σημειώσεις οξειδοαναγωγής (μέρος Α)

Transcript

1 Τάξη Γ Λυκείου χημεία θετικού προσανατολισμού σημειώσεις οξειδοαναγωγής (μέρος Α) αναγωγικό οξειδωτικό Επιμέλεια: Διογένης Κοσμόπουλος

2

3 1. Η εξέλιξη των εννοιών της οξείδωσης και της αναγωγής Οι αρχικές απόψεις. Στην ενότητα αυτή δίνεται το ιστορικό της εξέληξης των εννοιών της οξείδωσης και της αναγωγής και αποσαφηνίζονται οι βασικές έννοιες του α- ριθμού οξείδωσης του οξειδωτικού, του αναγωγικού, της ανηγμένης και ο- ξειδωμένης μορφής. Τα φαινόμενα της οξείδωσης και της αναγωγής καλύπτουν το μεγαλύτερο αριθμό των χημικών αντιδράσεων και έχουν πολύ μεγάλο ενδιαφέρον γιατί οι χημικές διεργασίες που συντελούνται έχουν μεγάλη σημασία για τη ζωή του ανθρώπου. Οι διάφορες μεταλλουργικές διεργασίες (η παραγωγή αλλά και η διάβρωση των μετάλλων), οι λειτουργεία των μπαταριών, οι καύσεις είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Στη βιοχημεία η αναπνοή των αερόβιων οργανισμών, η φωτοσύνθεση, η δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου από τις ρίζες των ψυχανθών και η μετατροπή του σε παράγωγα της αμμωνίας, είναι μερικά παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής με μεγάλο και ουσιαστικό ενδιαφέρον για τη ζωή. Η πρώτη άποψη για την οξείδωση και τη αναγωγή βασίστηκε στην ικανότητα που έχουν τα στοιχεία να προσλαμβάνουν ή να αποβάλλουν οξυγόνο. Σύμφωνα με τις απόψεις αυτές θεωρήθηκαν τα εξής: Ένα στοιχείο οξειδώνεται όταν προσλαμβάνει οξυγόνο ενώ ανάγεται όταν αποβάλει οξυγόνο. π.χ. στην αντίδραση: ο χαλκός (Cu) ανάγεται (δίνει οξυγόνο) Cu O Zn Cu ZnO ο ψευδάργυρος (Zn) οξειδώνεται (παίρνει οξυγόνο) Το βασικό μειονέκτημα της άποψης αυτής είναι το ότι χαρακτηρίστηκαν σαν οξειδώσεις ή σαν α- ναγωγές ένα μικρό πλήθος χημικών αντιδράσεων όπου συμμετέχει υποχρεωτικά οξυγόνο. Πολλές όμως αντιδράσεις είναι ηλεκτρονικά παρόμοιες με την παραπάνω αντίδραση αν και δεν α- νταλλάσσεται οξυγόνο. Ας προσέξουμε τις ηλεκτρονικές μεταβολές των ατόμων στις δύο παρακάτω αντιδράσεις: 2e ο χαλκός (Cu) παίρνει 2 ηλεκτρόνια Cu O Zn Cu ZnO ο ψευδάργυρος (Zn) δίνει 2 ηλεκτρόνια και 2e Cu SO Zn Cu Zn SO ο χαλκός (Cu) παίρνει 2 ηλεκτρόνια 4 4 ο ψευδάργυρος (Zn) δίνει 2 ηλεκτρόνια Παρατηρούμε ότι ότι και στις δύο αντιδράσεις ο Zn δίνει ηλεκτρόνια στο ιόν Cu +2, ενώ τα ιόντα Ο -2 και SO 4-2 δεν παθαίνουν καμία μεταβολή. Μπορούμε λοιπόν να ισχυριστούμε ότι η οξείδωση και η α- ναγωγή έχει άμεση σχέση με την αποβολή και πρόσληψη ηλεκτρονίων. Έτσι, γενικεύοντας τις παραπάνω διαπιστώσεις, καταλήξαμε στην ηλεκτρονική θεωρία για την οξείδωση και αναγωγή σύμφωνα με την οποία: Ένα στοιχείο οξειδώνεται όταν αποβάλλει ηλεκτρόνια, ενώ ένα στοιχείο ανάγεται όταν προσλαμβάνει ηλεκτρόνια Τα φαινόμενα της οξείδωσης και της αναγωγής γίνονται ταυτόχρονα αφού τα ηλεκτρόνια που δίνει το άτομο (ή το ιόν) που οξειδώνεται, προσλαμβάνονται από το άτομο (ή το ιόν) που ανάγεται.

4 2 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου Έτσι στην συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση, γίνονται ταυτόχρονα δύο ημιαντιδράσεις, η ημιαντίδραση της οξείδωσης και η ημιαντίδραση της αναγωγής. Σε κάθε οξειδοαναγωγική αντίδραση το σώμα που οξειδώνεται (χάνοντας ηλεκτρόνια), προκαλεί αναγωγή στο άλλο σώμα (που δέχεται τα ηλεκτρόνια). Γ αυτό το σώμα που οξειδώνεται ονομάστηκε αναγωγικό η δε κατάσταση που μεταβαίνει ονομάστηκε οξειδωμένη μορφή. Με ανάλογο σκεπτικό το σώμα που ανάγεται ονομάζεται οξειδωτικό και μεταβαίνει σε κατάσταση που ονομάζεται ανηγμένη μορφή. Σύμφωνα με τα παραπάνω κάθε οξειδοαναγωγική αντίδραση έχει το γενικό σχήμα: ( ο υ σ ί α π ο υ α ν ά γ ε τ α ι ) οξειδωτικό e + ( ο υ σ ί α π ο υ ο ξ ε ι δ ώ ν ε τ α ι ) αναγωγικό π α ί ρ ν ε ι e δ ί ν ε ι e ανηγμένη μορφή + οξειδωμένη μορφή 1.2. Σύγχρονες απόψεις για την οξείδωση και την αναγωγή Γενικά Είναι γεγονός ότι με την ηλεκτρονική θεωρία μεταφοράς ηλεκτρονίων χαρακτηρίστηκαν σαν οξειδοαναγωγικές πολλές περισσότερες αντιδράσεις που δεν είχαν χαρακτηριστεί σαν οξειδοαναγωγικές με την θεωρία της πρόσληψης ή αφαίρεσης οξυγόνου ή υδρογόνου. Όμως σε πολλές γνωστές αντιδράσεις οξείδωσης ή αναγωγής, όπως η οξείδωση του άνθρακα από οξυγόνο (C+O 2 CO 2) δεν γίνεται μεταφορά αλλά κοινή συνεισφορά ηλεκτρονίων. Έτσι αναγκαστήκαμε να αναθεωρήσουμε και να συμπληρώσουμε την ηλεκτρονική θεωρία μεταφοράς ηλεκτρονίων. Ο επαναπροσδιορισμός των εννοιών της οξείδωσης και της αναγωγής οδήγησε στην θεώρηση ενός αριθμού που ονομάστηκε αριθμός οξείδωσης στοιχείου 1 που χαρακτηρίζει το κάθε στοιχείο σε ό- ποια κατάσταση και άν είναι H έννοια του αριθμού οξείδωσης. Οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων ορίζονται σύμφωνα με τους παρακάτω κανόνες: i. Όταν το στοιχείο ανήκει σε ιοντική (ετεροπολική) ένωση σαν μονατομικό ιόν τότε ο αριθμός οξείδωσης του στοιχείου είναι ίσος με τα πραγματικό φορτίο του ιόντος. Παραδείγματα: Στο χλωριούχο νάτριο, ο α.ο. του Νa είναι +1 ενώ του Cl είναι 1, όσο και τα φορτία των αντίστοιχων +1 ιόντων στη ένωση σύμφωνα με τον ηλεκτρονικό τύπο Na, κ Cl. +2 Το χλωριούχο ασβέστιο έχει ηλεκτρονικό τύπο Ca, 2 Cl. Έτσι το Ca έχει α.ο. +2 ενώ το Cl έχει α.ο. 1. Στα υδρίδια των μετάλλων το Η έχει α.ο. 1, όπως προκύπτει από τον ηλεκτρονικό τύπο του υδρίδιου +1 του νατρίου Na, H. 1 Ο αριθμός οξείδωσης ονομάζεται συχνά και τυπικό σθένος ή βαθμίδα οξείδωσης του στοιχείου.

