• Τι είναι οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής;
• Χαρακτηριστικά των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων
• Τύποι οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων
• Παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής
• Βιομηχανικές εφαρμογές

Εξηγούμε τι είναι οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, τα είδη που υπάρχουν, τις εφαρμογές τους, τα χαρακτηριστικά και παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής.

Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, ένα μόριο χάνει ηλεκτρόνια και ένα άλλο τα παίρνει.

Τι είναι οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής;

Σε χημεία, είναι γνωστές ως αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, αντιδράσεις αναγωγής οξειδίου ή αντιδράσεις αναγωγής-οξείδωσης σε χημικές αντιδράσεις στις οποίες γίνεται ανταλλαγή ηλεκτρόνια μεταξύ των ατόμων ή μόρια εμπλεγμένος.

Αυτή η ανταλλαγή αντικατοπτρίζεται στην αλλαγή της κατάστασης του οξείδωση των αντιδραστηρίων. Το αντιδρών που δίνει ηλεκτρόνια υφίσταται οξείδωση και αυτό που τα λαμβάνει, αναγωγή.

Η κατάσταση οξείδωσης δείχνει την ποσότητα των ηλεκτρονίων που ένα άτομο ενός χημικού στοιχείου παραχωρεί ή δέχεται όταν είναι μέρος ενός χημική αντίδραση. Μπορεί επίσης να ερμηνευθεί ως το υποτιθέμενο ηλεκτρικό φορτίο που θα είχε ένα συγκεκριμένο άτομο εάν όλοι οι δεσμοί του με άλλα άτομα ήταν εντελώς ιοντικοί. Ονομάζεται επίσης αριθμός οξείδωσης ή Βαλένθια.

Η κατάσταση οξείδωσης εκφράζεται σε ακέραιους αριθμούς, όντας μηδέν η κατάσταση οξείδωσης για ουδέτερα στοιχεία. Έτσι, μπορεί να πάρει θετικές ή αρνητικές τιμές ανάλογα με τον τύπο του ατόμου και την αντίδραση στην οποία συμμετέχει. Από την άλλη, κάποιοι άτομα Έχουν μεταβλητές καταστάσεις οξείδωσης ανάλογα με την αντίδραση στην οποία εμπλέκονται.

Να γνωρίζετε πώς να προσδιορίζετε σωστά την κατάσταση ή τον αριθμό οξείδωσης κάθε ατόμου στο α χημική ένωση Είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε και να αναλύσουμε τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Υπάρχουν ορισμένοι κανόνες που σας επιτρέπουν να υπολογίσετε τις τιμές τους:

• Ο αριθμός οξείδωσης των ουδέτερων στοιχείων ή μορίων είναι μηδέν. Για παράδειγμα: στερεά μέταλλα (Fe, Cu, Zn…), μόρια (O2, N2, F2).
• ο ιόντων οι ενώσεις ενός μόνο ατόμου έχουν τον αριθμό οξείδωσής τους ίσο με το φορτίο τους. Για παράδειγμα: Na +, Li +, Ca2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cl–.
• Το φθόριο έχει πάντα κατάσταση οξείδωσης -1 γιατί είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο που υπάρχει (F–).
• Το υδρογόνο έχει πάντα αριθμό οξείδωσης +1 (H +), με εξαίρεση τα υδρίδια μετάλλων (υδρίδιο του καλίου, KH), όπου έχει αριθμό οξείδωσης -1 (H–).
• Το οξυγόνο έχει αριθμό οξείδωσης -2, με μερικές εξαιρέσεις:
  • Όταν σχηματίζει ενώσεις με φθόριο, έχει αριθμό οξείδωσης 2+. Για παράδειγμα: διφθοριούχο οξυγόνο (OF2).
  • Όταν σχηματίζει υπεροξείδια, έχει αριθμό οξείδωσης -1 (O22-). Για παράδειγμα: υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), υπεροξείδιο του νατρίου (Na2O2).
  • Όταν σχηματίζει υπεροξείδια, έχει αριθμό οξείδωσης -½ (O2–). Για παράδειγμα: υπεροξείδιο του καλίου (KO2).
• Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων που αποτελούν μια ουδέτερη ένωση είναι μηδέν.
• Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης των ατόμων που αποτελούν ένα πολυατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος. Για παράδειγμα: το θειικό ανιόν (SO42-) έχει αριθμό οξείδωσης -2, ο οποίος ισούται με το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης του θείου και του οξυγόνου, πολλαπλασιασμένος ο καθένας με την ποσότητα κάθε ατόμου στην ένωση, σε αυτήν την περίπτωση, έχει ένα άτομο θείου και τέσσερα άτομα οξυγόνου.
• Οι αριθμοί οξείδωσης ορισμένων χημικά στοιχεία μπορούν να ποικίλουν ανάλογα με την ουδέτερη ένωση ή ιόν της οποίας αποτελούν μέρος. Στη συνέχεια, είναι δυνατός ο υπολογισμός του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου σε μια ένωση ως εξής:

