Fő tartalom

Redoxireakciók

Mit jelent az, hogy redoxireakció?

A redoxireakció olyan reakció, amelyben elektron megy át az egyik kémiai részecskéről (atomról, ionról, molekuláról) a másikra. A környezetünkben mindenfelé előfordulnak redoxireakciók: az üzemanyagok égetése, a fémek korróziója, de még a fotoszintézis és a sejtlégzés folyamatai is tartalmaznak oxidációt és redukciót. A következőkben példaként mutatunk néhány gyakori redoxireakciót.

CH_{4} (g) + 2 O_{2} (g) \to CO_{2} (g) + 2 H_{2} O (g) (a metán égése)

2 Cu (s) + O_{2} (g) \to 2 CuO (s) (a réz oxidációja)

6 CO_{2} (g) + 6 H_{2} O (l) \to C_{6} H_{12} O_{6} (s) + 6 O_{2} (g) (fotoszintézis)

A redoxireakció során egy vagy több anyag oxidálódik, azaz elektront veszít, míg egy vagy több másik anyag redukálódik, azaz elektront vesz fel. Példaként nézzük meg a vas és oxigén reakcióját, melyben rozsda keletkezik:

4 Fe (s) + 3 O_{2} (g) \to 2 Fe_{2} O_{3} (s) (a vas rozsdásodása)

Ebben a reakcióban a semleges

Fe

-atom elektronokat veszít, és

Fe^{3 +}

-ionokká alakul, a semleges

O_{2}

-molekula pedig elektronokat vesz fel, és

O^{2 -}

-ionokat alkot. Más szóval: a vas oxidálódik és az oxigén redukálódik. Fontos, hogy az oxidáció és redukció nem csak fémek és nemfémek között történhet meg. Elektronátmenet előfordul nemfémes anyagok között is, ahogy a fenti példák közül a metán égése és a fotoszintézis is mutatta.

Oxidációs számok

Hogyan dönthetjük el, hogy egy adott reakció redoxireakció-e? Egyes esetekben ránézésre meg tudjuk mondani. Például a rozsdaképződésről egyszerűen megállapíthatjuk azzal, ha észrevesszük, hogy elemekből (

Fe

és

O_{2}

) ionok (

Fe^{3 +}

and

O^{2 -}

) keletkeztek. Más esetekben ez nem mindig látható ilyen jól, különösen ha a kérdéses reakcióban csak nemfémes anyagok szerepelnek.

Az ilyen kevésbé egyértelmű reakciók azonosíthatósága miatt vezették be a vegyészek az oxidációs szám fogalmát. Egy atom oxidációs száma (más szóval oxidációs állapota) az az elképzelt töltés, amely akkor lenne az atomon, ha minden kötése teljes mértékben ionos volna. Az atomok oxidációs számát a következő szabályok alapján határozhatjuk meg:

Elemi állapotban minden atom oxidációs száma $0$ ‍. Például a $Cl_{2}$ ‍ minden $Cl$ ‍-atomjának az oxidációs száma $0$ ‍. Ugyanez igaz a $H$ ‍-atomokra a $H_{2}$ ‍-ben, a $S$ ‍-atomokra az $S_{8}$ ‍-molekulában, és így tovább.
Egyatomos ionok oxidációs száma megegyezik a töltésükkel. A $Cu^{2 +}$ ‍ oxidációs száma például $+ 2$ ‍, a $Br^{-}$ ‍ oxidációs száma pedig $- 1$ ‍.
Vegyületekben az alkálifémek ( $I.A$ ‍ csoport) oxidációs száma mindig $+ 1$ ‍, míg az alkáliföldfémeké ( $II.A$ ‍ csoport) mindig $+ 2$ ‍.
A fluor oxidációs száma minden vegyületében $- 1$ ‍.
A hidrogén oxidációs száma a legtöbb vegyületében $+ 1$ ‍. Kivételek leginkább a fémekkel alkotott vegyületeik, pl. $NaH$ ‍ vagy $LiAlH_{4}$ ‍. Ezekben a vegyületekben a hidrogén oxidációs száma $- 1$ ‍.
Az oxigén oxidációs száma a legtöbb vegyületében $- 2$ ‍. A legfontosabb kivételt a peroxidok jelentik (olyan vegyületek, melyekben $O_{2}^{2 -}$ ‍ van), ahol az oxigén oxidációs száma $- 1$ ‍. Gyakori peroxid pl. a $H_{2} O_{2}$ ‍ és a $Na_{2} O_{2}$ ‍.
A többi halogén ( $Cl$ ‍, $Br$ ‍, $I$ ‍) oxidációs száma vegyületeikben $- 1$ ‍, kivéve, ha oxigénnel vagy fluorral (vagy esetleg egymással) alkotnak vegyületet. Például a $Cl$ ‍ oxidációs száma a $ClO_{4}^{-}$ ‍-ionban $+ 7$ ‍ (mivel az $O$ ‍ oxidációs száma $- 2$ ‍, az ion töltése pedig $- 1$ ‍).
Az atomok oxidációs számainak összege egy semleges vegyületben nulla, többatomos ionokban pedig az ion töltésével azonos. Például a $NO_{3}^{-}$ ‍-ionban minden $O$ ‍-atom oxidációs száma $- 2$ ‍ (ez összesen $- 2 \cdot 3 = - 6$ ‍). Mivel az ion töltése $- 1$ ‍, a $N$ ‍-atom oxidációs száma $+ 5$ ‍.

