Indhold

Opgaver
Test din viden
 

Læringsmål:

  • Kan forklare oxidation og reduktion
  • Kan tildele atomer og molekyler oxidationstal.
  • kan forklare spændingsrækken.
  • Kan afstemme redoxreaktioner.

 


Oxidation og reduktion


Redoxkemi, en forkortelse for reduktion-oxidation-kemi, og i begrebet af redoxreaktioner ligger overførslen af elektroner mellem atomer, molekyler eller ioner. Denne elektronoverførsel er afgørende, da den ikke kun bestemmer stoffernes kemiske egenskaber. Redoxreaktioner kan ses i alt fra den enkle rustning af jern, fotosyntesen i planter, til den komplekse energiproduktion i levende organismer via cellulær respiration.

En vigtigt aspekt for at forstå redoxreaktioner er at kunne identificere, hvilke atomer i en reaktion, der bliver oxideret (mister elektroner) og hvilke, der bliver reduceret (optager elektroner). Metaller vil altid afgive elektroner, mens ikke-metaller vil optage elektroner. Elektroner afgives eller optages i den yderste skal og vil så vidt mulig følge ædelgasreglen. Det vil sige, atomet vil forsøge at få 8 elektroner i yderste skal (gælder dog kun atomer placeret i hovedgrupperne).

 

Figur 1. Oxidation af natrium ved afgivelse af en elektron. Chlor bliver reduceret ved at optage en elektron.

Figur 1 viser redoxreaktion. Natrium afgiver en elektron til chlor. Elektron har en negativ ladning og derfor bliver natrium positiv, da der afgives en negativ ladning, mens chlor bliver negativ, da chlor optager en negativ ladning.

Redoxreaktioner kan opdeles i delreaktioner, så det er nemmere at overskue, hvad der bliver oxideret og reduceret. En redoxreaktion er en elektronoverførsel, og der kan kun ske en oxidation, hvis der samtidigt sker en reduktion, så det kræver, at der er atom, der er en afgiver af elektroner og et atom der modtager af elektroner. Figur 1 viser en elektronoverførsel fra natrium til chlor. Figur 2 og figur 3 viser eksempler på delreaktioner ved en oxidation og reduktion. Ved delreaktion angives antallet af elektroner der afgives eller optages ved at anvende e-. Læg mærke til, at metalatomet får en positiv ladning svarede til antallet af afgivne elektroner. Samme princip med ikke-metallet, der optager elektroner, og dermed får en negativ ladning.

 

Oxidation: Mg → Mg2+ + 2e-

Reduktion: Cl + e- → Cl-

Redoxreaktion: Mg + Cl2 → Mg2+ + 2Cl- 

Figur 2. Magnesium oxideres ved at afgive 2 elektroner, mens chlor reduceres ved at optage en elektron.

 

Oxidation: Al → Al3+ + 3e-

Reduktion: P + 3e- → P3-

Redoxreaktion: Al + P → Al3+ +P3- 

Figur 3. Aluminium afgiver 3 elektroner, men phosphor optager 3 elektroner.

Metaller vil altid afgive elektroner til ikke-metaller. I det periodiske system er det nemt at få et overblik over metaller og ikke-metaller ved at placere musen på metal og henholdsvis ikke-metal.


Oxidationstal (OT)


Oxidationstal er et begreb i redoxkemi, der viser, hvordan elektroner overføres mellem atomer i en kemisk reaktion. Oxidationstallet, angiver den hypotetiske ladning et atom ville have, hvis alle bindinger til andre atomer blev betragtet som ionbindinger. Det gør det nemmere at identificere, hvilke atomer der oxideres og reduceres i en redoxreaktion. Oxidationstal tildeles atomer, for at gøre det nemmere at afstemme redoxreaktioner, idet redoxreaktioner kan være ret komplicerede at afstemme. Oxidationstal angives med romertal over atomet. I et neutral molekyle skal summen af alle oxidationstal svare til 0. I en ionforbindelse skal summen af oxidationstal svare til ionens samlede ladning. Oxidationstallet for et atom (ikke bundet til noget andet atom) er altid 0. For eksempel, i oxygen (O₂) eller jern (Fe) er oxidationstallet 0.

Tabel 1. Oxidationstal for atomer

 Atom            Oxidationstal
 Na+  +I
 Mg2+  +II
 Al3+  +III
 Cl-  -I
 S2-  -II
 H+  +II
 O2-  -II
 Br  0

 

Ved tildeling af oxidationstal er der følgende regler:

1. H har altid OT = +I.

2. O har altid OT = -II - undtagen i H2O2, der er O = -I.

3. Summen af OT = ladning.

 Tabel 2. Oxidationstal for molekyler

 Molekyle         Oxidationstal (OT)
 NH3  N (-III)
 CH4  C (-IV)
 CO2  C (+IV)
 H2S  S  (-II)
 SO42-  S (+VI)
 PO43-  P( +V)
 HCl  Cl (-I)
 H2  H (0)

 

Tabel 2 angiver oxidationstal for molekyleforbindelser. N har oxidationstallet -III som fremkommer ved at opskrive en ligning. N + 3⋅H = ladning => N + 3 = 0 => N = -3

 


Spændingsrækken


Spændingsrækken er en række inden for redoxkemi, som klassificerer metaller, og nogle ikke-metaller,  efter deres evne til at afgive elektroner. Den er en ordnet liste, der viser atomerne arrangeret fra de mest elektropositive (mest villige til at afgive elektroner) til de mest elektronegative (mindst villige til at afgive elektroner) . Spændingsrækken spiller en rolle i forudsigelsen af resultatet af redoxreaktioner, da et metal i rækken til venstre kan reducere et metal, der står til højre for metallet i spændingsrækken. Figur 4 viser et uddrag af spændingsrækken.

K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Pb H Cu Ag Pt Au

Figur 4. Spændingsrækken angivet fra højre, mest reaktive metaller til de ædle metaller kobber, sølv, platin og guld.

Når et fast metal (s) står til venstre for et metal (aq) i vandig opløsning, vil metal (s) afgive elektroner til metal (aq) i vandig opløsning. Der sker en elektronoverførsel og metallet i vandig opløsning vil nu blive et fast metal.

Zn (s) + Fe2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Fe (s).

Figur 4. Fast Zn står til venstre for Fe i vandig opløsning og derfor sker der en redoxreaktion. Zink afgiver elektroner til jern.

H i spændingsrækken kommer fra en vandig opløsning af en syre. Alle metaller til venstre for hydrogen vil reagere med syre og danne dihydrogen.

Fe (s) + 2H+ (aq) → Fe2+ (aq) + H2 (g).

Figur 5. Metaller til venstre vil reagere med syre og danne dihydrogen.

 


Afstemning af redoxreaktioner


 

Redoxreaktioner afstemmes på en anderledes måde end almindelige reaktionsskemaer. Der anvendes en bestemt metode til at afstemme redoxreaktioner.

1. Tildel oxidationstal.

2. Undersøg hvilke atomer der oxideret og reduceret.

3. Tildel koefficienter.

4. Undersøg ladninger på venstre og højre side.

5. Afstem ladninger med H+ i sur opløsning eller OHi basiske opløsning.

6. Afstem H med H2O.

7. Afstem O på venstre og højre side.

8. Korrekt afstemt hvis lige mange O på hver side.

Figur 6. Metode til at afstemme redoxreaktioner. Se uddybende vejledning i video.

 


Opgaver


 

Opgave 1

Tildeling af oxidationstal: