Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ανήκουν εκείνες οι αντιδράσεις στις οποίες ορισμένα άτομα μεταβάλλουν αριθμό οξείδωσης.

Transcript

1 1 Οξειδοαναγωγή Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ανήκουν εκείνες οι αντιδράσεις στις οποίες ορισμένα άτομα μεταβάλλουν αριθμ οξείδωσης. Αριθμς Οξείδωσης ατμου ( ΑΟ ) ονομάζεται το φορτίο που πραγματικά έχει το άτομο ως μονοατομικ ιν, ή το φορτίο που φαίνεται τι έχει το άτομο μέσα σε ένα μριο ή σε ένα ιν, ταν τα κοινά ηλεκτρνια μεταξύ δύο ατμων τα μοιράσουμε σύμφωνα με δύο συμβατικούς καννες. 1 ος καννας : Τα κοινά ηλεκτρνια (e ) μεταξύ μοιων ατμων τα μοιράζουμε εξίσου και στα δύο άτομα. 2 ος καννας: Τα κοινά ηλεκτρνια (e ) μεταξύ ανμοιων ατμων τα αποδίδουμε λα στο ηλεκτραρνητικτερο άτομο». Με βάση τους δύο συμβατικούς καννες προκύπτουν τα εξής. 1. Στα ελεύθερα στοιχεία, κάθε άτομο έχει Αριθμ Οξείδωσης (ΑΟ) μηδέν. π.χ. Cl 2 : ΑΟ (Cl) =0, Fe : ΑΟ (Fe) =0, O 2 : ΑΟ (O) =0. 2. Στα μονοατομικά ιντα, ο Αριθμς Oξείδωσης του ατμου είναι ίσος με το φορτίο του ιντος. π.χ. Fe : ΑΟ (Fe) = +2, ενώ Fe 3+ : ΑΟ (Fe) = +3, Cl : ΑΟ (Cl) =1. 3. Το φθριο (F) έχει σε λες τις ενώσεις του ΑΟ (F) = 1, διτι είναι το ηλεκτραρνητικτερο άτομο. 4. Το οξυγνο (Ο) έχει σε λες τις ενώσεις του ΑΟ (Ο) = 2, εκτς απ δύο περιπτώσεις : α). Στα υπεροξείδια που ΑΟ (Ο) = 1, λγω της υπεροξυομάδας ( Ο Ο ). π.χ. στο Η 2 Ο 2 : ΑΟ (Ο) = 1. ( συντακτικς τύπος : Η Ο Ο Η ) β). Στην ένωση F 2 Ο : ΑΟ (Ο) = +2 διτι ΑΟ F = 1 σαν ηλεκτραρνητικτερο του οξυγνου. 5. Το υδρογνο έχει σε λες τις ενώσεις του ΑΟ (H) = +1, εκτς απ τα υδρίδια (Μέταλλο - Η) που έχουμε ΑΟ (H) = 1. π.χ. ΝaΗ : ΑΟ (Na) = +1 και ΑΟ (H) = Το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης λων των ατμων σε ένα μριο, είναι ίσο με το μηδέν. ( Σ ΑΟ.ατμων στο μριο = 0 ). 7. Το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης λων των ατμων σε ένα ιν, είναι ίσο με το φορτίο του ιντος. ( Σ ΑΟ.ατμων στο ιν = φορτίο ιντος ). Εφαρμογές: Να υπολογιστεί ο ΑΟ : α). του S στο H 2 SO 3 Απ. Έστω ΑΟ S =y. Σ ΑΟ =0 2(+1)+ y +3(2)=0 +y6=0 y = ΑΟ S =+4. β). του Mn στο KMnO 4. Απ. Έστω ΑΟ Mn =x. Σ ΑΟ =0 +1+x+4(2)=0 x7=0 x=αο Mn =+7. γ). του Cr στο K 2 Cr 2 O 7. Απ. Έστω ΑΟ Cr =y. Σ ΑΟ =0 2(+1) + 2y + 7(2) =0 y = ΑΟ Cr = +6. δ). του P στο HPO 4 2. Απ. Έστω ΑΟ P =φ. Σ ΑΟ = φ + 4(2) = φ 8 = 2 φ 7 = 2 φ = +5 = ΑΟ P. ε). του S στο H 2 S 4 O 6 ( τετραθειονικ οξύ ). Απ. Έστω x ο ΑΟ του S στο H 2 S 4 O 6. Σ ΑΟ =0 2(+1) + 4x + 6(2) = 0 4x10 = 0 x=αο S = +5/2

2 2 Παρατηρήσεις: Η κλασματική τιμή του ΑΟ του S στο H 2 S 4 O 6, δείχνει τι ο αριθμς οξείδωσης (ΑΟ) δεν αντιπροσωπεύει πραγματικά φορτία, παρά μνο στα απλά ιντα. π.χ. Ca, Fe 3+, Na +, Cl, S 2 κ.ο.κ. Ο αριθμς οξείδωσης είναι αποτέλεσμα συμβατικών καννων και χρησιμοποιείται στην εξαγωγή συντελεστών στις πολύπλοκες οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις. Διαφορές Αριθμού Οξείδωσης - ομοιοπολικού σθένους α). β). Το ομοιοπολικ σθένος είναι καθαρς και ακέραιος αριθμς, μας δίνει δε τον αριθμ των ηλεκτρονίων που το άτομο διαθέτει για τη δημιουργία των ομοιοπολικών δεσμών στους οποίους συμμετέχει. Ο αριθμς οξείδωσης είναι αποτέλεσμα συμβατικών καννων. Είναι αλγεβρικς αριθμς, δηλαδή θετικς ή αρνητικς, μπορεί να πάρει κλασματικές τιμές ή και τη τιμή μηδέν. π.χ. Στο Η 2 Ο 2 ( Η Ο Ο Η ) : ΑΟ (Ο) = 1, Ενώ το ομοιοπολικ σθένος του Ο είναι 2. Στη φορμαλδεΰδη ( μεθανάλη ) CΗ 2 Ο, σθένος του C είναι 4., έχουμε : ΑΟ (C) =0, ενώ το ομοιοπολικ γ). Ομοιοπολικ σθένος μηδέν ( 0 ) έχουν μνο τα άτομα των ευγενών αερίων, τα οποία δεν έχουν αριθμ οξείδωσης, διτι δεν σχηματίζουν χημικές ενώσεις. Οξείδωση και Αναγωγή Η οξείδωση και η αναγωγή είναι χημικά φαινμενα που κατά καιρούς έχουν ορισθεί διαφορετικά. Απ τους χρονικά αρχαιτερους προς τους νετερους ορισμούς : 1α. πρσληψη αποβολή ατμων οξυγνου ( Ο ) και ατμων υδρογνου ( Η ). Οξείδωση ονομάζουμε την πρσληψη ατμων οξυγνου (Ο) ή την αποβολή ατμων υδρογνου (Η) απ ένα στοιχείο ή μία χημική ένωση. στη χημική εξίσωση : C + O 2 CO 2, ο C οξειδώνεται διτι το άτομο του C ενώνεται με άτομα Ο (προσλαμβάνει άτομα Ο ). στη χημική εξίσωση : CH 3 -OH + O 2 HCH=O + H 2 O, η μεθανλη ( CH 3 -OH ) οξειδώνεται, διτι αποβάλει άτομα Η. Αναγωγή ονομάζουμε την αποβολή ατμων οξυγνου (Ο) ή την πρσληψη ατμων υδρογνου (Η) απ ένα στοιχείο ή μία χημική ένωση. στη χημική εξίσωση : H 2 + Cl 2 2HCl, το χλώριο (Cl 2 ) ανάγεται, διτι προσλαμβάνει άτομα Η. στη χημική εξίσωση : H 2 + O 2 H 2 O το μριο H 2 ενώνεται με άτομα Ο (προσλαμβάνει άτομα Ο) δηλ. το H 2 οξειδώνεται, ενώ το μριο Ο 2 ενώνεται με άτομα Η, (προσλαμβάνει άτομα Η ) δηλ. το Ο 2 ανάγεται.