5 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής 3 ii. Όταν το στοιχείο ανήκει σε ομοιοπολική ένωση τότε ο α.ο. του είναι ίσος με το φορτίο που φαίνεται να αποκτά το άτομο αν τα ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στα κοινά ζεύγη, αποδοθούν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο, εφ όσον ο δεσμός είναι μεταξύ ανόμοιων ατόμων ή μοιραστούν στα άτομα εφ όσον ο δεσμός είναι μεταξύ ομοίων ατόμων. Παραδείγματα: α. Το νερό είναι ομοιοπολική ένωση με ηλεκτρονικό τύπο H O H. Αν τα κοινά ζεύγη αποδοθούν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο το οξυγόνο, τότε προκύπτει ο ακόλου θος συμβατικός τύπος με τα φαινομενικά φορτία: H, O, H Έτσι ο α.ο. του Η είναι +1 και του οξυγόνου 2.. β. Χαρακτηριστική περίπτωση είναι και το οξείδιο του φθορίου Ο 2F που έχει ηλεκτρονικό τύπο F O F. Τα κοινά ζεύγη αποδίδονται στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο φθορίου οπότε έχουμε τον +2 συμβατικό τύπο F, O, F από τον οποίο προκύπτει ότι ο α.ο. του F είναι 1 και του Ο είναι +2. γ. Στο μόριο του υδρογόνου με ηλεκτρονικό τύπο H H, το κοινό ζεύγος των ηλεκτρονίων μοιράζε- 0 0 ται μεταξύ των ομοίων ατόμων οπότε προκύπτει το σχήμα H, H από το οποίο συμπεραίνουμε ότι ο α.ο. του Η είναι 0. δ. Στο υπεροξείδιο του υδρογόνου έχουμε κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων και μεταξύ ομοίων ατόμων και μεταξύ ανομοίων σύμφωνα με τον τύπο: H O O H. Μετά την συμβατική ανακατανομή ηλε κτρονίων σύμφωνα με τον ορισμό του α.ο. έχουμε τον τύπο H, O, O, H.Έτσι προκύπτει ότι ο α.ο. του Η είναι +1 και του Ο 1 όσο και τα φαινομενικά φορτία των ιόντων. iii. Αν το άτομο συμμετέχει και σε ομοιοπολικό και σε ετεροπολικό δεσμό τότε εφαρμόζουμε ταυτόχρονα τους κανόνες (1) και (2). Παράδειγμα: +1 Στο υδροξείδιο του νατρίου ο ηλεκτρονικός τύπος είναι Na, O H από τον οποίο διαπιστώνουμε ότι ο α.ο του κατιόντος Na +1 είναι +1 και του πολυατομικού ανιόντος υδροξειδίου OH είναι 1. Αν ανακατανεμηθούν τα ηλεκτρόνια του δεσμού Ο-Η προκύπτει ο τύπος συμπεραίνουμε ότι ο α.ο. του Ο είναι 2 και του Η είναι O, H από τον οποίο

6 4 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου Εμπειρικοί κανόνες για τον υπολογισμό των α.ο. Από την μελέτη των αριθμών οξείδωσης των ατόμων στα διάφορα σώματα προκύπτουν ορισμένοι εμπειρικοί κανόνες που μας επιτρέπουν να υπολογίζουμε γρήγορα τον αριθμό οξείδωσης ενός ατόμου σ όποια κατάσταση και αν βρίσκεται. Πίνακας εμπειρικών κανόνων για τον υπολογισμό των αριθμών οξείδωσης 1 Οι α.ο. των στοιχείων παίρνουν τιμές από -4 έως Τα άτομα που είναι ελεύθερα, τα άτομα των μετάλλων που συνιστούν μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα και τα άτομα στα μόρια στοιχείων (π.χ.ηe, Fe, Η 2, O 2, O 3 κ.λ.π.) έχουν α.ο.=0 3 Όταν τα μέταλλα σχηματίζουν χημικές ενώσεις, έχουν θετικούς α.ο α Τα αλκάλια π.χ. τα K, Νa (1 η ομάδα του περιοδικού πίνακα ) έχουν α.ο.=+1 3 β Οι αλκαλικές γαίες π.χ. τα Ca, Mg (2 η ομάδα του περιοδικού πίνακα ) έχουν α.ο.=+2 Όταν τα αμέταλλα σχηματίζουν χημικές ενώσεις, έχουν και θετικούς και αρνητικούς α.ο. 4 α το φθόριο έχει πάντα πάντα α.ο. 4 β το υδρογόνο έχει πάντα α.ο. +1, εκτός από τις ενώσεις του με μέταλλα που έχει α.ο. 4 γ το οξυγόνο έχει πάντα α.ο. 2, εκτός από τα υπεροξείδια (που έχουν την ομάδα -Ο-Ο-) όπου έχει α.ο. και την ένωσή του με F (O 2F) που έχει α.ο α Το αλγεβρικό άθροισμα των α.ο. των ατόμων σε μια χημική ένωση είναι ίσο με μηδέν. 5 β Το αλγεβρικό άθροισμα των α.ο. σε πολυατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος. Σε μία χημική ένωση είναι δυνατόν δύο ή και περισσότερα άτομα του ίδιου στοιχείου να έ- χουν διαφορετικούς α.ο. Παραδείγματα εφαρμογής των εμπειρικών κανόνων για να βρίσκουμε τους α.ο. α. Στο θειϊκό οξύ H 2 SO 4 το άτομο του υδρογόνου (Η) έχει α.ο.=+1 (κανόνας 4 β ), ενώ το άτομο του οξυγόνου (Ο) έχει α.ο.=-2 (κανόνας 4 γ ). Aν ο α.ο. του θείου (S) είναι x, τότε επαληθεύεται η εξίσωση: 2 ( 1) x 4 ( 2) 0 (κανόνας 5 α ) από την οποία βρίσκουμε τον α.ο. του S: x=+6. β. Στο χλωριούχο υποχλωριώδες ασβέστιο (χλωράσβεστος) CaOCl 2 το ένα άτομο Cl έχει α.ο.= και το άλλο έχει α.ο.=+1 (κανόνας 6) γ. Στο πολυατομικό ιόν ΜnO 4 το άτομο του οξυγόνου (Ο) έχει α.ο.=-2 (κανόνας 4 γ ). Aν ο α.ο. του μαγγανίου(mn) είναι x τότε επαληθεύεται η εξίσωση: x 4 ( 2) 1 (κανόνας 5 β ) από την οποία βρίσκουμε τον α.ο. του Mn: x=+7. Συμβουλή : Μαθητή/τρια, είναι αναγκαίο, όχι μόνο να απομνημονεύσεις τους βασικούς εμπειρικούς κανόνες, αλλά και να μάθεις να τους χρησιμοποιείς, για να υπολογίζεις τους αριθμούς οξείδωσης των στοιχείων είτε είναι ελεύθερα είτε σχηματίζουν χημικές ενώσεις.

7 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής Πίνακας αριθμών οξείδωσης των στοιχείων. Η 0 +1 Α Ο M F 0 E Cl, Br, I T S Λ N Λ P, As Α C B Li, K, Na, Ag 0 +1 M Ca, Ba, Zn, Mg 0 +2 E Al, Βi 0 +3 T Cu, Hg Λ Au Λ Fe, Co, Ni Α Pb, Sn, Pt Cr Mn Παρατήρηση: Ο άνθρακας (C) έχει στις ανόργανες ενώσεις α.ο. +2 και +4. Με όλους τους αναγραφόμενους α.ο. εμφανίζεται στις οργανικές ενώσεις Αριθμός οξείδωσης πολυατομικού ιόντος και ρίζας Οι έννοιες των πολυατομικών ιόντων και των ριζών. Τα πολυατομικά ιόντα είναι φορτισμένα σωματίδια που συγκροτούν τις ιοντικές ενώσεις. Στο κάθε πολυατομικό ιόν τα άτομα είναι βέβαια ενωμένα με ομοιοπολικούς δεσμούς αλλά οφείλει το φορτίο του στο ότι ένα ή περισσότερα άτομα έχουν προσλάβει ή αποβάλλει ηλεκτρόνια, ώστε να αποκτήσουν δομή ευγενών αερίων. Έτσι τα πολυατομικά ιόντα είναι σταθερά σωματίδια και είναι δυνατόν να υπάρχουν αυτόνομα. Για παράδειγμα η ιοντική ένωση νιτρώδες νάτριο NaΝΟ 2 αποτελείται από το ιόν νατρίου (Na+¹) και το νιτρώδες ιόν (ΝΟ₂ ¹) που είναι αυτόνομα σωματίδια. Στις μοριακές ενώσεις όλα τα άτομα στο μόριο είναι ενωμένα με ομοιοπολικούς δεσμούς. Συχνά όμως στο μόριο, οριοθετούμε ομάδες ατόμων, που ονομάζουμε ρίζες, γιατί μας εξυπηρετούν στην γραφή και ονομασία των μοριακών ενώσεων αλλά κυρίως μας χρησιμεύουν στην κατανόηση του μηχανισμού των χημικών αντιδράσεων των μοριακών ενώσεων. Οι ρίζες αντίθετα με τα πολυατομικά ιόντα δεν είναι δυνατόν να υπάρχουν σαν αυτόνομα σωματίδια γιατί έχουν νόημα και ύ- παρξη μόνο σαν τμήμα του μορίου της ένωσης. Iοντική ένωση νιτρώδες νάτριο ΝaΝΟ 2 Σύμφωνα λοιπόν με τα παραπάνω δεν πρέπει να σύγχέονται οι έννοιες του πολυατομικού ιόντος και της ρίζας που αν και έχουν τον ίδιο τύπο, αναφέρονται αντίστοιχα σε ιοντική και μοριακή ένωση. Na + νιτρώδες ιόν ΝΟ Νa, Ο Ν Ο H Ο N Na Μοριακή ένωση νιτρώδες οξύ ΗΝΟ 2 H νιτρώδης ρίζα ΝΟ 2 Η Ο Ν Ο H Ο N

