to {\mathrm{Zn}}^{2+}+2e^{–} \mathrm{Zn} \mathrm{oxideres}: \mathrm{Zn} \mathrm{er} reduktionsmidlet$

${\mathrm{Cl}}_2+2e^{–}\to 2{\mathrm{Cl}}^{–} \mathrm{Cl} (\mathrm{i} {\mathrm{Cl}}_2) \mathrm{reduceres}; {\mathrm{Cl}}_2 \mathrm{er} oxidationsmidlet$

De udtryk vi har anvendt til beskrivelse af oxidation og reduktion, kan ses i skemaet til venstre herfor.

Konceptforståelse 15.2

Identificere oxidations- og reduktionsmidler Angiv stoffet der oxideres, stoffet der reduceres, oxidationsmidlet, og reduktionsmidlet, i reaktionen mellem bly(II)oxid og kulmonooxid: ${\mathrm{PbO}}_{2\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{CO}}_{\left(\mathrm{g}\right)}\to {\mathrm{Pb}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}$ Svar Ved at bruge oxidationstal -2 for O, bliver oxidationstallet for Pb i PbO +2, og oxidationstallet for C i CO bliver +2. Grundstoffet Pb, har et oxidationstal på 0. C i CO2 får oxidationstallet +4. Pb i PbO reduceres, fordi oxidationstallet for Pb falder fra +2 til 0. Derfor er forbindelsen PbO oxidationsmidlet. C i CO oxideres, fordi oxidationstallet for C stiger fra +2 til +4. Derfor er forbindelsen CO reduktionsmidlet.

15.3 – Afbalancering af redoxreaktioner med halvreaktioner →