3 3 2α. αποβολή - πρσληψη ηλεκτρονίων απ άτομο, μριο ή ιν. ( η αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων ) Οξείδωση ονομάζουμε την αποβολή ηλεκτρονίων απ ένα άτομο ή μριο ή ιν. στη χημική εξίσωση : Ζn Zn + 2e ο Zn οξειδώνεται, διτι το άτομο του Zn αποβάλει ηλεκτρνια ( 2 e ). στη χημική εξίσωση : Cl Cl 2 + e το Cl οξειδώνεται, διτι το ανιν του Cl αποβάλει 1 ηλεκτρνιο ( 1 e ). Αναγωγή ονομάζουμε την πρσληψη ηλεκτρονίων απ ένα άτομο ή μριο ή ιν. στη χημική εξίσωση : Cu + 2e Cu o χαλκς ανάγεται, διτι το κατιν Cu προσλαμβάνει ηλεκτρνια ( 2 e ). στη χημική εξίσωση : Η 2 Ο 2 + 2Η + + 2e 2Η 2 Ο το υπεροξείδιο του υδρογνου (Η 2 Ο 2 ) ανάγεται, διτι προσλαμβάνει ηλεκτρνια (2e ) 3α. αύξηση - μείωση του αριθμού οξείδωσης ενς ατμου. Οξείδωση ονομάζουμε την αλγεβρική αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενς ατμου. στη χημική εξίσωση : Ζn Zn + 2e ο Zn οξειδώνεται, διτι το άτομο του Zn αυξάνει τον αριθμ οξείδωσής του απ 0 σε +2 στη χημική εξίσωση : 2Cl Cl 2 + 2e το Cl οξειδώνεται, διτι αυξάνει τον αριθμ οξείδωσης απ 1 σε 0. Αναγωγή ονομάζουμε την αλγεβρική μείωση του αριθμού οξείδωσης ενς ατμου. στη χημική εξίσωση : Cu + 2e Cu o χαλκς ανάγεται, διτι μειώνει τον αριθμ οξείδωσής του απ +2 σε +1. στη χημική εξίσωση : O 2 + 2e O 2 το οξυγνο ανάγεται, διτι μειώνει τον αριθμ οξείδωσής του απ 0 σε 2. Οξειδοαναγωγή = οξείδωση + αναγωγή Η οξείδωση και η αναγωγή είναι παράλληλα χημικά φαινμενα. Αυτ σημαίνει τι τη στιγμή που μία ουσία Α οξειδώνεται, μία άλλη ουσία Β ανάγεται και γι αυτ το συνολικ φαινμενο λέγεται οξειδοαναγωγή. Η ουσία Α που αποβάλλει ηλεκτρνια ( e ) και οξειδώνεται, προκαλεί την αναγωγή της ουσίας Β. Γι αυτ το λγο η ουσία Α λέγεται αναγωγική ουσία ή απλά αναγωγικ σώμα. Το αναγωγικ οξειδώνεται αποβάλλοντας ηλεκτρνια ( e ) και αυξάνει τον αριθμ οξείδωσής του.

4 4 Η ουσία Β που προσλαμβάνει ηλεκτρνια ( e ) και ανάγεται, προκαλεί την οξείδωση της ουσίας Α. Γι αυτ το λγο η ουσία Β λέγεται οξειδωτική ουσία ή απλά οξειδωτικ σώμα. Παράδειγμα: Το οξειδωτικ ανάγεται προσλαμβάνοντας ηλεκτρνια ( e ) και μειώνει τον αριθμ οξείδωσής του. Γνωρίζουμε απ την Α λυκείου τι, αν σε υδατικ διάλυμα CuSO 4 προσθέσουμε μεταλλικ Zn, θα γίνει η αντίδραση : Zn (s) + CuSO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + Cu (s) Ο CuSO 4 και ο ZnSO 4 είναι ευδιάλυτα άλατα και η παραπάνω χημική εξίσωση μπορεί να γραφτεί: Zn (s) + Cu (aq) + Ο (aq) Zn (aq) + Ο (aq) + Cu (s) Παρατηρήστε τι τα θειικά ιντα Ο (aq) δεν υφίστανται κάποια μεταβολή και γι αυτ χαρακτηρίζονται ως ιντα παρατηρητές, μπορούν δε να παραληφθούν. Οπτε η αντίδραση γράφεται : Zn (s) + Cu (aq) Zn (aq) + Cu (s) Η τελευταία αντίδραση είναι προφανές τι είναι αντίδραση οξειδοαναγωγής, διτι περιλαμβάνει : τον Zn (s) ο οποίος οξειδώνεται : Zn (s) Zn (aq) + 2e ( το αναγωγικ Zn (s) οξειδώνεται ) ( ημιαντίδραση οξείδωσης του αναγωγικού ) τον Cu (aq) ο οποίος ανάγεται : Cu (aq) + 2e Cu (s) ( το οξειδωτικ Cu ανάγεται ). ( ημιαντίδραση αναγωγής του οξειδωτικού ) Αν προσθέσουμε τις δύο τελευταίες ημιαντιδράσεις κατά μέλη, προκύπτει : Zn (s) + Cu (aq) + 2e Zn (aq) + 2e + Cu (s) και με απλοποίηση των 2e προκύπτει : Zn (s) + Cu (aq) Zn (aq) + Cu (s) Συνοπτικά : Το οξειδωτικ προσλαμβάνει ηλεκτρνια, μειώνει αλγεβρικά τον αριθμ οξείδωσής του και ανάγεται. Το αναγωγικ αποβάλλει ηλεκτρνια, αυξάνει αλγεβρικά τον αριθμ οξείδωσής του και οξειδώνεται.