8 6 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου Υπολογισμός του αριθμού οξείδωσης πολυατομικού ιόντος και ρίζας. Ο αριθμός οξείδωσης και στα πολυατομικά ιόντα και στις ρίζες είναι ίσος με το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων που τα αποτελούν. Η διαφορά είναι ότι ο αριθμός οξείδωσης στο πολυατομικό ιόν είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος ενώ ο αριθμός οξείδωσης στη ρίζα είναι το φαινομενικό της φορτίο. Παράδειγμα: Στο ιόν ΝO 2 της ένωσης ΝaΝO2 και στη ρίζα ΝO 2 της ένωση ΗΝO 2, το άτομο οξυγόνο (Ο) έχει α.ο. -2 και το άτομο άζώτο (N) έχει α.ο. +3. Έτσι οι αντίστοιχοι α.ο. του ιόντος και της ρίζας είναι (+3) + 2 (-2)=. Γραφή και ονοματολογία πολυατομικών ιόντων (και ριζών). Τα περισσότερα πολυατομικά ιόντα αποτελούνται από ένα στοιχείο (Σ) μέταλλο ή αμέταλλο, ενωμένο με ορισμένο αριθμό ατόμων οξυγόνου. Στο πίνακα που ακολουθεί υπάρχουν ταξινομημένα τα κυριότερα πολυατομικά ιόντα με τα φορτία τους. Πολυατομικά ιόντα με κατάληξη...ικό ή...ώδες υπερ...ικό... ικό...ώδες υπο...ώδες Παρατηρήσεις 7 1 ClO 4 ClO ClO 2 ClO 1 7 ΒrO 4 7 Ι O 4 5 BrO 3 I O 3 3 BrO 2 BrO IO I 3 O 2 5 NO 3 N 3 O NO SO CO PO AsO 4 Mn 7 MnO O CrO Cr 2 O ZnO AlO 3 S 4 O PO AsO 3 1. Όλα τα ιόντα ονομάζονται με βασικό συνθετικό το «όνομα του στοιχείου» ακολουθούμενο από την κατάληξη «...ικό»ή «...ώδες» και αν είναι απαραίτητο με το πρόθεμα «υπερ...» ή «υπο...» π.χ. ClO 4 : υπερχλωρικό ClO 3 : χλωρικό ClO 2 : χλωριώδες ClO : υποχλωριώδες κ.λ.π. Ειδικότερα: στα ιόντα με άζωτο το βασικό συνθετικό είναι «...νίτρ...» π.χ. ΝO₃ : νιτρικό ΝO₂ : νιτρώδες το ιόν Cr 2O 7-2 ονομάζεται διχρωμικό. 2. Ο αριθμός οξείδωσης του στοιχείου «Σ»: σε κάθε «υπερ...ικό» ιόν είναι +7, σε κάθε «...ικό» ιόν είναι ο αμέσως μικρότερος που διαθέτει το στοιχείο μετά το +7, σε κάθε «...ώδες» ιόν μειώνεται κατά +2 και σε κάθε «ύπο...ώδες» ιόν μειώνεται κατά +4 από τον αντίστοιχο στο «...ικό» ιόν. Όξινα ιόντα Προκύπτουν από τα ιόντα που έχουν φορτίο -2 ή -3 αν προσλάβουν υδρογονοκατιόντα Η π.χ. HPO 4 άλλα ιόντα 5 όξινο φωσφορικό ιόν, H2 PO 4 δισόξινο φωσφορικό ιόν αμμώνιο: NH 4 +1, υδροξείδιο: OΗ, κυάνιο: CN -, όξινο θειούχο ή υδροθειούχο HS

9 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής 7 Συμβουλή: Μαθητή/τρια για να μάθεις τα πολυατομικά ιόντα (άρα και τις αντίστοιχες ρίζες) πρέπει πρώτα να απομνημονεύσεις τα «...ικά» ιόντα και το φορτίο τους.ύστερα με βάση το κάθε «...ικό» ιόν θα μάθεις τα αντίστοιχα «υπέρ...ικό», «...ώδες» και «υπο...ώδες» ιόντα (εφ όσον υπάρχουν) χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις του προηγούμενου πίνακα που σχηματικά αποδίδονται με το παρακάτω διάγραμμα. υπέρ...ικό ιόν έ ν α ο ξ υ γ ό ν ο π ε ρ ι σ σ ό τ ε ρ ο. ( ε ξ α ί ρ ε σ η τ ο μ α γ γ α ν ι κ ό κ α ι υ π ε ρ μ α γ γ α ν ι κ ό ι ό ν )...ικό ιόν τ ο φ ο ρ τ ί ο τ ο υ ι ό ν τ ο ς δ ι α τ η ρ ε ί τ α ι. ( ε ξ α ί ρ ε σ η τ ο μ α γ γ α ν ι κ ό κ α ι υ π ε ρ μ α γ γ α ν ι κ ό ι ό ν ) έ ν α ο ξ υ γ ό ν ο λ ι γ ό τ ε ρ ο δ ύ ο ο ξ υ γ ό ν α λ ι γ ό τ ε ρ ο ώδες ιόν υπο ώδες ιόν Δεν είναι απαραίτητο να απομνημονεύσεις τους α.ο. των στοιχείων στο κάθε ιόν εφ όσον μπορείς να τους υπολογίζεις σύμφωνα με τον κανόνα 5β στον πίνακα της Είναι όμως χρήσιμο να γνωρίζεις ότι οι α.ο. των στοιχείων μειώνονται σύμφωνα με την σειρά: υπερ...ικό...ικό...ώδες υπο...ώδες 1.3. Η οξειδοαναγωγή και η μεταβολή αριθμού οξείδωσης Ο αριθμός οξείδωσης είναι χρήσιμος για τον επαναπροσδιορισμό των ενοιών της οξείδωσης και του. Ας παρατηρήσουμε τις μεταβολές των α.ο. των ατόμων στη παρακάτω αντίδραση που είχε χαρακτηρισθεί σαν οξειδοαναγωγική με τη θεωρία της πρόσληψης και αφαίρεσης υδρογόνου. (αναγωγή μείωση α.ο CuO C 2 Cu C O αύξηση α.ο. (οξείδωση) 2 Παρατηρούμε ότι Ο άνθρακας που οξειδώνεται (παίρνει οξυγόνο) αυξάνει τον α.ο. ενώ ο χαλκός που ανάγεται (δίνει οξειγόνο) μειώνει τον α.ο. Ας παρατηρήσουμε τώρα τις μεταβολές των α.ο. στην παρακάτω αντίδραση που είχε χαρακτηρισθεί σαν οξειδοαναγωγική με την ηλεκτρονική θεωρία. (αναγωγή μείωση α.ο Cu S Zn Cu Zn S αύξηση α.ο. (οξείδωση) Παρατηρούμε όμοια ότι ο ψευδάργυρος που οξειδώνεται (δίνει ηλεκτρόνια) αυξάνει τον α.ο. κατά 2 ενώ ο χαλκός που ανάγεται (παίρνει ηλεκτρόνια) μειώνει τον α.ο. κατά 2. Οι παραπάνω παρατηρήσεις γενικεύονται για όλες τις αντιδράσεις που είχαν χαρακτηρισθεί σαν οξειδοαναγωγικές με τις προηγούμενες αντιλήψεις αλλά και για πλήθος άλλων αντιδράσεων. Έτσι καταλήξαμε στις σύγχρονες απόψεις για την οξείδωση και την αναγωγή που βασίστηκαν στη μεταβολή του α.ο. των ατόμων των στοιχείων σύμφωνα με τις οποίες: Ένα στοιχείο οξειδώνεται όταν αυξάνει τον αριθμό οξείδωσής του. Ένα στοιχείο ανάγεται όταν μειώνει τον αριθμό οξείδωσής του. Παρατηρήσεις: Το στοιχείο που οξειδώνεται ή ανάγεται μπορεί να είναι ή ελεύθερο ή να ανήκει σε χημική ένωση, οπότε μιλάμε κατ' επέκταση για οξείδωση ή αναγωγή της αντίστοιχης χημικής ένωσης. Ταυτόχρονα με την μεταβολή του α.ο. γίνεται και μεταφορά ηλεκτρονίων από το αναγωγικό στο οξειδωτικό σώμα.

