τα βιβλία των επιτυχιών

Transcript

1 Τα βιβλία των Εκδόσεων Πουκαμισάς συμπυκνώνουν την πολύχρονη διδακτική εμπειρία των συγγραφέων μας και αποτελούν το βασικό εκπαιδευτικό υλικό που χρησιμοποιούν οι μαθητές των φροντιστηρίων μας. Μέσα από τη διαρκή τους αξιοποίηση στις τάξεις μας διασφαλίζουμε τον εμπλουτισμό τους, τη συνεχή τους βελτίωση και την επιστημονική τους αρτιότητα, καθιστώντας τα βιβλία των Εκδόσεών μας εγγύηση για την επιτυχία των μαθητών. τα βιβλία των επιτυχιών

2 Στέφανος Γεροντόπουλος Μι χά λ η ς Γκ έ κ ο ς Δρ. Μαρίνος Ιωάννου ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ Γ Λυκείου Θετικών Σπουδών α τόμος

3 Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ 1.1. Οξείδωση, αναγωγή και αριθμός οξείδωσης Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής στην Ανόργανη Χημεία Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής στην Οργανική Χημεία ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ 2.1. Θερμοχημεία ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ 3.1. Χηµική κινητική και ταχύτητα αντίδρασης Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα μιας αντίδρασης Καταλύτες ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 4.1. Χηµική ισορροπία και απόδοση αντίδρασης Παράγοντες χηµικής ισορροπίας Η αρχή Le Chatelier Σταθερά χημικής ισορροπίας (K c ) Επαναληπτικές ασκήσεις για λύση ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Περιοδικός πίνακας Πίνακας σχετικών ατοµικών µαζών Βιβλιογραφία

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ

5 Εισαγωγή 1.1 ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ Οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις έχουν ιδιαίτερη σημασία για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και ιδιαίτερα για τον άνθρωπο και τα δημιουργήματά του. Η αναπνοή, η φωτοσύνθεση, η καύση, η διάβρωση ενός μετάλλου, η λειτουργία μιας μπαταρίας είναι ορισμένες μόνο χαρακτηριστικές περιπτώσεις οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων. Στο πέρασμα των χρόνων δόθηκαν πολλοί ορισμοί από τους χημικούς που μελέτησαν αυτές τις αντιδράσεις για τα φαινόμενα της οξείδωσης και της αναγωγής. 1. Ποιοι ήταν οι αρχικοί ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή; Οι αρχικοί ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή, όταν δεν ήταν ακόμα γνωστή η ηλεκτρονιακή δόμηση των ατόμων, ήταν οι εξής: Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μία χημική ένωση. Παραδείγματα: Ν 2(g) + 2O 2(g) 2ΝO 2(g) (το άζωτο οξειδώθηκε ενώθηκε με Ο) 4HCl (g) + O 2(g) 2Cl 2(g) + 2H 2 O (g) (το χλώριο οξειδώθηκε αφαιρέθηκε Η) Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με το υδρογόνο ή η αφαίρεση οξυγόνου από μία χημική ένωση. Παραδείγματα: Ι 2(g) + Η 2(g) 2ΗΙ (g) (το ιώδιο ανάχθηκε ενώθηκε με Η) ZnO (g) + C (s) Zn (s) + CO (g) (ο ψευδάργυρος ανάχθηκε αφαιρέθηκε Ο) Όμως, με τους παραπάνω ορισμούς δεν καλύπτονται οι περιπτώσεις των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων στις οποίες δεν έχουμε την παρουσία οξυγόνου και υδρογόνου στις ενώσεις που συμμετέχουν. Για παράδειγμα, στην παρακάτω αντίδραση: 2Νa (s) + Cl 2(g) 2NaCl (s) έχουμε μεταφορά ηλεκτρονίων από τα άτομα νατρίου στα άτομα χλωρίου. 11

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου είναι η τάση με την οποία το άτομο έλκει τα ηλεκτρόνια των ομοιοπολικών δεσμών που σχηματίζει. Η ηλεκτραρνητικότητα αυξάνεται κατά μήκος μίας ομάδας του περιοδικού πίνακα από κάτω προς τα πάνω και από αριστερά προς τα δεξιά σε μία περίοδό του. Ηλεκτροθετικότητα ενός ατόμου είναι η τάση με την οποία το άτομο απωθεί τα ηλεκτρόνια των ομοιοπολικών δεσμών που σχηματίζει. Η ηλεκτροθετικότητα μεταβάλλεται αντίθετα από την ηλεκτραρνητικότητα στον περιοδικό πίνακα. Ο αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.) είναι ένας όρος της Χημείας που επινοήθηκε σχετικά πρόσφατα για να μας διευκολύνει στα εξής: i. Στην κατάταξη των χημικών αντιδράσεων σε μεταθετικές και σε οξειδοαναγωγικές. ii. Στην εύρεση των συντελεστών των χημικών εξισώσεων οξειδοαναγωγής. iii. Στη γραφή των μοριακών τύπων και στην ονοματολογία των ενώσεων. iv. Στην πρόβλεψη ορισμένων ιδιοτήτων χημικών ουσιών. 2. Πώς ορίστηκε η οξείδωση και η αναγωγή με βάση την αποβολή και πρόσληψη ηλεκτρονίων; Οι μεταγενέστεροι ορισμοί που διατυπώθηκαν, όταν ήταν πλέον γνωστή η ηλεκτρονιακή δόμηση των ατόμων, είναι οι εξής: Οξείδωση ενός στοιχείου είναι η αποβολή ηλεκτρονίων από αυτό. Αναγωγή ενός στοιχείου είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων από αυτό. Παράδειγμα: 2Νa (s) + Cl 2(g) 2NaCl (s) (το νάτριο απέβαλε ένα ηλεκτρόνιο οξειδώθηκε, το χλώριο προσέλαβε ένα ηλεκτρόνιο ανάχθηκε) Όπως φαίνεται στο παράδειγμα, δεν απαιτείται η παρουσία του υδρογόνου και του οξυγόνου σε μια οξειδοαναγωγική αντίδραση, αλλά η παρουσία ενός ηλεκτροθετικού στοιχείου (Na) και ενός ηλεκτραρνητικού στοιχείου (Cl), για να γίνει η ανταλλαγή των ηλεκτρονίων. Όμως, και με τους παραπάνω ορισμούς δεν καλύπτονται οι περιπτώσεις των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων στις οποίες δεν έχουμε αποβολή και πρόσληψη ηλεκτρονίων, αλλά αμοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, στην παρακάτω αντίδραση: C (s) + O 2(g) CO 2(g) έχουμε τον σχηματισμό δύο διπλών ομοιοπολικών δεσμών, μεταξύ του ατόμου άνθρακα και καθενός από τα άτομα του οξυγόνου, χωρίς όμως τη μεταφορά ηλεκτρονίων (σχήμα 1). Για να μπορούμε να βρούμε και σε αυτήν την περίπτωση ποιο άτομο οξειδώθηκε και ποιο ανάχθηκε, επινοήθηκε ο αριθμός οξείδωσης. O C O O C O Σχήμα 1: Στο μόριο του CO 2 δεν έχουμε αποβολή και πρόσληψη ηλεκτρονίων, αλλά αμοιβαία συνεισφορά από το άτομο του άνθρακα και του καθενός από τα άτομα οξυγόνου 3. Τι είναι ο αριθμός οξείδωσης; Ο αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.) είναι ο αριθμός που μας δείχνει το πραγματικό ή το φαινομενικό φορτίο ενός ατόμου, που μπορεί είτε να βρίσκεται σε ελεύθερη κατάσταση είτε να βρίσκεται σε ιόν ή σε κάποιο μόριο μίας χημικής ένωσης. Για τις ετεροπολικές ενώσεις, ο αριθμός οξείδωσης είναι το πραγματικό φορτίο που έχει κάθε άτομο. Το άτομο που απέβαλε ηλεκτρόνια φορτίζεται θετικά, ενώ αυτό που προσέλαβε ηλεκτρόνια φορτίζεται αρνητικά. 12

