redoxreaktioner

Kemi

2022

Vi förklarar vad redoxreaktioner är, vilka typer som finns, deras tillämpningar, egenskaper och exempel på redoxreaktioner.

I redoxreaktioner förlorar en molekyl elektroner och en annan tar dem.

Vad är redoxreaktioner?

I kemi, är känd som redoxreaktioner, oxidreduktionsreaktioner eller reduktionsoxidationsreaktioner till kemiska reaktioner där ett utbyte av elektroner mellan atomerna eller molekyler involverade.

Detta utbyte återspeglas i förändringen av tillståndet av oxidation av reagenserna. Reaktanten som avger elektroner genomgår oxidation och den som tar emot dem, reduktion.

Oxidationstillståndet indikerar mängden elektroner som en atom i ett kemiskt element avger eller accepterar när den är en del av en kemisk reaktion. Det kan också tolkas som det förmodade elektrisk laddning som en viss atom skulle ha om alla dess bindningar med andra atomer var helt joniska. Kallas även oxidationstalet eller Valencia.

Oxidationstillståndet uttrycks i heltaloxidationstillståndet för neutrala grundämnen är noll. Således kan den ta positiva eller negativa värden beroende på typen av atom och reaktionen där den deltar. Å andra sidan, några atomer De har varierande oxidationstillstånd beroende på vilken reaktion de är involverade i.

Vet hur man korrekt bestämmer tillståndet eller oxidationstalet för varje atom i a kemisk förening Det är viktigt att förstå och analysera redoxreaktioner. Det finns vissa regler som låter dig beräkna deras värden:

  • Oxidationstalet för neutrala grundämnen eller molekyler är noll. Till exempel: fasta metaller (Fe, Cu, Zn...), molekyler (O2, N2, F2).
  • De joner föreningar av en enda atom har sitt oxidationstal lika med sin laddning. Till exempel: Na +, Li +, Ca2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cl–.
  • Fluor har alltid ett -1 oxidationstillstånd eftersom det är det mest elektronegativa grundämnet som finns (F–).
  • Väte har alltid oxidationstal +1 (H +), med undantag för metallhydrider (kaliumhydrid, KH), där det har oxidationstal -1 (H–).
  • Syre har oxidationsnummer -2, med några få undantag:
    • När den bildar föreningar med fluor har den ett oxidationstal på 2+. Till exempel: syredifluorid (OF2).
    • När det bildar peroxider har det oxidationstal -1 (O22-). Till exempel: väteperoxid (H2O2), natriumperoxid (Na2O2).
    • När det bildar superoxider har det oxidationstalet -½ (O2–). Till exempel: kaliumsuperoxid (KO2).
  • Den algebraiska summan av oxidationstalen för de atomer som utgör en neutral förening är noll.
  • Den algebraiska summan av oxidationstalen för atomerna som utgör en polyatomisk jon är lika med laddningen på jonen. Till exempel: sulfatanjonen (SO42-) har oxidationstal -2, vilket är lika med summan av oxidationstalen för svavel och syre, var och en multiplicerad med mängden av varje atom i föreningen, i detta fall har den en svavelatom och fyra syreatomer.
  • Oxidationstalen för vissa kemiska grundämnen de kan variera beroende på den neutrala förening eller jon som de är en del av. Sedan är det möjligt att beräkna oxidationstalet för en atom i en förening enligt följande:

Var Nej() betyder oxidationstal, och det kemiska elementet finns inom parentes.

På så sätt finns det i varje redoxreaktion två typer av reaktanter, en som ger upp elektroner och den andra som accepterar dem:

  • Ett oxidationsmedel. Det är atomen som fångar elektronerna. I denna mening minskar dess initiala oxidationstillstånd, och en minskning upplevs. På så sätt ökar den sin negativa elektriska laddning genom att få elektroner.
  • Ett reduktionsmedel. Det är atomen som ger upp elektronerna och ökar dess initiala oxidationstillstånd och genomgår oxidation. På så sätt ökar den sin positiva elektriska laddning genom att ge upp elektroner.

Vissa kemikalier kan oxideras och reduceras samtidigt. Dessa element kallas amfolyter, och processen där detta sker kallas amfolisering.

Redoxreaktioner är en av de vanligaste kemiska reaktionerna i universum, eftersom de är en del av processerna för fotosyntes i växter och av andas hos djur, vilket möjliggör kontinuiteten av liv.

Egenskaper för redoxreaktioner

Redoxreaktioner finns runt omkring oss på en daglig basis. Oxidationen av metaller, den förbränning av gas i köket eller till och med oxidation av glukos för att erhålla ATP i vår kropp är några exempel.

I de flesta fall frisätter redoxreaktioner en betydande mängd Energi.

I allmänhet består varje redoxreaktion av två steg eller halvreaktioner. I en av halvreaktionerna sker oxidation (reaktanten oxideras) och i den andra sker reduktion (reaktanten reduceras).

Den totala redoxreaktionen, som erhålls som ett resultat av att kombinera alla halvreaktioner algebraiskt, kallas ofta den "globala reaktionen". Det är viktigt att notera att när semireaktioner kombineras algebraiskt måste både massa och laddning justeras. Det vill säga, antalet elektroner som frigörs under oxidation måste vara detsamma som antalet elektroner som erhålls under reduktion, och massan av varje reaktant måste vara lika med massan av varje produkt.