10 8 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου Σχηματικά η τυπική μορφή της οξειδοαναγωγικής αντίδρασης είναι όπως στο παρακάτω σχήμα: e οξειδωτικό παθαίνει ανάγωγή + αναγωγικό παθαίνει οξείδωση αύξηση του α.ο. ανηγμένη μορφή + οξειδωμένη μορφή μείωση του α.ο Οξειδωτικά - αναγωγικά σώματα Οξειδωτικές και αναγωγικές χημικές ενώσεις. Από τα όσα αναφέρθηκαν μέχρι τώρα μπορούμε να βγάλουμε ορισμένα βασικά συμπεράσματα για το ποιές χημικές ενώσεις μπορούν να δράσουν ως αναγωγικά ή ως οξειδωτικά. Οξειδωτικές ενώσεις είναι εκείνες που περιέχουν κατά κανόνα, στοιχείο με σχετικά μεγάλο αριθμό οξείδωσης, ενώ οι αναγωγικές περιέχουν στοιχείο με σχετικά μικρό αριθμό οξείδωσης. Μια χημική ένωση που περιέχει στοιχείο με ενδιάμεσο αριθμό οξείδωσης μπορεί να συμπεριφέρεται είτε σαν αναγωγικό (παρουσία ισχυρότερου οξειδωτικού) είτε σαν οξειδωτικό (παρουσία ισχυρότερου αναγωγικού). Σαν παράδειγμα ας δούμε τις ενώσεις του θείου (S) που φαίνονται στην «σκάλα» οξειδοαναγωγής του διπλανού σχήματος: Το S στο θειϊκό οξύ H O S μπορεί να δράσει μόνο οξειδωτικά, και το ίδιο να αναχθεί, γιατί το S έχει το μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης H (αναγωγή) μείωση α.ο SO Zn SO Zn SO 2H O οξειδωτικό αύξηση α.ο. (οξείδωση) H +6 2 S O4 +4 S O2 μείωση αριθ. οξείδωσης αναγωγή αύξηση αριθ. οξείδωσης οξείδωση 0 S H -2 2 S ΣΚΑΛΑ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ Το S στo υδρόθειο 2 2 H S μπορεί να δράσει μόνο αναγωγικά και το ίδιο να οξειδωθεί, αφού το S έχει το μικρότερο αριθμό οξείδωσης -2 Το S σο 4 O 2 (oξείδωση) αύξηση α.ο S 2 S 2 H Cl H Cl αναγωγικό μείωση α.ο. (αναγωγή) S μπορεί να δράσει και σαν οξειδωτικό και σαν αναγωγικό αφού το S έχει ενδιάμεσο αριθμό οξείδωσης (αναγωγή) μείωση α.ο. 1 2S O H I S I H O οξειδωτικό 0 αύξηση α.ο. (οξείδωση) 0, αναγωγικό αύξηση α.ο. (οξείδωση) (αναγωγή) μείωση α.ο. 1 S O Cl H O H S O 2H Cl Οξειδωτικά και αναγωγικά στοιχεία. α. Τα ελεύθερα μέταλλα (α.ο.=0), μπορούν να δράσουν κατά κανόνα ως αναγωγικά αφού μπορούν να οξειδωθούν αποκτόντας θετικούς α.ο. Έτσι η "δραστικότητα των μετάλλων" ταυτίζεται με την "αναγωγική ικανότητα των μετάλλων".

11 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής 9 +1 (αναγωγή) μείωση α.ο H SO Zn H Zn SO αναγωγικό αύξηση α.ο. (οξείδωση) β. Τα ελεύθερα αμέταλλα (α.ο.=0) αντιδρούν και οξειδωτικά και ανωγωγικά αφού διαθέτουν και θετικούς και αρνητικούς α.ο. Εξαίρεση είναι το φθόριο που δρά μόνο οξειδωτικά. 0 οξειδωτικό (αναγωγή) μείωση α.ο Cl 2 2 H I + 2 H Cl I αύξηση α.ο. (οξείδωση) 2 (αναγωγή) μείωση α.ο I 2 N 2 2H HN O + 10 O I O 4H O αναγωγικό αύξηση α.ο. (οξείδωση) Οξειδωτική δράση του Cl 2 Αναγωγική δράση του I 2 Η οξειδωτική δράση των αμέταλλων είναι περισσότερο συνηθέστερη και γι αυτό συχνά λέγοντας "δραστικότητα αμέταλλων" εννοούμε την "οξειδωτική τους ικανότητα" Πίνακες Πίνακας οξειδωτικών σωμάτων. Οξειδωτικό σώμα Προϊόν αναγωγής μεταβολή α.ο. στοιχείου Oξείδια αμετάλλων Υπεροξείδιο H 2O 2 Η 2O Ο -2 SO 2 S S 4 0 Oξείδια μετάλλων με α.ο ΜnO 2 Mn +2 Mn 4 2 PbO 2 Pb +2 Pb 4 2 CrO 3 Cr +3 Cr 6 3 Oξείδια αδρανών μετάλλων M=Ag,Hg,Cu MO M Cu 2 0 Οξέα πυκνό διάλυμα ΗΝΟ 3 ΝΟ 2 N 5 4 αραιό διάλυμα ΗΝΟ 3 NO N 5 2 πυκνό-θερμό διάλυμα Η 2SΟ 4 SΟ 2 S 6 4 Άλατα μετάλλων με μεγάλο α.ο. SnCl 4 SnCl 2 Sn 4 2 FeCl 3 FeCl 2 Fe 3 2 οξυγονούχα άλατα...ικών ιόντων με μέταλλο με α.ο οξυγονούχα άλατα...ικών ή ωδών ιόντων με αλογόνο βασικό διάλυμα ΚΜnO 4 MnO 2 Mn 7 4 όξινο διάλυμα ΚΜnO 4 Mn +2 Mn 7 2 όξινο διάλυμα Κ 2CrO 4 Cr +3 Cr 6 3 όξινο διάλυμα K 2Cr 2O 7 Cr +3 Cr 6 3 (X=Cl,Br) KΧO 4 KΧ X 7 (X=Cl,Br) KΧO 3 KΧ X 5 (X=Cl,Br) KΧO KΧ X 3 KIO 3 I 2 I 5 0 CaOCl₂ ή ClCaClO ClCaCl Cl 1 Οξειδωτικά αμέταλλα αλογόνο Χ 2 Χ X 0 Ο 2 Ο -2 O 0-2 O 3 O -2 +Ο 2 O 0-2 S S _2 S 0-2

12 10 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου Πίνακας αναγωγικών σωμάτων αναγωγικό σώμα προϊόν αναγωγής μεταβολή α.ο. στοιχείου Oξείδια αμετάλλων υπεροξείδιο H 2O 2 O 2+2H + Ο 0 ανυδρίτες...ωδών οξέων π.χ. SO 2 SO 3 ή Η 2 SΟ 4 S 4 6 P 2O 3 P 2O 5 ή Η 3PO 4 P 3 5 Oξείδια μετάλλων με μικρό α.ο. FeO Fe +3 Fe 2 3 Cu 2O Cu +2 Cu 1 2 Oξέα Η 2S S S -2 0 Χ=Cl, Br, I ΗΧ X 2 X 0...ώδη οξέα π.χ. HΙO 2 HΙO 3...ικά οξέα I 3 5 Η 3PO 3 Η 3PO 3 P 3 5 Αλατα K 2S S S -2 0 KX X 2 X 0...ώδη άλατα K 3PO 3 K 3 PO 4 P 3 5 Κ 2SO 3 Κ 2SO 4 S 4 6 ΚΙO 2 HΙO 3 I 3 5 άλατα μετάλλων με μικρό α.ο. π.χ. SnCl 2 SnCl 4 Sn 2 4 FeCl 2 FeCl 3 Fe 2 3 Βάσεις ΝΗ 3 Ν 2 N -3 0 Oργανικές ενώσεις οξέα HCOOH CO 2 C 2 4 (COOH) 2 CO 2 C 3 4 αλδεύδες ΗCH=O HCOOH ή CO 2 C 0 2, 4 RCH=O R-COOH C 1 3 αλκοόλες πρωτοταγής RCH₂-ΟΗ CH₃-ΟΗ RCH=O ή R-COOH CH₂=O ή ΗCOOH ή CO₂ C C 1, 3-2 0, 2, 4 δευτεροταγής R₂CH-ΟΗ R₂C=Ο C 0 2 Αναγωγικά αμέταλλα H 2 H 2O Η 0 1 C CO ή CO 2 C 0 2, 4 Αναγωγικά μέταλλα Μ Μ +n Μ 0 n μείωση αναγωγικής ικανότητας μετάλλων: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H 2, Cu, Hg, Pt, Au.

