• Mitä redox-reaktiot ovat?
• Redox-reaktioiden ominaisuudet
• Redox-reaktioiden tyypit
• Esimerkkejä redox-reaktioista
• Teolliset sovellukset

Selitämme mitä redox-reaktiot ovat, olemassa olevat tyypit, niiden sovellukset, ominaisuudet ja esimerkkejä redox-reaktioista.

Redox-reaktioissa yksi molekyyli menettää elektroneja ja toinen ottaa ne.

Mitä redox-reaktiot ovat?

Sisään kemia, tunnetaan nimellä redox-reaktiot, oksidin pelkistysreaktiot tai pelkistys-hapetusreaktiot kemiallisiin reaktioihin, joissa elektroneja atomien välissä tai molekyylejä mukana.

Tämä vaihto näkyy tilan muutoksena hapettumista reagensseista. Elektroneja luovuttava lähtöaine hapettuu ja ne vastaanottava aine pelkistyy.

Hapetusaste ilmaisee elektronien määrän, jonka kemiallisen alkuaineen atomi luovuttaa tai hyväksyy, kun se on osa elementtiä. kemiallinen reaktio. Se voidaan myös tulkita oletetuksi sähkövaraus joka tietyllä atomilla olisi, jos kaikki sen sidokset muihin atomeihin olisivat täysin ionisia. Kutsutaan myös hapetusnumeroksi tai Valencia.

Hapetusaste ilmaistaan kokonaislukuja, joka on nolla neutraalien alkuaineiden hapetusaste. Siten se voi ottaa positiivisia tai negatiivisia arvoja riippuen atomin tyypistä ja reaktiosta, johon se osallistuu. Toisaalta jotkut atomeja Niillä on vaihtelevat hapetusasteet riippuen reaktiosta, jossa ne ovat mukana.

Osaa määrittää oikein kunkin atomin tila tai hapetusluku kohdassa a kemiallinen yhdiste Redox-reaktioiden ymmärtäminen ja analysointi on välttämätöntä. On olemassa tiettyjä sääntöjä, joiden avulla voit laskea niiden arvot:

• Neutraalien alkuaineiden tai molekyylien hapetusluku on nolla. Esimerkiksi: kiinteät metallit (Fe, Cu, Zn…), molekyylit (O2, N2, F2).
• The ioneja yhden atomin yhdisteillä on niiden hapetusluku sama kuin niiden varaus. Esimerkiksi: Na +, Li +, Ca2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cl–.
• Fluorin hapetusaste on aina -1, koska se on elektronegatiivisin alkuaine (F–).
• Vedyn hapetusluku on aina +1 (H+), poikkeuksena metallihydridit (kaliumhydridi, KH), joissa sen hapetusluku on -1 (H–).
• Hapen hapetusluku on -2, muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta:
  • Kun se muodostaa yhdisteitä fluorin kanssa, sen hapetusluku on 2+. Esimerkiksi: happidifluoridi (OF2).
  • Kun se muodostaa peroksideja, sen hapetusluku on -1 (O22-). Esimerkiksi: vetyperoksidi (H2O2), natriumperoksidi (Na2O2).
  • Kun se muodostaa superoksideja, sen hapetusluku on -½ (O2–). Esimerkiksi: kaliumsuperoksidi (KO2).
• Neutraalin yhdisteen muodostavien atomien hapetuslukujen algebrallinen summa on nolla.
• Moniatomisen ionin muodostavien atomien hapetuslukujen algebrallinen summa on yhtä suuri kuin ionin varaus. Esimerkiksi: sulfaattianionilla (SO42-) on hapetusluku -2, joka on yhtä suuri kuin rikin ja hapen hapetuslukujen summa kerrottuna kunkin yhdisteen atomin määrällä, tässä tapauksessa sillä on yksi rikkiatomi ja neljä happiatomia.
• Joidenkin hapetusluvut kemiallisia alkuaineita ne voivat vaihdella neutraalin yhdisteen tai ionin mukaan, johon ne kuuluvat. Sitten on mahdollista laskea yhdisteen atomin hapetusluku seuraavasti:

Missä ei() tarkoittaa hapetuslukua, ja kemiallinen alkuaine löytyy suluista.

Tällä tavalla jokaisessa redox-reaktiossa on kahden tyyppisiä lähtöaineita, joista toinen luovuttaa elektroneja ja toinen hyväksyy ne:

• Hapettava aine. Se on atomi, joka vangitsee elektronit. Tässä mielessä sen alkuperäinen hapetusaste laskee ja pelkistyminen koetaan. Tällä tavalla se lisää negatiivista sähkövarausta saamalla elektroneja.
• Pelkistävä aine. Se on atomi, joka luovuttaa elektronit ja lisää alkuperäistä hapetustilaansa, jolloin se hapettuu. Tällä tavalla se lisää positiivista sähkövaraustaan ​​luopumalla elektroneista.

Jotkut kemikaalit voivat hapettua ja pelkistyä samanaikaisesti. Näitä elementtejä kutsutaan amfolyyteiksi, ja prosessia, jossa tämä tapahtuu, kutsutaan amfolisaatioksi.

Redox-reaktiot ovat yksi yleisimmistä kemiallisista reaktioista universumi, koska ne ovat osa prosesseja fotosynteesi in kasvit ja hengitys eläimissä, mikä mahdollistaa jatkuvuuden elämää.

Redox-reaktioiden ominaisuudet

Redox-reaktiot ovat ympärillämme päivittäin. Hapettumista metallit, palaminen kaasua keittiössä tai jopa glukoosin hapettumista ATP kehossamme on joitain esimerkkejä.