7 1.1 ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ Για τις ομοιοπολικές ενώσεις, ο αριθμός οξείδωσης είναι το φαινομενικό φορτίο που αποκτούν τα άτομα, όταν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο ηλεκτροαρνητικότερο από τα άτομα που ενώνονται με ομοιοπολικό δεσμό ή όταν διαμοιραστούν εξίσου αν τα άτομα είναι ίδια. Για παράδειγμα, στο υδροχλώριο, HCl, αν θεωρήσουμε ότι το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων ανήκει στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο, δηλαδή στο χλώριο, τότε το χλώριο, φαινομενικά, θα έχει κερδίσει ένα ηλεκτρόνιο και θα έχει αριθμό οξείδωσης 1, ενώ το υδρογόνο λόγω της φαινομενικής απώλειας ενός ηλεκτρονίου θα έχει αριθμό οξείδωσης +1 (σχήμα 2). Ετεροπολικές ενώσεις είναι οι ενώσεις που αποτελούνται από ιόντα και έχουν ως κατιόν μέταλλο, ΝΗ 4 + ή ιόν αλκυλαμμωνίου (RΝΗ 3+ ). Ομοιοπολικές ενώσεις είναι όλες οι υπόλοιπες. δ + δ H Cl Σχήμα 2: Στο μόριο του HCl το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων είναι μετατοπισμένο προς το ηλεκτραρνητικότερο χλώριο, με αποτέλεσμα αυτό να αποκτά αρνητικό φαινομενικό φορτίο (δ ) και αριθμό οξείδωσης 1 Όταν όμως ο ομοιοπολικός δεσμός πραγματοποιείται ανάμεσα σε ίδια άτομα, δεν έχουμε μετατόπιση ηλεκτρονίων προς το ένα ή το άλλο άτομο, και έτσι ο αριθμός οξείδωσης κάθε ατόμου θεωρούμε ότι είναι μηδέν. Για παράδειγμα, στο Cl 2 το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων έλκεται εξίσου και από τα δύο άτομα χλωρίου (σχήμα 3). Cl Cl Σχήμα 3: Στο μόριο του χλωρίου (Cl 2 ) το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων έλκεται εξίσου από τα δύο άτομα με αποτέλεσμα το φαινομενικό φορτίο κάθε ατόμου να είναι μηδέν 4. Ποιοι είναι οι συμβατικοί κανόνες με τους οποίους καθορίζεται ο Α.Ο. ενός στοιχείου; Οι συμβατικοί κανόνες με τους οποίους καθορίζεται ο Α.Ο. ενός στοιχείου είναι οι εξής: i. Όλα τα στοιχεία σε ελεύθερη κατάσταση έχουν αριθμό οξείδωσης ίσο με το μηδέν. Π.χ. Na, C, H 2, O 2, Cl 2, Fe κτλ. ii. Ο αριθμός οξείδωσης των μονοατομικών ιόντων ισούται με το φορτίο των ιόντων. Για παράδειγμα, ο Α.Ο. του ασβεστίου στο Ca +2 είναι +2, ενώ του χλωρίου στο Cl είναι 1. iii. Τα μέταλλα έχουν πάντα θετικό αριθμό οξείδωσης στις ενώσεις τους, ενώ τα αμέταλλα έχουν άλλοτε αρνητικό και άλλοτε θετικό αριθμό οξείδωσης στις ενώσεις τους. iv. Στις χημικές ενώσεις το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων που τις αποτελούν είναι ίσο με το μηδέν. Ο αριθμός οξείδωσης είναι κατά κανόνα ακέραιος αριθμός. Σε κάποιες περιπτώσεις που με τη χρήση των συμβατικών κανόνων τον βρίσκουμε δεκαδικό, όπως για παράδειγμα στις οργανικές ενώσεις, αυτό συμβαίνει γιατί πρόκειται για τη μέση τιμή των Α.Ο. 13

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Το οξυγόνο παρουσιάζει, πιο σπάνια, και άλλους αριθμούς οξείδωσης. Για παράδειγμα, στην ένωση F 2 O 2 έχει Α.Ο. ίσο με +1 και στην ένωση ΗΟF έχει 0. Τα στοιχεία μετάπτωσης, δηλαδή τα στοιχεία των ομάδων 3 έως 12 του περιοδικού πίνακα, είναι χαρακτηριστικά παραδείγματα μετάλλων με πολλούς αριθμούς οξείδωσης. Για παράδειγμα, το μολυβδαίνιο (Μο) έχει αριθμούς οξείδωσης 0, +2, +3, +4, +5, +6,... v. Στα πολυατομικά και γενικά σύμπλοκα ιόντα το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων που αποτελούν το ιόν είναι αριθμητικά ίσο με το φορτίο του ιόντος. vi. Τα άτομα του ίδιου στοιχείου, στο μόριο μιας χημικής ένωσης, έχουν τον ίδιο αριθμό οξείδωσης, εκτός εάν συνδέονται με διαφορετικό τρόπο στο μόριο, όπως για παράδειγμα στις οργανικές ενώσεις, οπότε έχουν διαφορετικό. vii. Για τα παρακάτω στοιχεία ισχύουν τα εξής: Το φθόριο (F) έχει πάντα Α.Ο. 1 στις ενώσεις του. Το οξυγόνο (O) έχει συνήθως Α.Ο. 2 στις ενώσεις του, εκτός από την ένωσή του με το φθόριο (OF 2 ) όπου έχει Α.Ο. +2 και τα υπεροξείδια, όπως για παράδειγμα το υπεροξείδιο του υδρογόνου ή οξυζενέ (Η 2 Ο 2 ) όπου έχει Α.Ο. 1. Ο Α.Ο. του υδρογόνου (Η) είναι +1 όταν ενώνεται με αμέταλλα, ενώ 1 όταν ενώνεται με μέταλλα, όπως για παράδειγμα στα υδρίδια των μετάλλων (π.χ. ΝaH, CaH 2 κτλ.). Τα αλκάλια (Li, Na, K, Rb, Cs και Fr) έχουν A.O. +1 στις ενώσεις τους. Οι αλκαλικές γαίες (Be, Mg, Ca, Sr, Ba και Ra) έχουν A.O. +2 στις ενώσεις τους. Στον παρακάτω πίνακα 1, παρουσιάζονται οι αριθμοί οξείδωσης των σημαντικότερων χημικών στοιχείων στις ενώσεις τους: ΜΕΤΑΛΛΑ Α.Ο. ΑΜΕΤΑΛΛΑ Α.Ο. Li, Na, K, Ag +1 F 1 Zn, Ba, Ca, Mg +2 H +1 ( 1) Al +3 O 2 (+2, 1) Cu, Hg +1, +2 Cl, Br, I 1 (+1, +3, +5, +7) Fe, Co, Ni +2, +3 S 2 (+4, +6) Pb, Sn, Pt +2, +4 N, P ±3, ±5 Mn +2, +4, +7 C, Si 4 έως +4 Cr +3, +6 Πίνακας 1: Οι αριθμοί οξείδωσης (Α.Ο.) των σημαντικότερων χημικών στοιχείων. Οι αριθμοί εντός παρενθέσεων αποτελούν περιπτώσεις που εμφανίζονται πιο σπάνια 5. Πώς ορίζεται η οξείδωση και η αναγωγή με βάση τον αριθμό οξείδωσης; Μετά την επινόηση του αριθμού οξείδωσης, οι παλαιότεροι ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή αντικαταστάθηκαν με τους παρακάτω, που είναι πιο γενικοί και καλύπτουν όλες τις περιπτώσεις των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων: Οξείδωση είναι η αλγεβρική αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου ή ενός μονοατομικού ιόντος. 14 Αναγωγή είναι η αλγεβρική μείωση του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου ή ενός μονοατομικού ιόντος.