13 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής Γραφή και ισοστάθμιση οξειδ/κών εξισώσεων. Στην ενότητα αυτή μαθαίνουμε τον τρόπο γραφής των οξειδοαναγωγικών εξισώσεων και τις μέθόδους ισοστάθμισης των εξισώσεων αυτών Εξισώσεις με ουδέτερες μορφές χημικών τύπων. Στις εξισώσεις αυτές οι χημικές ενώσεις γράφονται με τον πλήρη χημικό τους τύπο, που παριστάνει την ουδέτερη μορφή τους. Παράδειγμα 1 ο Κατά την προσθήκη στερεού Fe σε διάλυμα ΗCl γράφουμε την εξίσωση : Fe (s) + 2HCl (aq) FeCl 2 (s) + H 2 (g) Στην εξίσωση αυτή το HCl και ο FeCl 2 έχουν συμβολιστεί με τις ουδέτερες μορφές τους αν και αυτά είναι σε υδατικό διάλυμα υπό μορφή ιόντων Η +,Cl - και Fe +2,Cl - αντίστοιχα. Παράδειγμα 2 ο Κατά τη διαβίβαση αέριου F 2 σε διάλυμα ΗCl γράφουμε την εξίσωση : F 2 (g) + 2HCl (aq) 2ΗF (aq) + Cl 2 (g) Στην εξίσωση αυτή ο συμβολισμός του ΗCl είναι όπως ήδη εξηγήσαμε ατυχής αφού δεν υφίσταται μόριο ΗCl σε υδατικά διαλύματα, αλλά το ΗF συμβολίστηκε σωστά γιατί κατά το μεγαλύτερο ποσοστό του είναι υπό μορφή μορίων επειδή είναι ασθενής ηλεκτρολύτης Εξισώσεις με ιοντικές μορφές χημικών τύπων Ο ιοντικός συμβολισμός των χημικών εξισώσεων χρησιμοποιείται στις περιπτώσεις που η αντίδραση γίνεται σε υδατικά διαλύματα. Σύμφωνα με τον τρόπο αυτό στην εξίσωση γράφονται μόνο ε- κείνοι οι χημικοί τύποι που συμβολίζουν «πραγματική» τους χημική υπόσταση στο υδατικό διάλυμα. π.χ. η εξίσωση της παραγράφου θα έπρεπε σωστότερα να γράφεται με την ιοντική μορφή: Fe+2Η + +2Cl - Fe Cl - + Η 2. Μετά δε την απλοποίηση των ιόντων Cl - που δεν παίρνουν μέρος στην αντίδραση (ιόντα θεατές) η εξίσωση παίρνει την τελική της μορφή : Fe + 2Η + Fe +2 + Η 2 Με το ίδιο σκεπτικό η εξίσωση (2) θα πρέπει να γράφεται: F 2 (g) + 2H + + 2Cl - 2ΗF + Cl 2 (g) Γενικά αν πρόκειται να γραφεί μία αντίδραση με ιοντική μορφή πρέπει να ακολουθούμε τους εξής κανόνες: 1. Τα ισχυρά οξέα,που έχουν βαθμό ιονισμού α 1, γράφονται υπό ιοντική μορφή π.χ. Η + +NO 3 - αντί HNO 3, Η + +Cl - αντί ΗCl. Σε αντίθετη περίπτωση γράφονται με τη μοριακή τους μορφή π.χ. ΗF, H 2S. 2. Η αμμωνία ΝΗ 3 και οι αμίνες RNH 2, R 2NH, R 3N επειδή είναι ασθενής βάσεις γράφονται με τη μοριακή της μορφή. 3. Οι ετεροπολικές ενώσεις βάσεις και άλατα γράφονται με την ιοντική τους μορφή εφ όσον είναι αρκετά ευδιάλυτες π.χ. Na +,OH - αντί ΝaOH (s), K +,Cl - αντί KCl (s). Aν είναι δυσδιάλυτες γράφονται με την ουδέτερη μορφή τους π.χ. ΑgOH (s), CaSO 4(s). 2 Διάλυμα HF 1Μ ιονίζεται μόνο κατά 1%.

14 12 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου 2.2. Μέθοδοι ισοστάθμισης οξειδ/κών εξισώσεων. Οι μέθοδοι ισοστάθμισεις των οξειδ/κών εξισώσεων είναι: 1 η : μέθοδος μεταβολής του α.ο. και 2 η : μέθοδος ημιαντιδράσεων. Η 2 η μέθοδος ημιαντιδράσεων αποδίδει την τελική εξίσωση της οξειδ/κής αντίδρασης με τους ιοντικούς τύπους ενώσεων και πλεονεκτεί γιατί είναι πληρέστερη και αποδίδει σωστότερα την ουσία της αντίδρασης. Μειονεκτεί όμως γιατί είναι περισσότερο δύσχρηστη και δυσνόητη από τους μαθητές του λυκείου. Έτσι στη συνέχεια θα επικεντρωθούμε στην ανάπτυξη της 1 ης μέθοδου μεταβολής του α.ο Μέθοδος μεταβολής του α.ο. Κατά την εφαρμογή της μεθόδου αυτής ακολουθούμε τα εξής βήματα: i. Αναγνωρίζουμε στα αντιδρώντα το οξειδωτικό και το αναγωγικό και γράφουμε στα προϊόντα της αντίδρασης την ανηγμένη και οξειδωμένη μορφή, υπολογίζοντας ταυτόχρονα τις μεταβολές των αριθμών οξείδωσης των ατόμων του αναγωγικού και του οξειδωτικού στοιχείου. ii. Γράφουμε τα παραπροϊόντα (αν υπάρχουν) που δεν είναι αποτέλεσμα οξείδωσης και αναγωγής. Τοποθετούμε κατάλληλους συντελεστές στο προϊόν οξείδωσης και στο προϊόν αναγωγής 3 ώστε οι συνολικές μεταβολές των αριθμών οξείδωσης στα προϊόντα αυτά να είναι ίσες 4. Eιδικότερα: Τοποθετούμε τη μείωση του α.ο. του στοιχείου που ανάγεται, συντελεστή στο προϊόν οξείδωσης, αφού πρώτα διαιρεθεί με το πλήθος των οξειδωμένων ατόμων που περιέχονται σ αυτό. Τοποθετούμε τη αύξηση του α.ο. του στοιχείου που οξειδώνεται, συντελεστή στο προϊόν αναγωγής αφού πρώτα διαιρεθεί με το πλήθος των ανηγμένων ατόμων που περιέχονται σ αυτό. Οι συντελεστές μπορούν να απλοποιηθούν (αν είναι δυνατόν) ή να πολλαπλασιαστούν με κατάλληλο αριθμό (αν είναι κλασματικοί). iii. Στη συνέχεια τοποθετούμε κατάλληλους συντελεστές στα υπόλοιπα σώματα που συμμετέχουν στην αντίδραση, ώστε να ισοσταθμιστούν τα άτομα των στοιχείων σε κάθε μέλος της εξίσωσης. Παράδειγμα 1 : Να γραφεί και να ισοσταθμιστεί η εξίσωση της αντίδρασης του θείου με πυκνό διάλυμα νιτρικού οξέος. Το π.ηνο είναι το οξειδωτικό και θα αναχθεί σε NO ενώ το S 0 είναι το αναγωγικό και θα οξειδωθεί σε H SO. Παραπροϊόν είναι το Η₂Ο. Έτσι έχουμε την εξίσωση: α ΗΝΟ +S ΝΟ +H S O +H O Tοποθετούμε τη μεταβολή του α.ο. (1) του Ν συντελεστή στο Η 2SO 4 και τη μεταβολή του α.ο. (6) του S συντελεστή στο ΝΟ 2 3 Σε ειδικές περιπτώσεις τοποθετούνται οι συντελεστές στο αναγωγικό και οξειδωτικό σώμα στο 1 ο μέλος της εξίσωσης 4 Oι συνολικές μεταβολές των αριθμών οξείδωσης του στοιχείου που οξειδώνεται και του στοιχείου που ανάγεται πρέπει να είναι ίσες, γιατί ταυτίζονται αριθμητικά με τον συνολικό αριθμό των μεταφερομένων ηλεκτρονίων από το αναγωγικό στο οξειδωτικό σώμα.

15 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής π ΗΝΟ +S 6ΝΟ + 1H SO +H O Τοποθετούμε κατάλληλους συντελεστές στα άλλα σώματα για την ισοστάθμιση των Ν, S και μόρια Η 2Ο στο 2 0 μέρος της εξίσωσης για την ισοστάθμιση του Η π ΗΝΟ +S 6ΝΟ + 1H SO +2H O Η ισοστάθμιση των ατόμων οξυγόνου αποτελεί επαλήθευση της εξίσωσης. +6 Παράδειγμα 2: Να γραφεί και να ισοσταθμιστεί η εξίσωση της αντίδρασης του υδροϊωδίου με υπερμαγγανικό κάλιο παρουσία θειϊκού οξέος Το KMnO είναι οξειδωτικό και θα αναχθεί πρoς MnSO ενώ το HI είναι το αναγωγικό και θα ο- 4 ξειδωθεί προς 0 I 2. Το Η 2SO 4 διατηρεί το απαραίτητο όξινο περιβάλλον για την την πραγματοποίηση της αντίδρασης. Παραπροϊόντα της αντίδρασης είναι το Κ 2SO 4 και το Η 2Ο. Έτσι έχουμε την εξίσωση K MnΟ +H I + H SO MnSΟ I +K S O +H O Η μεταβολή του α.ο. (1) του ιωδίου θα τοποθετηθεί συντελεστής στο MnSΟ 4 ενώ η μεταβολή του α.ο. (5) του μαγγανίου θνα τοποθετηθεί συντελεστής στο στο I 2 αφού πρώτα διαιρεθεί με 2 (2= πλήθος των ατόμων του Ι στο Ι 2 που έπαθαν οξείδωση). Για να αποφύγουμε τον κλασματικό συντελεστή (5/2) στο Ι 2 πολλαπλασιάζουμε τους συντελεστές ( 5/2) του Ι 2 και και (1 )του ΜnSO 4 επί 2 και έχουμε: K MnΟ +H I + H SO 2MnSΟ 5I +K SO +H O Τοποθετούμε κατάλληλους συντελεστές στα άλλα σώματα για την ισοστάθμιση του Mn, του Ι, του K, του S και του Η K MnΟ +10H I +3H SO 2MnSΟ 5I +K SO +8H O Η ισοστάθμιση των ατόμων οξυγόνου αποτελεί επαλήθευση της εξίσωσης. 4