5 5 1. ΑΠΛΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ. α). Αντιδράσεις καύσεις Ονομάζουμε καύση, την αντίδραση ενς στοιχείου ή μιας χημικής ένωσης με το οξυγνο. [ η καύση συνοδεύεται απ εκπομπή ακτινοβολίας ( δηλ. φωτς φλγας ) και απελευθέρωση θερμτητας ]. π.χ. 2Η 2 + Ο 2 2Η 2 Ο Μεταβολή του Α.Ο. για το Η: απ 0 σε +1. ( το Η οξειδώνεται ). Μεταβολή του Α.Ο. για το Ο: απ 0 σε 2. ( το Ο ανάγεται ). π.χ. CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O Μεταβολή του Α.Ο. για τον C: απ 4 σε +4. ( o C οξειδώνεται ). Μεταβολή του Α.Ο. για το Ο: απ 0 σε 2. ( το Ο ανάγεται ). Πρέπει εδώ να σημειώσουμε τι, οι αντιδράσεις καύσης διαφέρουν απ τις υπλοιπες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, στο τι είναι ταχείες ( σε κάποιες περιπτώσεις ακαριαίες ), ισχυρά εξώθερμες και συνοδεύονται απ εκπομπή ακτινοβολίας ( φωτς ). β). Αντιδράσεις σύνθεσης Ονομάζονται γενικά οι αντιδράσεις εκείνες κατά τις οποίες, δύο στοιχεία αντιδρούν και σχηματίζουν μία χημική ένωση. π.χ. 2Νa + Cl 2 2ΝaCl. Μεταβολή του Α.Ο. για το Na : απ 0 σε +1. ( τo Νa οξειδώνεται ). Μεταβολή του Α.Ο. για το Cl : απ 0 σε 1. ( το Cl ανάγεται ). π.χ. N 2 + 3H 2 2NH 3 Μεταβολή του Α.Ο. για το H : απ 0 σε +1. ( τo H οξειδώνεται ). Μεταβολή του Α.Ο. για το N : απ 0 σε 3. ( το N ανάγεται ). γ). Αντιδράσεις διάσπασης ή αποσύνθεσης Ονομάζονται οι αντιδράσεις εκείνες κατά τις οποίες, μία χημική ένωση διασπάται προς απλούστερα μρια. Διακρίνονται σε: i. Μη οξειδοαναγωγικές διασπάσεις και ii. Οξειδοαναγωγικές διασπάσεις. i. Μη οξειδοαναγωγικές διασπάσεις ονομάζονται οι διασπάσεις εκείνες στις οποίες ο αριθμς οξείδωσης των ατμων, στο μριο της ένωσης, δεν μεταβάλλεται κατά την διάσπαση. π.χ. CaCO 3 θ CaO + CO 2 ii. Οξειδοαναγωγικές διασπάσεις ονομάζονται οι διασπάσεις εκείνες στις οποίες ο αριθμς οξείδωσης των ατμων, στο μριο της ένωσης, μεταβάλλεται κατά την διάσπαση. Παραδείγματα : 2NH 3 N 2 + 3H 2 Μεταβολή του Α.Ο. για το Ν : απ 3 σε 0. ( το Ν οξειδώνεται ). Μεταβολή του Α.Ο. για το Η : απ +1 σε 0. ( το Η ανάγεται ). 2ΝO 2 Ν 2 + 2O 2 Μεταβολή του Α.Ο. για το Ν : απ +4 σε 0. ( το Ν ανάγεται ). Μεταβολή του Α.Ο. για το Ο : απ 2 σε 0. ( το Ο οξειδώνεται ). 2KClO 3 2KCl + 3O 2 Μεταβολή του Α.Ο. για το Cl : απ +5 σε 1. ( το Cl ανάγεται ). Μεταβολή του Α.Ο. για το Ο : απ 2 σε Ο. ( το Ο οξειδώνεται ).

6 6 ο 8 ΓΕΛ Πειραιά. Χημεία Γ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης Οξειδωτικά μέσα Οξειδωτικά σώματα ή οξειδωτικές ουσίες ονομάζονται οι ουσίες εκείνες που μπορούν να προκαλέσουν οξείδωση σε μια άλλη ουσία. Τα οξειδωτικά ανάγονται με πρσληψη e. Τα κυριτερα οξειδωτικά μέσα είναι τα κατιντα των μετάλλων με μεγάλο αριθμ οξείδωσης, τα ελεύθερα αμέταλλα, το μοριακ οξυγνο ( Ο2 ), και ορισμένες ενώσεις του οξυγνου. Σημείωση. Πρέπει να σημειώσουμε τι ορισμένα οξειδωτικά μέσα, ανάγονται προς διαφορετικά μεταξύ τους προϊντα, ανάλογα με τις συνθήκες της αντίδρασης. Στην συνέχεια δίνονται τα κυριτερα οξειδωτικά μέσα, οι συνθήκες της αντίδρασης και το προϊν της αναγωγής. Συνήθη οξειδωτικά μέσα και το προϊν αναγωγής τους Άλατα Οξειδωτικ 1. KMnO4 + οξύ άλας Mn Όπου οξύ συνήθως είναι Η2SΟ4. 2. K2Cr2O7 + οξύ άλας Cr3+ 3. K2CrO4 + οξύ άλας Cr3+ Αν το οξύ είναι Η2SΟ4, τα άλατα θα είναι θειικά : 4. Fe3+, Sn4+, Cu Fe, Sn, Cu 5. MXOv Οξέα Προϊν αναγωγής 6. CaOCl2 7. H2SO4 8. HNO X ( M: K, Na και X : Cl, Br, I ) ( Cl1+ Cl0 ) HNO3 MnSO4, Cr2(SO4)3, PbSO4, K2SO4,... SO2 NO2 NO + οξύ (H ) + Οξείδια 10. MnO2 + οξύ (H ) άλας Mn 11. PbO2 + άλας Mn 12. CuO Cu0 0 άλας 13. AgPb 2O Ag άλας Pb 14. SO3 SO2 15. H2O2 H2O 16. SO2 S0 2 Στοιχεία 17. O3 O (+ O2) O2 O 19. X2 X 20. S ( X : F, Cl, Br, I ) S2 Ισχυρά Οξειδωτικά : KMnO4, K2Cr2O7, HNO3, ΚClO4, CaOCl2, H2O2 Σειρά οξειδωτικής ισχύος των αμετάλλων : F2, O3, Cl2, Br2, O2, I2, S μείωση οξειδωτικής ισχύος

7 7 ο 8 ΓΕΛ Πειραιά. Χημεία Γ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης Αναγωγικά μέσα Αναγωγικά μέσα, είναι οι ουσίες εκείνες οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν την αναγωγή ενς οξειδωτικού σώματος. Τα αναγωγικά σώματα οξειδώνονται αποβάλλοντας e. Αναγωγικά σώματα είναι ορισμένα κατιντα μετάλλων με μικρ αριθμ οξείδωσης, τα μέταλλα σε ελεύθερη κατάσταση, και οι ουσίες που περιέχουν αμέταλλο σε χαμηλή ή μεσαία βαθμίδα οξείδωσης. Στη συνέχεια δίνονται τα κυριτερα αναγωγικά μέσα και το προϊν οξείδωσης σε κάθε περίπτωση. Συνήθη αναγωγικά μέσα και το προϊν οξείδωσής τους Άλατα Αναγωγικ Ν ( -ώδη άλατα -ικά άλατα) Ν ( νιτρώδη νιτρικά άλατα) Χ2 ( σειρά ισχύος : I, Br, Cl ) 3. Χ 4. S 2 S Οξέα Fe3+, Sn4+, Cu S H2SO4 ( -ώδη οξέα -ικά οξέα ) 8. H3PO3 Χ2 Οξείδια 10. H2O2 O2 11. SO2 12. CO 13. Αμμωνία : NH3 14. Μέταλλα : Μ 15. Αμέταλλα * 7. H2SO3 9. HΧ ( θειούχα άλατα ) 5. Fe, Sn, Cu1+ 6. H2S Προϊν οξείδωσης H2SO4 CO2 N2 Μx+ (x ο μικρτερος αριθμς οξείδωσης)* αραι HNO3 πυκν HNO3 π,θ H2SO4 15α. I HIO3 15β. S H2SO4 H2SO4 SO2 15γ. P 15δ. C CO2 CO2 π,θ H2SO4 : πυκν και θερμ. Ισχυρά Αναγωγικά : H2S, HI, άλατα Fe, άλατα Sn, SO2, S, P, C Σειρά αναγωγικής ισχύος των μετάλλων ( σειρά δραστικτητας ) : Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, Η 2, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au Μείωση αναγωγικής ισχύος