Που όχι() σημαίνει αριθμό οξείδωσης και το χημικό στοιχείο βρίσκεται μέσα στις παρενθέσεις.

Με αυτόν τον τρόπο, σε κάθε αντίδραση οξειδοαναγωγής υπάρχουν δύο τύποι αντιδρώντων, το ένα που δίνει ηλεκτρόνια και το άλλο που τα δέχεται:

• Ένας οξειδωτικός παράγοντας. Είναι το άτομο που συλλαμβάνει τα ηλεκτρόνια. Με αυτή την έννοια, η αρχική του κατάσταση οξείδωσης μειώνεται και παρατηρείται μείωση. Με αυτόν τον τρόπο αυξάνει το αρνητικό ηλεκτρικό του φορτίο κερδίζοντας ηλεκτρόνια.
• Ένας αναγωγικός παράγοντας. Είναι το άτομο που εγκαταλείπει τα ηλεκτρόνια και αυξάνει την αρχική του κατάσταση οξείδωσης, υφίσταται οξείδωση. Με αυτόν τον τρόπο, αυξάνει το θετικό ηλεκτρικό του φορτίο εγκαταλείποντας ηλεκτρόνια.

Ορισμένες χημικές ουσίες μπορούν να οξειδωθούν και να αναχθούν ταυτόχρονα. Αυτά τα στοιχεία ονομάζονται αμφολύτες και η διαδικασία κατά την οποία συμβαίνει αυτό ονομάζεται αμφολίωση.

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι μία από τις πιο κοινές χημικές αντιδράσεις στο σύμπαν, καθώς αποτελούν μέρος των διαδικασιών του φωτοσύνθεση στο φυτά και του αναπνοή στα ζώα, που επιτρέπουν τη συνέχεια της ΖΩΗ.

Χαρακτηριστικά των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι παντού γύρω μας σε καθημερινή βάση. Η οξείδωση των μέταλλα, ο καύση αερίου στην κουζίνα ή ακόμα και η οξείδωση της γλυκόζης για να ληφθεί ATP στο σώμα μας είναι μερικά παραδείγματα.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής απελευθερώνουν σημαντική ποσότητα Ενέργεια.

Γενικά, κάθε αντίδραση οξειδοαναγωγής αποτελείται από δύο στάδια ή ημι-αντιδράσεις. Στη μία από τις ημι-αντιδράσεις, λαμβάνει χώρα οξείδωση (το αντιδρόν οξειδώνεται) και στην άλλη, λαμβάνει χώρα αναγωγή (το αντιδρόν ανάγεται).

Η ολική αντίδραση οξειδοαναγωγής, η οποία λαμβάνεται ως αποτέλεσμα του συνδυασμού όλων των ημι-αντιδράσεων αλγεβρικά, ονομάζεται συχνά «σφαιρική αντίδραση». Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι όταν οι ημι-αντιδράσεις συνδυάζονται αλγεβρικά, τόσο η μάζα όσο και το φορτίο πρέπει να ρυθμιστούν. Δηλαδή, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που απελευθερώνονται κατά την οξείδωση πρέπει να είναι ίδιος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που αποκτώνται κατά τη διάρκεια της αναγωγής και η μάζα κάθε αντιδρώντος πρέπει να είναι ίση με τη μάζα κάθε προϊόντος.