16 14 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου Θέματα κατανόησης θεωρίας Θέματα στην οξειδοαναγωγή. 1 Τι ονομάζεται οξείδωση και αναγωγή σύμφωνα με τις αρχικές αντιλήψεις; Γράψε παραδείγματα. 2 Πως ορίζεται ο αριθμός οξείδωσης (α.ο.) ενός ατόμου; 3 Τι ονομάζεται οξείδωση και αναγωγή σύμφωνα με τις νεώτερες αντιλήψεις; Γράψε παραδείγματα. 4 Γιατί το φαινόμενο τις οξείδωσης της αναγωγής δεν αποδίδεται πάντα με την πρόσληψη και την αφαίρεση ηλεκτρονίων; 5 Το σύνολο (Ε) αντιπροσωπεύει όλες τις χημικές αντιδράσεις. Ποιό από τα σύνολα Α, Β, Γ, Δ, μπορεί να αντιπροσωπεύει: α) Τις μεταθετικές αντιδράσεις; β) Τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις; γ) Τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις όπου τα σώματα ανταλλάσσουν οξυγόνο ή υδρογόνο; δ) Τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις όπου τα σώματα ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια; Αφού ορισθούν τα σύνολα Α,Β,Γ,Δ να γραφεί από μία εξίσωση αντίδρασης που να αντιπροσωπεύει τα στοιχεία ι,κ,λ,μ,ν των συνόλων. 6 Να γράψετε τους μοριακούς τύπους τεσσάρων ενώσεων του άνθρακα, στις οποίες το άτομο του C να έχει διαφορετικό αριθμό οξείδωσης και να σημειώσετε τον αριθμό οξείδωσης του C σε κάθε μια από αυτές. 7 Ποιό σώμα χαρακτηρίζεται σαν οξειδωτικό ή σαν αναγωγικό; Γιατί κατά κανόνα τα ελεύθερα αμέταλλα δρουν και οξειδωτικά και αναγωγικά, ενώ τα ελεύθερα μέταλλα μόνο αναγωγικά; 8 Με βάση τον ορισμό του α.ο. να βρεθεί ο α.ο. των ατόμων στα σώματα. H 2O, H 2O 2, NaCl, NH 3, NaH, CO 2, CH 4, CH₂=O, H 2S, CH 3CH 2OH, NH + 4, HOOC-CO 9 Με ποιούς εμπειρικούς κανόνες υπολογίζεται ο α.ο. των ατόμων στα μόρια των στοιχείων ή των χημικών ενώσεων και στα μονατομικά ή πολυατομικά ιόντα; 10 Με χρήση των εμπειρικών κανόνων εύρεσης των α.ο. να υπολογιστεί ο α.ο. των ατόμων στα παρακάτω σώματα : KMnO 4, K 2MnO 4, SnCl 4, CaOCl 2, HJ, S -2, CH 3COO -, ΙO - 2, HNO 2, KClO 4 H 3PO 4, Fe 3O 4, NH 3, CH 3CH=O, K 2CrO 4, NO - 3, ΗNO 3 Cl 2, Cr 2O -2 7, H 3PO 4, K 2SO 3,. H 2SO 4, NH 3, 11 Στις παρακάτω εξισώσεις των αντιδράσεων: α) προσδιορίστε πιο στοιχείο αντιδρά οξειδωτικά και ποιο αναγωγικά δικαιολογώντας τις επιλογές σας β) να τοποθετήσετε συντελεστές στις εξισώσεις. 4HNO + Cu 2NO + Cu(NO ) + 2H O ii. 3H S + 2HNO 3S + 2NO+4H O i iii. H O + H SO H O + O + SO iv. C l Ca(OH) 2 CaOC l 2 + H 2O v. H O +H S 2H O+S και H O +O H O+O 2 2 vi. Sn + NaOH + H 2O Na 2SnO 3 + Η 2 vii. CH 3 CH CH 3 + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ CH 3 C CH 3 OH O + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

17 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής 15 Ερωτήσεις πολλαπλής 12 Στην αντίδραση: 3Cu + 8HNO 3 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2O : α. κάθε άτομο χαλκού οξειδώνεται β. ορισμένα άτομα αζώτου ανάγονται γ. η συνολική αύξηση του αριθμού οξείδωσης των ατόμων του χαλκού ισούται με τη συνολική ελάττωση του αριθμού οξείδωσης των ατόμων του αζώτου δ. ισχύουν όλα τα παραπάνω. 13 Από τα ακόλουθα δεν μπορεί να δράσει σαν οξειδωτικό το α. MnO₄, β. S, γ. Ι, δ. ΝΟ₃ 14 Από τις ενώσεις: KMnO 4, H 2Ο 2, NH 3, K 2Cr 2O 7 και H 2S μπορεί να δράσουν σαν αναγωγικά μόνο οι: α.h 2Ο 2, KMnO 4 και K 2Cr 2O 7 β.h 2Ο 2, NH 3 και H 2S γ.nh 3 και H 2S δ. καμία. 15 Από τις παρακάτω αντιδράσεις: SO 2+2KOH K 2SO 3+H 2O (I) SO 2+2H 2S 3S+2H 2O (II) SO 2+2HNO 3 2NO 2+H 2SO 4(III) το SO 2 δρα σαν οξειδωτικό: α. στην (I) β. στην (II) γ. στην (III) δ. σε καμία. 16 Το Cl στην ένωση HCl έχει αρνητικό αριθμό οξείδωσης διότι: α. προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο β. έχει πραγματικό φορτίο γ. είναι ηλεκτραρνητικότερο του Η δ. έχει σε όλες τις ενώσεις του αριθμό οξείδωσης. 17 Η λειτουργία ορισμένων μπαταριών οφείλεται σε χημικές αντιδράσεις που γίνονται στο εσωτερικό τους. Το φαινόμενο αυτό είναι αντικείμενο μελέτης της α. οργανικής χημείας β. ηλεκτροχημείας γ. φωτοχημείας δ. θερμοχημείας 18 Στις αντιδράσεις: H 2O 2 +CuO O 2+Cu+H 2O, 2Η 2O 2 2H 2O+O 2, Η 2O 2+2 FeO 2 Η 2O +2Fe 2O 3 το Η 2Ο 2 δρα ως: α. οξειδωτικό γ. αναγωγικό ή οξειδωτικό β. αναγωγικό δ. ούτε αναγωγικό, ούτε οξειδωτικό. 19 Στην ένωση CH 2=CH-CH 3 οι άνθρακες κατά σειρά έχουν αριθμούς οξείδωσης: α. +2, +2, +2 β. -2,, -3 γ. +2, +1, +3 δ.,, Σύμφωνα με την σύγχρονη θεώρηση ένα άτομο ή ιόν οξειδώνεται όταν α. αυξάνει το αριθμό οξείδωσής του β. μειώνει το αριθμό οξείδωσής του γ. ενώνεται με οξυγόνο δ. έλκει προς το μέρος του ηλεκτρόνια 21 Ο αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος ισούται: α. με το φορτίο του πυρήνα του β. με τον αριθμό ηλεκτρονίων της εξωτερικής του στοιβάδας γ. με τον αριθμό ηλεκτρονίων που συνεισφέρει το άτομο δ. με το ηλεκτρικό του φορτίο. 22 Το Cl στην ένωση HCl έχει αρνητικό αριθμό οξείδωσης διότι: α. προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο β. έχει πραγματικό φορτίο γ. είναι ηλεκτραρνητικότερο του Η δ. έχει σε όλες τις ενώσεις του αριθμό οξείδωσης. 23 Στις χημικές ουσίες Ν 2, ΝΟ, ΗΝΟ 2, ΝΟ 2 και ΗΝΟ 3 το άζωτο εμφανίζεται με τους αριθμούς οξείδωσης: α. -3 και +5 γ. 0, +2, +3, +4 και +5 β. 0, +1, +2, +3 και +4 δ. 0, +3, +4, +5 και +6.

18 16 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου 24 Από τις ενώσεις: KMnO 4, H2Ο2, NH 3, K 2Cr 2O 7 και H 2S μπορεί να δράσουν σαν αναγωγικά μόνο οι: α. H₂O₂, KMnO₄ και K₂Cr₂O₇ γ. H₂O₂,, NH₃ και H₂S β. NH₃ και H 2S δ. καμία. 25 Στην αντίδραση του Na με την NH 3: 2Na (s) + 2NH 3(g) 2NaNH 2(s) + H 2(g) α. οξειδωτικό σώμα είναι η NH 3. β. το Na ανάγεται. γ. το άζωτο (Ν) της NH 3 οξειδώνεται. δ. το Na προσλαμβάνει ηλεκτρόνια. 26 Σε ποια από τις παρακάτω ουσίες το O έχει AO = +2; α. CO₂ β. H₂O₂ γ. O₃ δ. OF₂ 27 Ο ΑΟ του οξυγόνου στις χημικές ενώσεις CO₂, H₂O₂, OF₂ είναι, αντίστοιχα: α. 2, +2 και +2 β. 2, +1 και +1 γ. 2, 1 και +2 δ. +2, 1 και 2 28 Στις ενώσεις CH₄, CH₃Cl, CH₂Cl₂, CO και CO₂ ο άνθρακας εμφανίζει τους AO: α. 4 και +4 β. 4, 2, 1, 0 και +4 γ. 4, 0 και +4 δ. 4, 2, 0, +2 και Σε ποια από τις παρακάτω ενώσεις ο ΑΟ του C είναι μηδέν; α. CCl₄ β. CO γ. CH₄ δ. CH₂Cl₂ Ερωτήσεις αντιστοίχησης 30 Να αντιστοιχήσετε αμφιμονοσήμαντα τα στοιχεία της στήλης (I) με τους αριθμούς οξείδωσης της στήλης (II) και τις ενώσεις της στήλης (III), έτσι ώστε κάθε στοιχείο να έχει στην ένωση που αντιστοιχίζεται τον αριθμό οξείδωσης της στήλης (II). (I) (II) (III) Α. F α NH 3 Β. C β. 2. HF Γ. Cl γ H 2O Δ. O δ HClO 2 Ε. H ε CHCl 3 31 Το κάθε στοιχείο της στήλης (I) να το αντιστοιχήσετε σε μία μόνο από τις ενώσεις του της στήλης (II) και στον αριθμό οξείδωσης που έχει το στοιχείο αυτό στην αντίστοιχη ένωση και περιλαμβάνεται στη στήλη (III). (I) (II) (III) Α. H 1. HNO 2 α. -2 Β. O 2. HClO 3 β. Γ. N 3. H 2S γ. +1 Δ. S 4. HNO 3 δ. +3 Ε. Cl 5. H 2O 2 ε. +5 Ερωτήσεις σωστού (Σ) - λάθους (Λ) 32 Είναι σωστοί ή λανθασμένοι οι παρακάτω ισχυρισμοί; i. Όταν ένα στοιχείο δέχεται ηλεκτρόνια ανάγεται. ii. Οξείδωση στοιχείου είναι η αλγεβρική αύξηση του αριθμού οξείδωσης του στοιχείου. iii. Στην αντίδραση 2Fe + O2 2 FeO ο σίδηρος είναι το αναγωγικό μέσο. iv. Όταν μια χημική ένωση περιέχει ένα στοιχείο με το μικρότερο αριθμό οξείδωσης του, τότε αυτή μπορεί να δράσει σαν οξειδωτικό μέσο. v. Οξειδωτικό σώμα είναι αυτό που μπορεί να οξειδωθεί. vi. Οι δυνατοί αριθμοί οξείδωσης του υδρογόνου είναι ή 0 ή +1. vii. Όλα τα οξειδωτικά σώματα περιέχουν οξυγόνο.

19 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής 17 viii. Στη χημική αντίδραση που περιγράφεται από την εξίσωση, Br₂ + 2KI 2KBr + I₂, το Br₂ είναι αναγωγικό σώμα. 33 Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες λάθος (Λ); i. Όλες οι αντιδράσεις που πραγματοποιούνται είναι οξειδοαναγωγικές. ii. Τα μέταλλα εμφανίζουν μόνο αναγωγικό χαρακτήρα. iii. Στην αντίδραση: Ca + H 2 CaH 2, το Η 2 δρα ως αναγωγικό. iv. Στην αντίδραση: SO 2 + 2H 2S S + 2H 2O, το SO 2 είναι το οξειδωτικό και το H 2S το αναγωγικό. v. Ο αριθμός οξείδωσης του οξυγόνου είναι πάντα -2. vi. Στην αντίδραση Cl₂+H₂ 2HCl το Cl 2 ανάγεται από το Η γιατί τα άτομα του χλωρίου προσλαμβάνουν από ένα ηλεκτρόνιο και μετατρέπονται σε ιόντα Cl ¹. vii. Στο ιόν SeO₃ ² ο αριθμός οξείδωσης του Se (σελήνιο) είναι ίσος με +4. viii. Στην αντίδραση, Ca + H₂ CaH₂, το Η₂ δρα ως αναγωγικό. 34 Να εξηγήσετε αν οι προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές (Σ) ή όχι (Λ). i. Η αποβολή ηλεκτρονίων από το άτομο στοιχείου και γενικότερα η αύξηση του ΑΟ του ονομάζεται οξείδωση. ii. Ο AO του H στις ενώσεις του είναι +1 εκτός από την περίπτωση που ενώνεται με μέταλλα, οπότε ο ΑΟ του είναι 1. iii. Στις αντιδράσεις, S + O₂ SO₂ και H₂ + S H₂S, το S λειτουργεί ως αναγωγικό και ως οξειδωτικό, αντίστοιχα, καθώς στην 1η περίπτωση οξειδώνεται ενώ στη 2η ανάγεται. iv. Κάθε αύξηση του ΑΟ ενός στοιχείου αντιστοιχεί σε οξείδωση και αντιστρόφως κάθε φαινόμενο οξείδωσης αντιστοιχεί σε κάποια αύξηση του ΑΟ ενός στοιχείου. v. Σε κάθε οξείδωση παρατηρείται πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων. vi. vii. Οι ενώσεις Η₂Ο₂ και SO₂ μπορούν να δράσουν και οξειδωτικά και αναγωγικά. Οι αντιδράσεις CH₂=CH₂ +HCl CH₃=CH₂Cl και Cl₂+2NaOH NaCl + NaClO + H₂O είναι αντιδράσεις αυτοξειδοαναγωγής. 35 Χαρακτηρίστε τις παρακάτω ερωτήσεις ως (Σ) ή (Λ) και αιτιολογείστε τις απαντήσεις σας i. Στην αντίδραση H 2O 2 +CuO O 2 + Cu + H 2O το Η 2Ο 2 δρα ως οξειδωτικό. ii. Το υδρογόνο στις ενώσεις του με άλλα άτομα εμφανίζει πάντα Α.Ο. = +1 iii. Όλοι οι άνθρακες στην ένωση CH₃-CH₂-OH έχουν αριθμό οξείδωσης -2 iv. Η επίδραση ισχυρού οξειδωτικού σε SO 2 μπορεί να δώσει ως προϊόν το H 2SO 4. v. Η αντίδραση CaCO 3 CaO + CO 2 είναι αντίδραση οξειδοαναγωγής vi. Το φθόριο στις ενώσεις του έχει πάντα αριθμό οξείδωσης. vii. Ο αριθμός οξείδωσης του άνθρακα στην ένωση CH 3OH είναι -2. viii. Είναι δυνατόν να είναι προϊόντα της οξείδωσης του Η 2S το S και το H 2SO 4. ix. Η αντίδραση ΝΗ 3 + HCl ΝΗ 4Cl είναι αντίδραση οξειδοαναγωγής x. Στην αντίδραση SO 2 + 2HNO 3 H 2SO 4 + 2NO 2 το άζωτο οξειδώνεται. xi. Στην αντίδραση με εξίσωση: 2FeCl 2(aq) + H 2O 2(aq) + 2HCl (aq) 2FeCl 3(aq) + 2H 2O (l) οξειδωτική ουσία είναι το H 2O 2. Ερωτήσεις ανάπτυξης 36 Δίνεται η αντίδραση με χημική εξίσωση: CO + KMnO 4 + H 2SO 4 CO₂ + MnSO₄ + Κ₂SO₄ + H₂O α) συμπληρώστε τους συντελεστές της εξίσωσης β) επιλέξτε τη σωστή συμπλήρωση της ημιτελούς πρότασης: "Στην παραπάνω αντίδραση αναγωγική ουσία είναι το.. αιτιολογώντας την επιλογή σας. 37 Είναι σωστό να διατηρούμε διάλυμα FeSO 4 σε χάλκινο δοχείο ή διάλυμα CuSO 4 σε σιδερένιο δοχείο; Δίνεται η σειρά μείωσης της αναγωγικής ικανότητας των μετάλλων : Κ, Βa, Zn, Fe, Cu, Au. 38 Δεδομένου ότι το χλώριο απαντά με αριθμούς οξείδωσης 1, +1, +3, +5 και +7, να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω ενώσεις του σε οξειδωτικές (Ο), αναγωγικές (Α) ή επαμφοτερίζοντες (Ε), ανάλογα με την δυνατότητα δράσης του Cl. ΚClO 3, KClO 4, HCl, HClO 2, NaCl