9 1.1 ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ Για παράδειγμα, κατά τον σχηματισμό του NaCl από μεταλλικό Νa και Cl, ο αριθμός οξείδωσης του Νa από μηδέν που ήταν έγινε +1 και του Cl από μηδέν έγινε 1. Αυτό σημαίνει ότι το Na οξειδώθηκε και το Cl ανάχθηκε. Επίσης, κατά τον σχηματισμό του CO 2, οι αριθμοί οξείδωσης του C και του O έγιναν από μηδέν που ήταν +4 και 2 αντίστοιχα. Αυτό σημαίνει ότι ο C οξειδώθηκε και το O ανάχθηκε. Επομένως, τα φαινόμενα της οξείδωσης και της αναγωγής γίνονται ταυτόχρονα και γι αυτόν τον λόγο αναφερόμαστε πλέον σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής και όχι σε αντιδράσεις οξείδωσης και σε αντιδράσεις αναγωγής. 6. Ποια είναι η μεθοδολογία με την οποία προσδιορίζουμε τον αριθμό οξείδωσης ενός ατόμου σε μία χημική ένωση ή σε ένα πολυατομικό ιόν; Για να προσδιορίσουμε τον αριθμό οξείδωσης ενός ατόμου σε μία χημική ένωση ή σε ένα πολυατομικό ιόν, δημιουργούμε μία εξίσωση, όπου στο πρώτο μέλος έχουμε το άθροισμα των γινομένων των Α.Ο. επί τον δείκτη κάθε στοιχείου στη χημική ένωση ή στο ιόν και στο δεύτερο μέλος βάζουμε μηδέν, εάν έχουμε χημική ένωση, ή το φορτίο του ιόντος, εάν έχουμε ιόν. Ο μεγαλύτερος Α.Ο. των αμετάλλων που μπορεί να παρατηρηθεί ισούται, στα στοιχεία των κύριων ομάδων του περιοδικού πίνακα, με τον αριθμό της ομάδας όπου ανήκει το στοιχείο. Για παράδειγμα, τα στοιχεία της VII A ομάδας του περιοδικού πίνακα έχουν μέγιστο Α.Ο. ίσο με 7. Ο μικρότερος Α.Ο. των αμετάλλων που μπορεί να παρατηρηθεί ισούται, στα στοιχεία των κύριων ομάδων του περιοδικού πίνακα, με τον αριθμό της ομάδας όπου ανήκει το στοιχείο, ελαττωμένος κατά 8. Για παράδειγμα, τα στοιχεία της VII A ομάδας του περιοδικού πίνακα έχουν ελάχιστο Α.Ο. ίσο με 1. 15

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εφαρμογή 1 Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του Mn στo KMnO 4. Λύση Από τον πίνακα 1 βλέπουμε ότι τα στοιχεία της χημικής ένωσης έχουν τους εξής Α.Ο.: Α.Ο.(Κ) = +1 Α.Ο.(Μn) = x Α.Ο.(O) = 2 Αφού το KMnO 4 είναι χημική ένωση, και όχι κάποιο πολυατομικό ιόν, πρέπει το αλγεβρικό άθροισμα των Α.Ο. όλων των ατόμων του να είναι ίσο με μηδέν. Οπότε έχουμε: 1 (+1) + 1 x + 4 ( 2) = 0 ή 1 + x 8 = 0 ή x = 7 Άρα ο αριθμός οξείδωσης του Mn στο KMnO 4 είναι +7. Εφαρμογή 2 Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του P στo PO 4 3. Λύση Από τον πίνακα 1 βλέπουμε ότι τα στοιχεία της χημικής ένωσης έχουν τους εξής Α.Ο.: Α.Ο.(P) = x Α.Ο.(O) = 2 Αφού το PO 4 3 είναι πολυατομικό ιόν, πρέπει το αλγεβρικό άθροισμα των A.O. όλων των ατόμων του να είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος. Οπότε έχουμε: 1 x + 4 ( 2) = 3 ή x 8 = 3 ή x = 5 Άρα ο αριθμός οξείδωσης του P στο PO 4 3 είναι +5. Εφαρμογή 3 Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων στις παρακάτω χημικές ενώσεις: i. NH 3 ii. HNO 3 iii. H 3 PO 4 iv. CaSO 4 v. K 2 Cr 2 O 7 vi. Ba(ClO 3 ) 2 Λύση i. NH 3 : 1 x = 0 ή x = 3 ii. HNO 3 : x + 3 ( 2) = 0 ή x = 5 iii. H 3 PO 4 : x + 4 ( 2) = 0 ή x = 5 iv. CaSO 4 : x + 4 ( 2) = 0 ή x = 6 v. K 2 Cr 2 O 7 : x + 7 ( 2) = 0 ή x = 6 vi. Ba(ClO 3 ) 2 : x + 6 ( 2) = 0 ή x = 5 Δεκαδική τιμή Α.Ο. δεχόμαστε στην περίπτωση όπου έχουμε δεσμό ενός ηλεκτρονίου, όπως για παράδειγμα στο Η 2+. Εδώ το κάθε άτομο Η έχει φορτίο και Α.Ο