Για παράδειγμα:

• Ημιαντίδραση μείωσης. Μείωση των χαλκός με τη σύλληψη δύο ηλεκτρονίων. Μειώνει την οξειδωτική του κατάσταση.
  
• Ημιαντίδραση οξείδωσης. Οξείδωση σιδήρου με απώλεια δύο ηλεκτρονίων. Αυξάνει την οξειδωτική του κατάσταση.
  
  Παγκόσμια αντίδραση:
  

Τύποι οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων

Οι αντιδράσεις καύσης (αντιδράσεις οξειδοαναγωγής) απελευθερώνουν ενέργεια που μπορεί να δημιουργήσει κίνηση.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, προικισμένες με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι είναι:

• Καύση. Η καύση είναι χημικές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που απελευθερώνουν σημαντική ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητα Υ φως. Αυτές οι αντιδράσεις είναι γρήγορες οξειδώσεις που εκπέμπουν πολλή ενέργεια. Η εκλυόμενη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ελεγχόμενο τρόπο για να δημιουργήσει κίνηση στους κινητήρες των αυτοκινήτων. Ένα στοιχείο που ονομάζεται οξειδωτής (το οποίο ανάγεται και οξειδώνεται στο καύσιμο) και ένα στοιχείο καυσίμου (το οποίο οξειδώνεται και ανάγεται στο οξειδωτικό). Μερικά παραδείγματα καυσίμων είναι η βενζίνη και το αέριο που χρησιμοποιούμε στις κουζίνες μας, ενώ το πιο γνωστό οξειδωτικό είναι το αέριο οξυγόνο (O2).
• Οξείδωση των μετάλλων. Είναι αντιδράσεις πιο αργές από την καύση. Συνήθως περιγράφονται ως η αποικοδόμηση ορισμένων υλικών, ιδιαίτερα των μεταλλικών, από τη δράση του οξυγόνου σε αυτά. Είναι ένα παγκοσμίως γνωστό και καθημερινό φαινόμενο, ιδιαίτερα στους παράκτιους πληθυσμούς, όπου τα άλατα από το περιβάλλον επιταχύνουν (καταλύουν) την αντίδραση. Γι' αυτό ένα αυτοκίνητο, αφού μας πάει στην παραλία, πρέπει να καθαριστεί από κάθε ίχνος αλμυρού νερού.
• Δυσαναλογία. Γνωστές και ως αντιδράσεις παραμόρφωσης, παρουσιάζουν ένα μόνο αντιδραστήριο που ανάγεται και οξειδώνεται ταυτόχρονα. Χαρακτηριστική περίπτωση αυτού είναι η αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2).
• Απλή κύλιση. Ονομάζονται επίσης «αντιδράσεις απλής υποκατάστασης», συμβαίνουν όταν δύο στοιχεία ανταλλάσσουν τις αντίστοιχες θέσεις τους μέσα στην ίδια ένωση. Δηλαδή, ένα στοιχείο αντικαθιστά ένα άλλο στην ακριβή θέση του στον τύπο, εξισορροπώντας τα αντίστοιχα ηλεκτρικά τους φορτία με άλλα άτομα ανάλογα με την περίπτωση. Ένα παράδειγμα είναι τι συμβαίνει όταν ένα μέταλλο αντικαθιστά το υδρογόνο σε ένα οξύ και σχηματίζονται άλατα, όπως συμβαίνει όταν μπαταρίες χαλάσει μια συσκευή.

Παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

Τα παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής είναι πολύ άφθονα. Θα προσπαθήσουμε να δώσουμε ένα παράδειγμα καθενός από τους τύπους που περιγράφηκαν προηγουμένως:

• Η καύση των οκτανίων. Το οκτάνιο είναι α υδρογονάνθραξ συστατικό της βενζίνης που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του κινητήρα των αυτοκινήτων μας. Όταν το οκτάνιο αντιδρά με το οξυγόνο, το οκτάνιο οξειδώνεται και το οξυγόνο μειώνεται, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης. Αυτή η απελευθερωμένη ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή έργου στον κινητήρα, παράγοντας επίσης διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς στη διαδικασία. Η εξίσωση που αντιπροσωπεύει αυτή την αντίδραση είναι:
  
• Η αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Είναι μια αντίδραση διάσπασης κατά την οποία το υπεροξείδιο του υδρογόνου διασπάται στα συστατικά του στοιχεία, νερό και οξυγόνο. Σε αυτή την αντίδραση, το οξυγόνο μειώνεται μειώνοντας τον αριθμό οξείδωσής του από -1 (H2O2) σε -2 (H2O) και οξειδώνεται αυξάνοντας τον αριθμό οξείδωσής του από -1 (H2O2) σε 0 (O2).
  