Till exempel:

  • Reduktion halvreaktion. Reducering av koppar genom att fånga två elektroner. Minskar dess oxidationstillstånd.
  • Oxidationshalvreaktion. Järnoxidation genom att förlora två elektroner. Ökar dess oxidationstillstånd.

    Global reaktion:

Typer av redoxreaktioner

Förbränningsreaktioner (redoxreaktioner) frigör energi som kan skapa rörelse.

Det finns olika typer av redoxreaktioner, utrustade med olika egenskaper. De vanligaste typerna är:

  • Förbränning. Förbränning är redoxkemiska reaktioner som frigör en betydande mängd energi i form av värme Y ljus. Dessa reaktioner är snabba oxidationer som avger mycket energi. Den frigjorda energin kan användas på ett kontrollerat sätt för att generera rörelse i bilmotorer. Ett element som kallas oxidationsmedel (som reduceras och oxideras till bränslet) och ett bränsleelement (som oxideras och reduceras till oxidationsmedlet). Några exempel på bränslen är bensin och den gas som vi använder i våra kök, medan det mest kända oxidationsmedlet är gasformigt syre (O2).
  • Oxidation av metaller. De är reaktioner långsammare än förbränning. De beskrivs vanligtvis som nedbrytning av vissa material, särskilt metalliska, genom inverkan av syre på dem. Det är ett världsomspännande känt och vardagligt fenomen, särskilt i kustbefolkningar, där salter från miljön accelererar (katalyserar) reaktionen. Det är därför en bil, efter att ha tagit oss till stranden, måste rengöras från alla spår av saltvatten.
  • Disproportion. Även kända som dismutationsreaktioner, presenterar de ett enda reagens som reduceras och oxideras samtidigt. Ett typiskt fall av detta är nedbrytningen av väteperoxid (H2O2).
  • Enkel rullning. Även kallade "enkla substitutionsreaktioner", de uppstår när två element byter ut sina respektive platser inom samma förening. Det vill säga, ett element ersätter ett annat på sin exakta plats i formeln och balanserar sina respektive elektriska laddningar med andra atomer efter behov. Ett exempel är vad som händer när en metall tränger undan väte i en syra och salter bildas, vilket händer när batterier av att en apparat går sönder.

Exempel på redoxreaktioner

Exempel på redoxreaktioner är mycket rikliga. Vi kommer att försöka ge ett exempel på var och en av de tidigare beskrivna typerna:

  • Förbränning av oktan. Octane är en kolväte komponent av bensin som används för att driva motorn i våra bilar. När oktan reagerar med syre oxideras oktanet och syre reduceras, vilket frigör en stor mängd energi som ett resultat av denna reaktion. Denna frigjorda energi används för att generera arbete i motorn, som även producerar koldioxid och vattenånga i processen. Ekvationen som representerar denna reaktion är:
  • Nedbrytningen av väteperoxid. Det är en dismutationsreaktion där väteperoxid bryts ner till dess beståndsdelar, vatten och syre. I denna reaktion reduceras syre genom att minska dess oxidationstal från -1 (H2O2) till -2 (H2O), och det oxideras genom att öka dess oxidationstal från -1 (H2O2) till 0 (O2).
  • Förskjutning av silver med koppar. Det är en reaktion av förflyttning enkel där du kan se hur genom att doppa ett fragment av metallisk koppar i en lösning av silvernitrat, Färg av lösningen blir blå och ett tunt lager av metalliskt silver avsätts på kopparfragmentet. I detta fall omvandlas en del av den metalliska kopparn (Cu) till Cu2+-jonen, som en del av koppar(II)nitratet (Cu (NO3) 2), vars lösning har en vacker blå färg. Å andra sidan omvandlas en del av Ag + katjonen, som är en del av silvernitrat (AgNO3), till metalliskt silver (Ag) som avsätts.
  • Reaktion av zink med utspädd saltsyra. Det är en enkel undanträngningsreaktion där väte i HCl (aq) ersätts av zink för att bilda ett salt.
  • Järnoxidation. Metalliskt järn oxiderar när det kommer i kontakt med syre från luft. Detta ses i vardagen när järnföremål bildar ett lager av brunrost när de utsätts för luft under långa perioder. I denna reaktion omvandlas metalliskt järn (Fe), som har ett oxidationstillstånd på 0, till Fe3+, det vill säga dess oxidationstillstånd ökar (det oxiderar). Av denna anledning sägs det intuitivt eller vardagligt: ​​järn rostar.

Industriella tillämpningar

I kraftverk kan redoxreaktioner flytta stora motorer.

De industriella tillämpningarna av redoxreaktioner är oändliga. Till exempel är förbränningsreaktioner idealiska för att producera jobb som tjänar till att generera rörelse i de stora motorer som används i kraftverk för att producera elektricitet.

Processen består av förbränning fossila bränslen att få värme och producera vattenånga i en panna, då används denna ånga för att driva stora motorer eller turbiner. Å andra sidan används förbränningsreaktioner också för att driva motorn i motorfordon som använder fossila bränslen, till exempel våra bilar.

Å andra sidan är substitutions- och undanträngningsredoxreaktioner användbara för att erhålla vissa element i ett tillstånd av renhet som inte ofta ses i natur. Till exempel är silver mycket reaktivt. Även om det är sällsynt att hitta det rent i mineralunderjorden kan en hög renhetsgrad erhållas genom en redoxreaktion. Samma sak händer när det kommer till att skaffa salter och annat föreningar.

!-- GDPR -->