11 1.1 ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ Εφαρμογή 4 Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης των υπογραμμισμένων στοιχείων στα παρακάτω πολυατομικά ιόντα: i. ΝΟ 3 ii. HCO 3 iii. Cr 2 O 7 2 iv. SO 4 2 Λύση i. ΝΟ 3 : 1 x + 3 ( 2) = 1 ή x = +5 ii. HCO 3 : x + 3 ( 2) = 1 ή x = +4 iii. Cr 2 O 7 2 : 2 x + 7 ( 2) = 2 ή x = +6 iv. SO 4 2 : 1 x + 4 ( 2) = 2 ή x = +6 Εφαρμογή 5 Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του υπογραμμισμένου ατόμου άνθρακα στις παρακάτω οργανικές ενώσεις: i. CH 4 ii. CH 3 OH iii. HCHO iv. CH 2 Cl 2 v. HCOO vi. CH 3 CH 2 OH vii. CH 3 CHO viii. CH 3 COOH ix. CH 3 CHCH 3 x. CH 3 CCH 3 OH O Λύση Σε όσες οργανικές ενώσεις έχουμε ένα μόνο άτομο C, ο Α.Ο. βρίσκεται χρησιμοποιώντας τους συμβατικούς κανόνες. i. CH 4 : 1 x = 0 ή x = 4 ii. CH 3 OH : 1 x ( 1) = 0 ή x = 2 iii. HCHO : 1 x ( 2) = 0 ή x = 0 iv. CH 2 Cl 2 : 1 x ( 1) = 0 ή x = 0 v. HCOO : x + 2 ( 2) = 1 ή x = +2 Σε όσες οργανικές ενώσεις έχουμε περισσότερα από ένα άτομα C, κάθε άτομο C έχει τον δικό του Α.Ο., που βρίσκεται κατά τα γνωστά αγνοώντας τα διπλανά άτομα άνθρακα. vi. CH 3 CH 2 OH : 1 x ( 1) = 0 ή x = 1 vii. CH 3 CHO : 1 x ( 2) = 0 ή x = +1 viii. CH 3 COOH : 1 x ( 2) = 0 ή x = +3 ix. CH 3 CH(OH)CH 3 : 1 x ( 1) = 0 ή x = 0 x. CH 3 COCH 3 : 1 x + 1 ( 2) = 0 ή x = +2 17

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εφαρμογή 6 Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του χλωρίου στο CaOCl 2. Λύση Από τον πίνακα 1 βλέπουμε ότι τα στοιχεία της χημικής ένωσης έχουν τους εξής Α.Ο.: Α.Ο.(Ca) = +2 Α.Ο.(Cl) = x Α.Ο.(O) = 2 Η ένωση ClO Ca Cl ονομάζεται χλώριο υποχλωριώδες ασβέστιο ή χλωράσβεστος. Οπότε έχουμε: ( 2) + 2 x = 0 ή x = 0 ή x = 0 Βρήκαμε μεν ότι ο Α.Ο.(Cl) = 0, αλλά το 0 είναι ο μέσος όρος των Α.Ο. των δύο ατόμων του Cl στην ένωση CaOCl 2. Όμως, αν γράψουμε τον ηλεκτρονιακό τύπο της ένωσης CaOCl 2 : [Cl] [Ca] 2+ [O Cl] θα διαπιστώσουμε ότι το ένα άτομο Cl έχει Α.Ο. 1 και το άλλο +1, αφού το οξυγόνο έχει, ως συνήθως, 2. Εφαρμογή 7 Το στοιχείο Χ, που ανήκει σε κύρια ομάδα του περιοδικού πίνακα, έχει 1 μονήρες ηλεκτρόνιο στην εξωτερική του στιβάδα. Να προσδιορίσετε τους πιθανούς Α.Ο. του στοιχείου Χ. Λύση Για το στοιχείο Χ, αφού έχει 1 μονήρες ηλεκτρόνιο στην εξωτερική του στιβάδα, υπάρχουν οι εξής περιπτώσεις: i. Ανήκει στην 1η ομάδα του περιοδικού πίνακα και είναι το υδρογόνο. Άρα οι πιθανοί Α.Ο. του Χ είναι το 0, όταν βρίσκεται σε ελεύθερη κατάσταση, το +1, όταν ενώνεται με αμέταλλα και το 1, όταν ενώνεται με μέταλλα. ii. Ανήκει στην 1η ομάδα του περιοδικού πίνακα αλλά είναι αλκάλιο. Άρα οι πιθανοί Α.Ο. του Χ είναι το 0, όταν βρίσκεται σε ελεύθερη κατάσταση, και το +1 στις ενώσεις του, γιατί πάντα θα ενώνεται με άλλα στοιχεία με ετεροπολικό δεσμό, αποβάλλοντας ένα ηλεκτρόνιο, οπότε μετατρέπεται στο κατιόν Χ +. iii. Ανήκει στη 17η ομάδα του περιοδικού πίνακα και θα έχει συνολικά 7 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα, από τα οποία τα 6 είναι σε τρία ζεύγη και το 1 μονήρες. Όταν ενώνεται με μέταλλα μετατρέπεται στο ανιόν Χ, ενώ όταν ενώνεται με αμέταλλα μπορεί να αποκτήσει Α.Ο. +1 ή 1 ανάλογα με την ηλεκτραρνητικότητα του άλλου στοιχείου. Επίσης, μπορεί να σχηματίσει έως 3 ημιπολικούς δεσμούς, όπως για παράδειγμα στο HClO 4. Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, οι πιθανοί Α.Ο. του Χ είναι 1, 0 σε ελεύθερη κατάσταση, +1, +3, +5 και +7. Στη 17η ομάδα του περιοδικού πίνακα ανήκει και το F το οποίο, όπως έχουμε ήδη αναφέρει, είναι το ηλεκτραρνητικότερο όλων των στοιχείων και έχει πάντοτε στις ενώσεις του Α.Ο. ίσο με 1. 18

13 1.1 ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ Εφαρμογή 8 Να βρείτε τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης του C στις παρακάτω μετατροπές: i. CH 3 OH CO 2 ii. CH 3 CHO CH 3 CH 2 OH iii. CH 3 CH 2 OH CH 3 COOH Λύση i CH 3 OH CΟ 4 ii CH 3 CHO CH 3 CH 2 ΟH iii CH 3 CH 2 ΟH CH 3 CΟΟH Εφαρμογή 9 Να βρείτε τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης κάθε ατόμου άνθρακα στην παρακάτω μετατροπή: Λύση CCl 3 CH = O + NaOH 1 CHCl 3 + HCOONa CCl 3 CH = O + NaOH CHCl 3 + HCΟΟNa 1 Στη συγκεκριμένη μετατροπή, παρατηρούμε ότι άλλα άτομα C της ίδιας ένωσης ανάχθηκαν και άλλα οξειδώθηκαν. Γι αυτό αυτές οι αντιδράσεις χαρακτηρίζονται, όπως θα δούμε παρακάτω, ως αντιδράσεις αυτοοξειδοαναγωγής. 19