20 18 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου 39 Να βρείτε τον α.ο. του άνθρακα στις παρακάτω οργανικές ενώσεις: CH 4 CH 2=CHCH 3 CHCl 3, CH 3CH 2CH 3, CH 3OH, HCH=O CH₃CH₂OH CH₃COCH₃, CH₃COOH, CH 3Cl. CHCl 3 CH₂=O CH 3CH 2CH 3 CH 2=CHCH 3 CI₃CH=O 40 α)ποιες από τις παρακάτω χημικές εξισώσεις αναφέρονται σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις; i. 2ΗgO 2Hg + O₂ ii. CaCO₃ CaO + CO₂ iii. 2HI H₂+I₂ iv. (ΝH₄)CO₃ 2NH₃+CO₂+H₂O v. NH 3 N 2 + 3H 2 β) Είναι σωστό ότι όλες οι διασπάσεις είναι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, δικαιολογήσατε. 41 Nα υπολογίσετε τους Α.Ο. των στοιχείων που σημειώνονται με έντονη γραφή: SO 4 2-, CO 2, Fe₃O₄, K 2Cr 2O 7, Ca 3(PO 4) 2, HPO 4 2-, H 2O 2, H 4P 2O 7, ClO 4, NaH, 42 Σε ποιες από τις παρακάτω αντιδράσεις το υδρογόνο δρα οξειδωτικά και γιατί; α. H 2 + Cl 2 2HCl β. Η 2 + CH 2=CH 2 CH 3CH 3 γ. H 2 + 2Na 2NaH 43 Μοριακό ιώδιο αντιδρά με υδατικό διάλυμα θειοθειικού νατρίου σύμφωνα με την εξίσωση: I Na 2S 2O 3 2 NaI + Na 2S 4O 6. Α) Ποιος είναι ο αριθμός οξείδωσης του θείου στο ιόν S 2O 3 2- και ποιος στο ιόν S 4O 6 2- ; B) Τι μπορεί να σημαίνει μη ακέραιος αριθμός οξείδωσης; 44 Αιτιολογήστε σε ποια από τις ακόλουθες αντιδράσεις γίνεται οξείδωση του βαναδίου (V). Α) VCl H 2O [VO 2(H 2O) 4]+ + 5HCl B) [V(CO) 6] V + 6CO Γ) V 2O 5 + H 2O 2HVO 3 Δ) V 2O 3 + 6HCl 2VCl 3 + 3H 2O 45 Σε ποιες από τις παρακάτω αντιδράσεις το υδρογόνο δρα οξειδωτικά και γιατί; H₂ + Cl₂ 2HCl B. Η₂ + CH₂=CH₂ CH₃CH₃ C. H₂ + 2Na 2NaH 46 Η ηλεκτρική ενέργεια στις μπαταρίες Ni-Cd παρέχεται με τη βοήθεια της αντίδρασης: Cd (s) + NiO₂ (s) + 2H₂O (l) Cd(OH)₂ (s)+ Ni(OH)₂ (s) α) Να αναγνωρίσετε το στοιχείο που οξειδώνεται και το στοιχείο που ανάγεται. β) Ποιο είναι το οξειδωτικό και ποιο το αναγωγικό μέσο στην αντίδραση αυτή; 47 Τοποθετείστε τις ουσίες H 2S, H 2O 2, H 2O, O 2, S, SO 2, SO 3 στα κατάλληλα διάστικτα, έτσι ώστε να σχηματισθούν δύο πλήρεις οξειδοαναγωγικές εξισώσεις. i ii Ασκήσεις συμπλήρωσης 48 Συμπληρώστε τους συντελεστές στις παρακάτω χημικές εξισώσεις: i....kmno₄ +...H₂O₂ +...H₂SO₄...MnSO₄ +...K₂SO₄ +...O₂ +...H₂O ii....cl₂ +...SO₂ +...H₂O...H₂SO₄ +..HCl iii....ι₂ +...πhno₃ HΙO₃ +...NO₂ +...H₂O iv....zn +...αhno₃...zn(no₃)₂ +...NO +...H₂O v....hno₃ +...S...H₂SO₄ +...NO₂ +...H₂O vi....sncl₂ +...FeCl₃...SnCl₄ +...FeCl₂ vii....kmno₄ +...SO₂ +...H₂O...MnSO₄ +...K₂SO₄ +...H₂SO₄ viii....η₂s +... ΗNΟ₃... S +...NΟ +... Η₂Ο ix....cu +... HΝΟ₃...Cu(ΝΟ₃)₂ +... ΝO₂ +... H₂O

21 Σημειώσεις Οξειδοαναγωγής 19 x....μno₂ +... HCl MnCl₂ +...Cl₂ +...H₂O xi....2kmno₄ +... CO +...H₂SO₄... MnSO₄ +... CO₂ +... K₂SO₄ +... H₂O xii....k₂cr₂o₇ +...FeCl₂ +... HCl... CrCl₃ +... FeCl₃ +... KCl +... H2O 49 Συμπληρώστε τους συντελεστές στις παρακάτω αντιδράσεις: i. CH₃CH₂OH + KMnO₄ + H₂SO₄ CH₃CH=O + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O ii. CH₃CH=O + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃+ K₂SO₄ + H₂O iii. CH₃CH₂OH + KMnO₄ + H₂SO₄ CH₃COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O iv. CH₃OH + KMnO₄ + H₂SO₄ CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O v. CH₃CH₂CH₂OH + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ CH₃CH₂CH=O + Cr₂(SO₄)₃+ K₂SO₄ + H₂O vi. CH 3 CH CH 3 OH + KMnO₄ + H₂SO₄ CH 3 C CH 3 O + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O 50 Συμπληρώστε τους συντελεστές στις παρακάτω αντιδράσεις: i. HCH=O + CuSO₄ + NaOH HCOONa + Cu₂O + H₂O ii. CH₃CH=O + AgNO₃ + NH₃ + H₂O CH₃COONH₄ + Ag + NH₄NO₃ iii. CH₃CH₂OH + I₂ + NaOH CHI₃ + HCOONa + NaI+ H₂O iv. CH₃CH=O + Cl₂+ KOH CHCl₃ + HCOOK + KCl + H₂O v. CH 3 CH CH 3 OH + I₂+ NaOH CHI₃ + CH₃COONa + NaI + H₂O Προβλήματα 51 0,2 mol NH 3 αντιδρούν πλήρως με CuO. Στο στερεό προϊόν της αντίδρασης επιδρά πυκνό HNO 3 οπότε σχηματίζεται Cu(NO₃)₂ και ταυτόχρονα ελευθερώνεται αέριο ΝΟ₂. Πόσα L αερίου ΝΟ₂ παράγονται σε STP ; 52 Με πλήρη αναγωγή 1,16 γραμμαρίων κάποιου οξειδίου του σιδήρου με τύπο FexOy από CO, παίρνουμε 0,015 mol μεταλλικό σίδηρο. Να βρεθεί ο τύπος του οξειδίου FexOy και να γραφεί η χημική εξίσωση της αντίδρασης που γίνεται. 53 Σε 5,6 g μίγματος που αποτελείται από S και C επιδρά περίσσεια πυκνού H 2SO 4 οπότε παράγονται 0,9 mol μίγματος δύο αερίων. Ποια η σύσταση του μίγματος; (Ar S=32, C=12) Υπόδειξη: Το πυκνό δ/μα H 2SO 4 δρώντας ως οξειδωτικό δίνει ανάγεται σε SO 2. Το S και ο C οξειδώνονται από το πυκνό δ/μα H 2SO 4 σε SO 2 και CO 2 αντίστοιχα. 54 Ο χυτοσίδηρος είναι κράμα Fe - C. Ένα δείγμα χυτοσιδήρου προστίθεται σε πυκνό διάλυμα H 2SO 4 οπότε ελευθερώθηκε ένα μείγμα αερίων που αποτελούνταν από 0,4mol SO 2 και 0,05mol CO 2 ενώ παρασκευάστηκε και Fe₂(SO₄)₃.Υπολογίστε: α) την ποσοτική σύσταση του δείγματος χυτοσιδήρου β) τη μάζα του H 2SO 4 που αντέδρασε. 55 8,4 g μετάλλου Μ που εμφανίζεται με αριθμούς οξείδωσης +2 και +3 διαλύεται πλήρως σε περίσσεια διαλύματος HCl και έτσι παράγεται διάλυμα άλατος του δισθενούς μετάλλου Μ. Το παραπάνω διάλυμα απαιτεί για πλήρη αντίδραση, 20 ml διαλύματος K 2Cr 2O 7 περιεκτικότητας 29,4 %(w/w) και πυκνότητας 1,25 g/ml. Να βρεθεί η σχετική ατομική μάζα του μετάλλου Μ. 56 Περίσσεια ρινισμάτων Fe προστίθεται σε 200mL πυκνού διαλύματος Η₂SO₄ 8Μ. Έτσι εκλύεται ισομοριακό μίγμα Η₂ και SO₂. Να υπολογιστεί ο όγκος του μίγματος σε STP. Υπόδειξη: Το πυκνό δ/μα H 2SO 4 αντιδρώντας με Fe ανάγεται σε SO₂ ενώ ο Fe οξειδώνεται σε α.ο. +3. Το αραιό δ/μα H 2SO 4 αντιδρώντας με Fe ελευθερώνει Η₂ ενώ ο Fe οξειδώνεται σε α.ο. +2. Καλή μελέτη diogeniskos@gmail.com

22 20 Επιμέλεια: Διογένη Κοσμόπουλου Απαντήσεις-Λύσεις