Jegyezzük meg, hogy az oxidációs számok előjelét (

+

vagy

-

) a szám elé írjuk, ellentétben az ionok töltésével, amit a szám után. Most pedig nézzünk meg néhány példát az oxidációs számok meghatározására!

1. példa: Oxidációs számok meghatározása

Mekkora az egyes atomok oxidációs száma az alábbi vegyületekben: (a) $SF_{6}$ ‍, (b) $H_{3} PO_{4}$ ‍, (c) $IO_{3}^{-}$ ‍?

Az oxidációs számok meghatározásához alkalmazzuk a fenti alapelveket!

(a) Tudjuk, hogy a

F

oxidációs száma

- 1

(4. szabály). Mivel a hat

F

-atom oxidációs számának összege

- 6

, és a

SF_{6}

egy semleges vegyület, a

S

oxidációs számának

+ 6

-nak kell lennie:

\begin{aligned} S F_{6} \\ + 6 - 1 \end{aligned}

(b) A

H

oxidációs száma

+ 1

(5. szabály), az

O

-atomé

- 2

(6. szabály). Ezeknek az összege

3 (+ 1) + 4 (- 2) = - 5

. Mivel a

H_{3} PO_{4}

semleges, a

P

oxidációs száma csak

+ 5

lehet:

\begin{aligned} H_{3} P O_{4} \\ + 1 + 5 - 2 \end{aligned}

(c) Az

O

oxidációs száma

- 2

(6. szabály), így a három

O

-atomé összesen

- 6

. Mivel a

IO_{3}^{-}

töltése

- 1

, a

I

oxidációs száma csak

+ 5

lehet:

\begin{aligned} I O_{3}^{-} \\ + 5 - 2 \end{aligned}

Ellenőrzés: Mekkora az oxidációs száma a $CO_{3}^{2 -}$ ‍ szénatomjának?

Redoxireakciók felismerése

Hogyan használhatjuk az oxidációs számokat a redoxireakciók azonosítására? Nézzük ehhez ismét a vas és oxigén reakcióját, ezúttal oxidációs számokat is rendelve minden atomhoz!

\begin{aligned} 4 Fe (s z) + 3 O_{2} (g) \to 2 Fe_{2} O_{3} (s z) \\ 0 0 + 3 - 2 \end{aligned}

Figyeljük meg, hogy a vas (amelyről eleve tudjuk, hogy oxidálódik) oxidációs száma

0

-ról

+ 3

-ra változik! Az oxigéné (amelyről tudjuk, hogy redukálódik)

0

-ról

- 2

-re változik. Ebből megállapíthatjuk, hogy oxidáció során az oxidációs szám nő, míg redukció során csökken.

Tehát a redoxireakciót azonosíthatjuk a reakció során bekövetkező oxidációsszám-változásokat figyelembe véve. Vizsgáljuk meg ezt részletesebben a következő példán keresztül!

2. példa: Oxidációs számok használata az oxidáció és redukció azonosításához

Vizsgáljuk meg a következő reakciót:

4 NH_{3} (g) + 5 O_{2} (g) \to 4 NO (g) + 6 H_{2} O (g)

Ez redoxireakció? Ha igen, melyik elem oxidálódik és melyik redukálódik?

Mivel ez egy redoxireakciókról szóló tananyag, valószínűleg igen, de bizonyítsuk is ezt be; rendeljünk hozzá oxidációs számot minden elemhez az egyenletben!

\begin{aligned} 4 NH_{3} (g) + 5 O_{2} (g) \to 4 NO (g) + 6 H_{2} O (g) \\ - 3 + 1 0 + 2 - 2 + 1 - 2 \end{aligned}

N

és az

O

oxidációs száma nem azonos az egyenlet két oldalán, így ez biztosan redoxireakció. A

N

oxidációs száma

- 3

-ról

+ 2

-re nő, ami azt jelenti, hogy a N elektronokat veszít, tehát oxidálódik a reakció során. Az

O

oxidációs száma

0

-ról

- 2

-re csökken, ami azt jelenti, hogy az

O

elektronokat vesz fel, tehát redukálódik a reakció során.

Összefoglalás

A redoxireakciók olyan reakciók, melyekben elektron megy át egyik részecskéről a másikra. Amelyik részecske elektront veszít, az oxidálódik, amelyik pedig felvesz elektront, az redukálódik. A redoxireakciókat azonosíthatjuk az oxidációs számok segítségével, melyeket azzal a feltételezéssel rendelünk az atomokhoz, mintha az atomok között minden kötés ionos lenne. Ha az oxidációs szám a reakció során nő, akkor oxidáció történik, ha csökken, akkor pedig redukció.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be

Rendezés:

Még nincs hozzászólás.

Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.

Kémia

Tantárgy/kurzus: Kémia > 8. témakör

Mit jelent az, hogy redoxireakció?

Oxidációs számok

1. példa: Oxidációs számok meghatározása

Redoxireakciók felismerése

2. példa: Oxidációs számok használata az oxidáció és redukció azonosításához

Összefoglalás

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?