14 Ερωτήσεις σύντομης ανάπτυξης ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Να δώσετε μια σύντομη απάντηση στις παρακάτω ερωτήσεις. 1. Ποιος ήταν ο αρχικός ορισμός της οξείδωσης και της αναγωγής; 2. Πώς ορίστηκε η οξείδωση και η αναγωγή με βάση την αποβολή και την πρόσληψη ηλεκτρονίων; 3. Πώς ορίζεται ο αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου σε μια ιοντική ένωση και πώς σε μια ομοιοπολική ένωση; 4. Να αναφέρετε τους συμβατικούς κανόνες που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου. 5. Πώς ορίστηκε η οξείδωση και η αναγωγή με βάση τον αριθμό οξείδωσης; 6. Γιατί ο ορισμός «οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου ή ιόντος» είναι γενικότερος από τον ορισμό «οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων»; Ερωτήσεις συμπλήρωσης κενών Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις. 1. Ο αριθμός οξείδωσης στις που αποτελούνται από δύο άτομα ταυτίζεται με το πραγματικό φορτίο του ιόντος. Στις ο αριθμός οξείδωσης ταυτίζεται με το φορτίο που αποκτούν τα άτομα, όταν το ζεύγος ή τα ζεύγη των ηλεκτρονίων του ομοιοπολικού δεσμού αποδοθεί στο άτομο ή διαμοιραστεί εξίσου, όταν τα άτομα είναι. 2. Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των ατόμων που αποτελούν μία είναι ίσο με. 3. Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των ατόμων που αποτελούν ένα είναι ίσο με το του. 4. Ο αριθμός οξείδωσης μας διευκολύνει στην κατάταξη των χημικών αντιδράσεων σε και, στην εύρεση των των χημικών εξισώσεων, στη γραφή των τύπων και στην ονοματολογία των. 5. Όλα τα στοιχεία σε ελεύθερη κατάσταση έχουν αριθμό οξείδωσης ίσο με. 6. Τα μέταλλα, στις ενώσεις τους, έχουν πάντοτε αριθμό οξείδωσης. 7. Τα αμέταλλα, στις ενώσεις τους, έχουν είτε είτε αριθμό οξείδωσης, εκτός του. που έχει πάντα αριθμό οξείδωσης ίσο με.. 8. Ο αριθμός οξείδωσης του υδρογόνου, στις ενώσεις του, είναι..., εκτός από τα των που είναι.. 20

15 1.1 ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ 9. είναι η αλγεβρική του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου ή ενός μονοατομικού και είναι η αλγεβρική του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου ή ενός μονοατομικού. Για παράδειγμα, κατά τον σχηματισμό του NaCl από μεταλλικό Νa και Cl, οι αριθμοί οξείδωσης του Νa και του Cl έγιναν από μηδέν που ήταν. για το Na και. για το Cl. Κατά τον σχηματισμό του CO 2, οι αριθμοί οξείδωσης του C και του O έγιναν από. που ήταν. για τον C και. για το O. Ερωτήσεις αντιστοίχισης 1. Να αντιστοιχίσετε καθεμία έκφραση στη στήλη Α με μια έννοια στη στήλη Β. ΣΤΗΛΗ Α 1. αποβολή ηλεκτρονίων 2. ένωση με το οξυγόνο 3. πρόσληψη ηλεκτρονίων 4. αφαίρεση υδρογόνου 5. ένωση με το υδρογόνο 6. αφαίρεση οξυγόνου ΣΤΗΛΗ Β α. οξείδωση β. αναγωγή 2. Να αντιστοιχίσετε τα χημικά στοιχεία στη στήλη Α με τους αριθμούς οξείδωσης στη στήλη Β. ΣΤΗΛΗ Α 1. F 2. Na 3. H 4. Ca ΣΤΗΛΗ Β α. 0, +2 β. 0, 1 γ. 0, 1, +1 δ. 0, Να αντιστοιχίσετε κάθε χημική ουσία στη στήλη Α με τον αριθμό οξείδωσης που έχει το χλώριο στη στήλη Β. ΣΤΗΛΗ Α 1. KClO 4 2. CCl 4 3. Cl 2 4. ClO 5. Ca(ClO 2 ) 2 6. NaClO 3 ΣΤΗΛΗ Β α. +7 β. +5 γ. 0 δ. 1 ε. +1 στ

16 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 4. Να αντιστοιχίσετε κάθε χημική ουσία στη στήλη Α με τον αριθμό οξείδωσης που έχει ο άνθρακας στη στήλη Β. ΣΤΗΛΗ Α 1. CaCO 3 2. CO 3. CH 3 OH 4. HCHO 5. (COOH) 2 ΣΤΗΛΗ Β α. 0 β. +2 γ. 2 δ. +3 ε. +4 Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής Στις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1. Ποιο από τα παρακάτω στοιχεία, στις χημικές του ενώσεις, εμφανίζεται με έναν μόνο αριθμό οξείδωσης; α. το Cr β. το Na γ. το C δ. το Br 2. Σε ποια από τις παρακάτω ενώσεις το οξυγόνο έχει θετικό αριθμό οξείδωσης; α. OF 2 β. H 2 O 2 γ. CH 2 O δ. K 2 O 3. Σε ποια από τις παρακάτω ενώσεις το οξυγόνο έχει αριθμό οξείδωσης μηδέν; α. BaO β. H 2 O γ. HOF δ. Fe 2 O 3 4. Ο αριθμός οξείδωσης του οξυγόνου στο Η 2 Ο 2 είναι: α. 0 β. +2 γ. 1 δ Ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου στο ΗΝΟ 2 είναι: α. 0 β. +2 γ. +3 δ Ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου στο Ν 2 Ο 5 είναι: α. 0 β. +2 γ. +3 δ Ο αριθμός οξείδωσης του φωσφόρου στο Η 3 ΡΟ 4 είναι: α. 0 β. +2 γ. +3 δ Ο αριθμός οξείδωσης του χλωρίου στο ΗClO 4 είναι: α. +1 β. +2 γ. +5 δ Ο αριθμός οξείδωσης του θείου στο Na 2 SO 4 είναι: α. +4 β. +2 γ. 4 δ Ο αριθμός οξείδωσης του φωσφόρου στο ΡΟ 4 3 είναι: α. 0 β. +2 γ. +3 δ

17 11. Ο αριθμός οξείδωσης του θείου στο ΗSO 3 είναι: α. +2 β. +4 γ. 2 δ Σε ποια από τις παρακάτω ενώσεις ο άνθρακας έχει τον μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης; α. CH 2 Cl 2 β. C 2 H 4 γ. CH 3 OH δ. CH 3 Cl 13. Σε ποια από τις παρακάτω ενώσεις το θείο έχει τον μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης; α. SO 2 β. H 2 S γ. K 2 SO 3 δ. K 2 SO Ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα στο ΗCHO είναι: α. 0 β. 2 γ. +2 δ Ο αριθμός οξείδωσης του υδρογόνου μπορεί να πάρει τις τιμές: α. +1 και 1 β. 1, 0 και +1 γ. +1 δ. 0 και Ο αριθμός οξείδωσης του σιδήρου στο ιόν [Fe(H 2 O) 5 OH] 2+ είναι: α. +5 β. 2 γ. +2 δ Ο αριθμός οξείδωσης του οξυγόνου μπορεί να πάρει τις τιµές: α. 2 και 0 β. 2, 1, 0 και +1 γ. 2, 1, 0 και +2 δ. 2, 1 και Σε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις έχουμε αύξηση του αριθμού οξείδωσης του θείου; α. H 2 + S H 2 S β. S + O 2 SO 2 γ. H 2 SO 4 + 2KOH K 2 SO 4 + 2H 2 O δ. C + 2H 2 SO 4 CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O 19. Σε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις έχουμε αύξηση του αριθμού οξείδωσης του άνθρακα; α. Na 2 CO 3 + 2HCl 2NaCl + CO 2 + H 2 O β. CH CH + 2H 2 CH 3 CH 3 γ. HCOOH + K HCOOK H 2 δ. C + O 2 CO Σε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις έχουμε μείωση του αριθμού οξείδωσης του αζώτου; α. Ι ΗΝΟ 3 2ΗΙΟ ΝΟ 2 + 4H 2 O β. HNO 3 + KOH KNO 3 + H 2 O γ. N 2 O 3 + H 2 O 2HNO 2 δ. N 2 + 2O 2 2NO ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ 23

18 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ Ερωτήσεις του τύπου «Σωστό Λάθος» Να χαρακτηρίσετε καθεμία από τις παρακάτω προτάσεις ως σωστή ή λανθασμένη. 1. Ο αριθμός οξείδωσης του οξυγόνου στο Η 2 Ο 2 είναι Τα μέταλλα, στις ενώσεις τους, έχουν πάντα θετικό αριθμό οξείδωσης. 3. Τα αμέταλλα, στις ενώσεις τους, έχουν πάντα αρνητικό αριθμό οξείδωσης. 4. Ο αριθμός οξείδωσης ορίζεται μόνο για τις ομοιοπολικές ενώσεις. 5. Ο αριθμός οξείδωσης των μονοατομικών ιόντων ταυτίζεται με το φορτίο των ιόντων. 6. Τα άτομα του υδρογόνου, στις ενώσεις του, έχουν πάντα αριθμό οξείδωσης Όλα τα άτομα του ίδιου στοιχείου σε μία ένωση έχουν πάντα τον ίδιο αριθμό οξείδωσης. 8. Ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου στο ΗΝΟ 3 είναι Ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου στο ΝH 3 είναι Ο αριθμός οξείδωσης του φωσφόρου στο Η 3 ΡΟ 4 είναι Κάθε στοιχείο έχει έναν μόνο αριθμό οξείδωσης. 12. Ο αριθμός οξείδωσης εκφράζει πάντα το πραγματικό φορτίο που έχει ένα άτομο. 13. Στην ένωση CH 2 Cl 2, ο C έχει αριθμό οξείδωσης Ο αριθμός οξείδωσης του ατόμου του άνθρακα στο μόριο CH 2 O είναι μηδέν. 15. Στις ομοιοπολικές ενώσεις, ο αριθμός οξείδωσης εκφράζει το πραγματικό φορτίο που έχει ένα άτομο. 16. Το οξυγόνο σε όλες τις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης Ο αριθμός οξείδωσης που βρίσκουμε με τους συμβατικούς κανόνες μπορεί να είναι δεκαδικός. 18. Στην αντίδραση H 2 + Br 2 2HBr το βρώμιο ανάγεται και σύμφωνα με τον αρχικό ορισμό της αναγωγής και σύμφωνα με τον ορισμό με βάση την αποβολή ή την πρόσληψη ηλεκτρονίων. 19. Στο μόριο του CH 3 CH 2 CH 3 κάθε άτομο άνθρακα έχει διαφορετικό αριθμό οξείδωσης. 20. Τα άτομα του άνθρακα στις ενώσεις τους έχουν αριθμό οξείδωσης +4 ή Κάθε αποβολή ηλεκτρονίων είναι οξείδωση. 22. Κάθε πρόσληψη ηλεκτρονίων είναι αναγωγή. 23. Σε κάθε οξείδωση παρατηρείται πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων. 24. Σε κάθε αναγωγή παρατηρείται πραγματική πρόσληψη ηλεκτρονίων. 24

19 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 1. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του χλωρίου στις ουσίες: α. HCl β. HClO γ. KClO 3 δ. Cl 2 ε. ClO Ca Cl 2. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του θείου στις ουσίες: α. H 2 S β. S 6 γ. HSO 4 δ. K 2 SO 3 ε. SO 2 Cl 2 3. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του φωσφόρου στις ουσίες: α. PH 3 β. P 4 γ. H 3 PO 4 δ. PO 3 3 ε. PCl 5 4. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του χρωμίου στις ουσίες: α. Cr 2 O 7 2 β. Na 3 [Cr(OH) 6 ] γ. CrO 3 δ. K 2 CrO 4 ε. H 2 Cr 2 O 7 5. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του μαγγανίου στις ουσίες: α. HMnO 4 β. K 2 MnO 4 γ. MnCl 2 δ. MnO 2 ε. MnBr 3 6. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του άνθρακα στις ουσίες: α. CH 4 β. CH 3 Cl γ. HCHO δ. CO 3 2 ε. CO 2 7. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης των ατόμων του αζώτου στην ένωση NH 4 NO Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του κάθε ατόμου άνθρακα στην ένωση CH 2 = CHCOOH. 9. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του οξυγόνου στις ενώσεις: α. NO 2 β. HOF γ. H 2 O Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του υπογραμμισμένου ατόμου άνθρακα στις παρακάτω ενώσεις: α. CH 3 C CH β. CH 3 CH(OH)CH 3 γ. CH 2 = C = CH 2 δ. CH 3 COOCH Να τοποθετήσετε τις παρακάτω ενώσεις κατά σειρά αυξανόμενου αριθμού οξείδωσης του αζώτου. α. NO β. NH 2 OH γ. NH 3 δ. HNO 3 ε. NaNO 2 στ. H 2 NNH 2 ζ. N 2 η. N 2 O θ. NO ΟΞΕΙΔΩΣΗ, ΑΝΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ 12. Να εξετάσετε αν στις παρακάτω αντιδράσεις έχουμε οξείδωση ή αναγωγή και σύμφωνα με τον αρχικό ορισμό της οξείδωσης και της αναγωγής και σύμφωνα με τον ορισμό με βάση την αποβολή ή την πρόσληψη ηλεκτρονίων. α. Ba + S BaS β. N 2 + O 2 2NO γ. H 2 + Br 2 2HBr δ. 4K + O 2 2K 2 O 25