• Μετατόπιση αργύρου από χαλκό. Είναι μια αντίδραση του μετατόπιση απλό στο οποίο μπορείτε να δείτε πώς βυθίζοντας ένα θραύσμα μεταλλικού χαλκού σε διάλυμα νιτρικού αργύρου, χρώμα του διαλύματος γίνεται μπλε και ένα λεπτό στρώμα μεταλλικού αργύρου εναποτίθεται στο χάλκινο θραύσμα. Σε αυτή την περίπτωση, μέρος του μεταλλικού χαλκού (Cu) μετατρέπεται στο ιόν Cu2 +, ως μέρος του νιτρικού χαλκού (II) (Cu (NO3) 2), του οποίου το διάλυμα έχει ένα όμορφο μπλε χρώμα. Από την άλλη πλευρά, μέρος του κατιόντος Ag +, το οποίο είναι μέρος του νιτρικού αργύρου (AgNO3), μετατρέπεται σε μεταλλικό άργυρο (Ag) που εναποτίθεται.
  
• Αντίδραση ψευδαργύρου με αραιό υδροχλωρικό οξύ. Είναι μια απλή αντίδραση εκτόπισης κατά την οποία το υδρογόνο σε HCl (υδατ.) εκτοπίζεται από ψευδάργυρο για να σχηματίσει ένα άλας.
  
• Οξείδωση σιδήρου. Ο μεταλλικός σίδηρος οξειδώνεται όταν έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο από το αέρας. Αυτό φαίνεται στην καθημερινή ζωή όταν τα σιδερένια αντικείμενα σχηματίζουν ένα στρώμα καφέ σκουριάς όταν εκτίθενται στον αέρα για μεγάλες χρονικές περιόδους. Στην αντίδραση αυτή, ο μεταλλικός σίδηρος (Fe), που έχει κατάσταση οξείδωσης 0, μετατρέπεται σε Fe3+, δηλαδή αυξάνεται η οξειδωτική του κατάσταση (οξειδώνεται). Γι' αυτό λέγεται διαισθητικά ή καθομιλουμένως: σκουριάζει ο σίδηρος.
  

Βιομηχανικές εφαρμογές

Στα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι σε θέση να κινήσουν μεγάλους κινητήρες.

Οι βιομηχανικές εφαρμογές των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων είναι ατελείωτες. Για παράδειγμα, οι αντιδράσεις καύσης είναι ιδανικές για παραγωγή δουλειά που χρησιμεύει στη δημιουργία κίνηση στους μεγάλους κινητήρες που χρησιμοποιούνται στα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας ηλεκτρική ενέργεια.

Η διαδικασία συνίσταται στην καύση ορυκτά καύσιμα για να πάρει θερμότητα και να παράγει υδρατμός σε ένα λέβητα, τότε αυτός ο ατμός χρησιμοποιείται για την κίνηση μεγάλων κινητήρων ή στροβίλων. Από την άλλη πλευρά, οι αντιδράσεις καύσης χρησιμοποιούνται επίσης για τη λειτουργία του κινητήρα μηχανοκίνητων οχημάτων που χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα, όπως τα αυτοκίνητά μας.

Από την άλλη πλευρά, οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις υποκατάστασης και μετατόπισης είναι χρήσιμες για τη λήψη ορισμένων στοιχείων σε κατάσταση καθαρότητας που δεν παρατηρείται συχνά στο φύση. Για παράδειγμα, το ασήμι είναι πολύ αντιδραστικό. Αν και είναι σπάνιο να βρεθεί καθαρό στο ορυκτό υπέδαφος, μπορεί να επιτευχθεί υψηλός βαθμός καθαρότητας μέσω μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής. Το ίδιο συμβαίνει όταν πρόκειται για τη λήψη αλάτων και άλλων ενώσεις.