20 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΛΥΣΗ 13. Το άτομο του στοιχείου Χ έχει δύο μονήρη ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα και ανήκει σε κύρια ομάδα του περιοδικού πίνακα. Να προσδιορίσετε τους πιθανούς αριθμούς οξείδωσης του στοιχείου αυτού στις ενώσεις του. 14. Στοιχείο Χ έχει ατομικό αριθμό 17. Να βρείτε και να δικαιολογήσετε τους πιθανούς αριθμούς οξείδωσης που μπορεί να εμφανίσει το στοιχείο αυτό στις διάφορες ενώσεις του. 15. Ποια η μεταβολή στον αριθμό οξείδωσης του υπογραμμισμένου άνθρακα στις παρακάτω περιπτώσεις; α. CH 3 OH HCHO β. HCOOK CO 2 γ. CH 3 OH HCOOH δ. CH 3 OH CO 2 ε. CH 3 CH 2 OH CH 3 COOH στ. (COONa) 2 CO Ποια η μεταβολή στον αριθμό οξείδωσης του υπογραμμισμένου άνθρακα στις παρακάτω περιπτώσεις; α. CH 3 CH(OH)CH 3 CH 3 COCH 3 β. CH 3 CHO CH 3 COOH γ. HCHO HCOONa δ. (COOH) 2 CO 2 ε. CH 3 CHO CH 3 COONH 4 στ. CH 3 CH 2 OH CH 3 CHO 17. Σε ποιες από τις επόμενες αντιδράσεις το θείο έχει στα αντιδρώντα και σε ποιες στα προϊόντα μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης; α. Η 2 S + Cl 2 2HCl + S β. Η 2 S + Mg MgS + H 2 γ. SO 2 + Cl 2 + 2H 2 O H 2 SO 4 + 2HCl δ. H 2 + S H 2 S ε. C + 2H 2 SO 4 CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O 18. Χημικό στοιχείο Χ ανήκει σε κύρια ομάδα του περιοδικού πίνακα και στις ενώσεις του εμφανίζει πάντα αριθμό οξείδωσης +2. α. Σε ποια ομάδα ανήκει το στοιχείο; β. Αν βρίσκεται στην 3η περίοδο, να βρείτε τον ατομικό αριθμό του Χ. 19. Το στοιχείο Ψ σχηματίζει την ένωση Η 2 ΨΟ x, στην οποία ο αριθμός οξείδωσης του Ψ είναι +4 και η σχετική μοριακή της μάζα είναι ίση με 78. Να υπολογίσετε τη σχετική ατομική μάζα του Ψ. 20. Χημικό στοιχείο Α ανήκει σε κύρια ομάδα του περιοδικού πίνακα και στην 3η περίοδο. Το στοιχείο Α σχηματίζει με το υδρογόνο την ένωση ΑΗ, στην οποία ο αριθμός οξείδωσης του υδρογόνου είναι ίσος με 1. α. Να βρείτε τον ατομικό αριθμό του Α. β. Να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης του στοιχείου Β στην ένωση Α 2 ΒΟ Να βρείτε τον συντακτικό τύπο: α. αλκινίου με τέσσερα άτομα άνθρακα που τα δύο από αυτά έχουν αριθμό οξείδωσης μηδέν, β. αλκανίου με πέντε άτομα άνθρακα που το ένα από αυτά έχει αριθμό οξείδωσης μηδέν, γ. καρβονυλικής ένωσης με μοριακό τύπο C 3 H 6 O, στην οποία κάθε άτομο άνθρακα έχει διαφορετικό αριθμό οξείδωσης.

21 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Ερωτήσεις συμπλήρωσης κενών 1. ιοντικές ενώσεις, ομοιοπολικές ενώσεις, ηλεκτραρνητικότερο, όμοια 2. χημική ένωση, μηδέν 3. πολυατομικό, ιόν, φορτίο, ιόντος 4. οξειδοαναγωγικές, μεταθετικές, συντελεστών, οξειδοαναγωγής, μοριακών, ενώσεων 5. μηδέν 6. θετικό 7. θετικό, αρνητικό, F, , υδρίδια, μετάλλων, 1 9. οξείδωση, αύξηση, ιόντος, αναγωγή, μείωση, ιόντος, +1, 1, 0, +4, 2 Ερωτήσεις αντιστοίχισης 1. 1-α, 2-α, 3-β, 4-α, 5-β, 6-β 2. 1-β, 2-δ, 3-γ, 4-α 3. 1-α, 2-δ, 3-γ, 4-ε, 5-στ, 6-β 4. 1-ε, 2-β, 3-γ, 4-α, 5-δ Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής 1. β, 2. α, 3. γ, 4. γ, 5. γ, 6. δ, 7. δ, 8. δ, 9. δ, 10. δ, 11. β, 12. α, 13. δ, 14. α, 15. β, 16. δ, 17. γ, 18. β, 19. δ, 20. α 6. α. 4, β. 2, γ. 0, δ. +4, ε , από αριστερά προς τα δεξιά: 2, 1, α. 2, β. 0, γ α. 0, β. 0, γ. 0, δ NH 3, H 2 NNH 2, NH 2 OH, N 2, N 2 O, NO, NaNO 2, NO 2, HNO αρχικός ορισμός: β, γ, δ ορισμός με μεταφορά ηλεκτρονίων: α, δ , 1, 2, +4, , +1, +3, +5, α. 2, β. 2, γ. 4, δ. 6, ε. 4, στ α. 2, β. 2, γ. 2, δ. 1, ε. 2, στ α. προϊόντα β. δεν μεταβάλλεται γ. προϊόντα δ. αντιδρώντα ε. αντιδρώντα 18. α. 2η ομάδα, β. Z = A r = α. Z = 11, β α. CH 3 C CCH 3 β. (CH 3 ) 4 C γ. CH 3 CH 2 CHO Ερωτήσεις του τύπου «Σωστό Λάθος» 1. Λ, 2. Σ, 3. Λ, 4. Λ, 5. Σ, 6. Λ, 7. Λ, 8. Λ, 9. Σ, 10. Λ, 11. Λ, 12. Λ, 13. Λ, 14. Σ, 15. Λ, 16. Λ, 17. Σ, 18. Λ, 19. Λ, 20. Λ, 21. Σ, 22. Σ, 23. Λ, 24. Λ Ασκήσεις για λύση 1. α. 1, β. +1, γ. +5, δ. 0, ε. +1 και 1 2. α. 2, β. 0, γ. +6, δ. +4, ε α. 3, β. 0, γ. +5, δ. +3, ε α. +6, β. +3, γ. +6, δ. +6, ε α. +7, β. +6, γ. +2, δ. +4, ε

22 1.2 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ 1. Τι ονομάζεται αντίδραση οξειδοαναγωγής; Οι αντιδράσεις στις οποίες δεν μεταβάλλεται ο Α.Ο. των στοιχείων που συμμετέχουν σ αυτές ονομάζονται μεταθετικές. Αντίδραση οξειδοαναγωγής ονομάζεται η χημική αντίδραση στην οποία μεταβάλλεται ο αριθμός οξείδωσης δύο ή περισσότερων στοιχείων που συμμετέχουν σε αυτή. Κάθε αντίδραση οξειδοαναγωγής αποτελείται από δύο ημιαντιδράσεις, μία ημιαντίδραση οξείδωσης και μία αναγωγής, οι οποίες πραγματοποιούνται ταυτόχρονα (σχήμα 1): Οξείδωση Νa + Cl 2 2NaCl Αναγωγή Ημιαντίδραση οξείδωσης: Νa Na + + 1e Ημιαντίδραση αναγωγής: Cl 2 + 2e 2Cl Η οξειδωτική ουσία: i. προκαλεί οξείδωση, ii. ανάγεται, iii. προσλαμβάνει e, iv. ο Α.Ο. κάποιου στοιχείου της μειώνεται. Οξειδωτικό Οξείδωση C + O 2 CO 2 Αναγωγή Ημιαντίδραση οξείδωσης: C C e Ημιαντίδραση αναγωγής: O 2 + 4e 2O 2 Σχήμα 1: Κάθε αντίδραση οξειδοαναγωγής αποτελείται από δύο ημιαντιδράσεις, μία ημιαντίδραση οξείδωσης και μία αναγωγής, οι οποίες πραγματοποιούνται ταυτόχρονα 2. Τι ονομάζεται οξειδωτικό και τι αναγωγικό σώμα; ΗΝΟ 3 ΝΟ 2 ΝΟ Η σκάλα της οξειδοαναγωγής Αναγωγικό Ν 2 ΝΗ 3 Η αναγωγική ουσία: i. προκαλεί αναγωγή, ii. οξειδώνεται, iii. αποβάλλει e, iv. ο Α.Ο. κάποιου στοιχείου της αυξάνεται. Οξειδωτικό σώμα είναι το σώμα που προκαλεί οξείδωση, δηλαδή είναι: i. στοιχεία που ανάγονται, ii. χημικές ενώσεις ή ιόντα που περιέχουν στοιχεία που μπορούν να αναχθούν. Οξειδωτικά στοιχεία είναι τα στοιχεία στα οποία μειώνεται ο αριθμός οξείδωσής τους, είτε διότι προσλαμβάνουν ηλεκτρόνια είτε διότι μετατοπίζεται προς το μέρος τους το ζεύγος των ηλεκτρονίων του δεσμού που σχηματίζουν. Τέτοια συμπεριφορά εμφανίζουν τα ηλεκτραρνητικά στοιχεία και, μάλιστα, όσο πιο ηλεκτραρνητικό είναι το στοιχείο τόσο πιο οξειδωτικό θα είναι. Οξειδωτικές ενώσεις ή οξειδωτικά ιόντα είναι οι ενώσεις ή τα ιόντα που περιέχουν στοιχεία στη μέγιστη συνήθως βαθμίδα οξείδωσής τους ή σε σχετικά μεγάλη βαθμίδα οξείδωσής τους, έτσι ώστε να μπορούν να αναχθούν. Για παράδειγμα, το Η 2 SO 4 μπορεί να δράσει μόνο ως οξειδωτικό, διότι το θείο βρίσκεται στη μέγιστη βαθμίδα οξείδωσής του που είναι +6. Το ΝO 3 μπορεί επίσης να δράσει μόνο ως οξειδωτικό, 28

23 1.2 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ διότι το Ν βρίσκεται στη μέγιστη βαθμίδα οξείδωσής του που είναι +5. Αναγωγικό σώμα είναι το σώμα που προκαλεί αναγωγή, δηλαδή είναι: i. στοιχεία που οξειδώνονται, ii. χημικές ενώσεις ή ιόντα που περιέχουν στοιχεία που μπορούν να οξειδωθούν. Αναγωγικά στοιχεία είναι τα στοιχεία στα οποία αυξάνεται ο αριθμός οξείδωσής τους, είτε διότι αποβάλλουν ηλεκτρόνια είτε διότι απομακρύνεται από αυτά το ζεύγος των ηλεκτρονίων του δεσμού που σχηματίζουν. Τέτοια συμπεριφορά εμφανίζουν τα ηλεκτροθετικά στοιχεία και, μάλιστα, όσο πιο ηλεκτροθετικό είναι το στοιχείο τόσο πιο αναγωγικό θα είναι. Αναγωγικές ενώσεις ή αναγωγικά ιόντα είναι οι ενώσεις ή τα ιόντα που περιέχουν στοιχεία στην ελάχιστη συνήθως βαθμίδα οξείδωσής τους ή σε σχετικά μικρή βαθμίδα οξείδωσής τους, έτσι ώστε να μπορούν να οξειδωθούν. Για παράδειγμα, τα μέταλλα, σε ελεύθερη κατάσταση, μπορούν να δράσουν μόνο ως αναγωγικά, διότι πάντα οξειδώνονται από Α.Ο. μηδέν σε κάποιον θετικό Α.Ο. Το Η 2 S μπορεί επίσης να δράσει μόνο ως αναγωγικό, διότι το S βρίσκεται στην ελάχιστη βαθμίδα αναγωγής του που είναι 2. Όταν ένα στοιχείο βρίσκεται σε ενδιάμεση βαθμίδα οξείδωσης στο μόριο μίας ένωσης, τότε είναι δυνατόν η ένωση να δράσει είτε ως αναγωγικό είτε ως οξειδωτικό, ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο θα βρεθεί. Για παράδειγμα, το SO 2 μπορεί να δράσει και ως οξειδωτικό και ως αναγωγικό: +6 Η 2 SO 4 SO 2 : αναγωγικό +4 SO 2 0 S SO 2 : οξειδωτικό Συμπερασματικά, μπορούμε να πούμε ότι οξειδωτικά είναι τα σώματα που προκαλούν οξειδώσεις, αλλά τα ίδια ανάγονται, διότι προσλαμβάνουν πραγματικά ή φαινομενικά e. Αναγωγικά είναι τα σώματα που προκαλούν αναγωγές, αλλά τα ίδια οξειδώνονται, διότι αποβάλλουν πραγματικά ή φαινομενικά e. Όμοια το H 2 O 2 μπορεί να δράσει και ως οξειδωτικό και ως αναγωγικό: 0 O 2 H 2 O 2 : αναγωγικό 1 H 2 O 2 2 H 2 O H 2 O 2 : οξειδωτικό 29

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εφαρμογή 1 Να αποδείξετε ότι η NH 3 είναι αναγωγικό σώμα, ενώ το HNO 3 είναι οξειδωτικό. Όμοια ότι το H 2 S είναι αναγωγικό σώμα και το H 2 SO 4 οξειδωτικό. Λύση Στο HNO 3 το άζωτο παρουσιάζει αριθμό οξείδωσης ίσο με +5, που είναι ο μεγαλύτερος δυνατός, άρα είναι οξειδωτικό σώμα. Στην NΗ 3 το άζωτο παρουσιάζει αριθμό οξείδωσης ίσο με 3, που είναι ο ελάχιστος δυνατός, άρα είναι αναγωγικό σώμα. Στο H 2 SΟ 4 το θείο παρουσιάζει αριθμό οξείδωσης ίσο με +6, που είναι ο μεγαλύτερος δυνατός, άρα είναι οξειδωτικό σώμα. Στο H 2 S το θείο παρουσιάζει αριθμό οξείδωσης ίσο με 2, που είναι ο ελάχιστος δυνατός, άρα είναι αναγωγικό σώμα. 3. Πώς μεταβάλλεται η οξειδωτική ισχύς ενός στοιχείου κατά μήκος μίας ομάδας και μίας περιόδου του περιοδικού πίνακα; Όσο αυξάνει η ηλεκτραρνητικότητα ενός στοιχείου τόσο πιο ισχυρό οξειδωτικό είναι. Επομένως, η οξειδωτική ισχύς των στοιχείων μεταβάλλεται στον περιοδικό πίνακα όπως και η ηλεκτραρνητικότητα. Η οξειδωτική ισχύς ενός στοιχείου, δηλαδή το πόσο ισχυρό οξειδωτικό σώμα είναι το στοιχείο, αυξάνει: i. σε μία περίοδο του περιοδικού πίνακα από αριστερά προς τα δεξιά, ii. σε μία ομάδα του περιοδικού πίνακα από κάτω προς τα πάνω (σχήμα 2). αύξηση της οξειδωτικής ισχύος αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας αύξηση της οξειδωτικής ισχύος Σχήμα 2: Αύξηση της οξειδωτικής ισχύος κατά μήκος μίας ομάδας και μίας περιόδου του περιοδικού πίνακα Για παράδειγμα, στη VII Α ομάδα του περιοδικού πίνακα η οξειδωτική ισχύς του F 2 είναι μεγαλύτερη από του Cl 2, του Cl 2 μεγαλύτερη από αυτή του Br 2 και του Br 2 μεγαλύτερη από αυτή του I 2. Στη 2η περίοδο του περιοδικού πίνακα η οξειδωτική ισχύς του F 2 είναι μεγαλύτερη από του Ο 2, του Ο 2 από αυτή του Ν 2 και του Ν 2 από αυτή του C. 30