Useimmissa tapauksissa redox-reaktioista vapautuu merkittävä määrä Energiaa.

Yleensä jokainen redox-reaktio koostuu kahdesta vaiheesta tai puolireaktiosta. Toisessa puolireaktiossa tapahtuu hapettumista (reagenssi hapettuu) ja toisessa pelkistymistä (reagenssi pelkistyy).

Kokonaispelkistysreaktiota, joka saadaan yhdistämällä kaikki puolireaktiot algebrallisesti, kutsutaan usein "globaaliksi reaktioksi". On tärkeää huomata, että kun puolireaktioita yhdistetään algebrallisesti, sekä massaa että varausta on säädettävä. Toisin sanoen hapettumisen aikana vapautuvien elektronien lukumäärän on oltava sama kuin pelkistyksen aikana saatujen elektronien lukumäärän, ja kunkin reagoivan aineen massan on oltava yhtä suuri kuin kunkin tuotteen massa.

Esimerkiksi:

• Puolireaktion vähentäminen. Vähentäminen kupari- vangitsemalla kaksi elektronia. Vähentää sen hapetusastetta.
  
• Hapettumisen puolireaktio. Raudan hapettuminen menettää kaksi elektronia. Lisää sen hapetusastetta.
  
  Globaali reaktio:
  

Redox-reaktioiden tyypit

Palamisreaktiot (pelkistysreaktiot) vapauttavat energiaa, joka voi luoda liikettä.

Redox-reaktioita on erilaisia, ja niillä on erilaiset ominaisuudet. Yleisimmät tyypit ovat:

• Palaminen. Palaminen ovat redox-kemiallisia reaktioita, jotka vapauttavat huomattavan määrän energiaa lämpöä Y valoa. Nämä reaktiot ovat nopeita hapettumista, joista vapautuu paljon energiaa. Vapautunutta energiaa voidaan käyttää hallitusti liikkeen aikaansaamiseen autojen moottoreissa. Elementti nimeltä hapetin (joka pelkistetään ja hapetetaan polttoaineeksi) ja polttoaine-elementti (joka hapetetaan ja pelkistetään hapettimeksi). Esimerkkejä polttoaineista ovat bensiini ja keittiössämme käyttämämme kaasu, kun taas tunnetuin hapetin on kaasumainen happi (O2).
• Hapetus metalleista. Ne ovat palamista hitaampia reaktioita. Niitä kuvataan yleisesti tiettyjen materiaalien, erityisesti metallisten, hajoamiseksi hapen vaikutuksesta niihin. Se on maailmanlaajuisesti tunnettu ja arkipäiväinen ilmiö, erityisesti rannikkoväestössä, jossa ympäristön suolat kiihdyttävät (katalysoivat) reaktiota. Siksi auto on puhdistettava rannalle viemisen jälkeen kaikista suolaveden jäämistä.
• Epäsuhta. Tunnetaan myös dismutaatioreaktioina, ne sisältävät yhden reagenssin, joka pelkistyy ja hapetetaan samanaikaisesti. Tyypillinen tapaus tästä on vetyperoksidin (H2O2) hajoaminen.
• Yksinkertainen vieritys. Kutsutaan myös "yksinkertaisiksi substituutioreaktioiksi", ne tapahtuvat, kun kaksi alkuainetta vaihtavat paikkansa samassa yhdisteessä. Eli yksi alkuaine korvaa toisen sen tarkalla paikalla kaavassa tasapainottaen niiden sähkövaraukset muiden atomien kanssa tarpeen mukaan. Esimerkki on, mitä tapahtuu, kun metalli syrjäyttää vedyn hapossa ja suoloja muodostuu, kuten tapahtuu silloin, kun paristot laitteen hajoamisesta.

Esimerkkejä redox-reaktioista

Esimerkkejä redox-reaktioista on erittäin runsaasti. Yritämme antaa esimerkin jokaisesta aiemmin kuvatuista tyypeistä:

• Oktaanin palaminen. Oktaaniluku on a hiilivety osa bensiiniä, jota käytetään autojemme moottoreiden pyörittämiseen. Kun oktaani reagoi hapen kanssa, oktaani hapettuu ja happi pelkistyy, jolloin vapautuu suuri määrä energiaa tämän reaktion seurauksena. Tämä vapautuva energia käytetään työskentelyyn moottorissa, jolloin syntyy myös hiilidioksidia ja vesihöyryä. Tätä reaktiota edustava yhtälö on:
  
• Vetyperoksidin hajoaminen. Se on dismutaatioreaktio, jossa vetyperoksidi hajoaa sen alkuaineiksi, vedeksi ja hapeksi. Tässä reaktiossa happi pelkistetään alentamalla sen hapetusluku arvosta -1 (H2O2) arvoon -2 (H2O), ja se hapetetaan nostamalla sen hapetusluku arvosta -1 (H2O2) arvoon 0 (O2).
  
• Hopean korvaaminen kuparilla. Se on reaktio siirtymä yksinkertainen, jossa voit nähdä, kuinka upottamalla metallisen kuparin palanen hopeanitraattiliuokseen väri- liuoksesta muuttuu siniseksi ja kuparipalalle kerrostuu ohut metallihopeakerros. Tässä tapauksessa osa metallisesta kuparista (Cu) muuttuu Cu2 + -ioniksi osana kupari(II)nitraattia (Cu (NO3) 2), jonka liuoksella on kaunis sininen väri. Toisaalta osa Ag + -kationista, joka on osa hopeanitraattia (AgNO3), muuttuu metallihopeaksi (Ag), joka kerrostuu.
  
• Sinkin reaktio laimean suolahapon kanssa. Se on yksinkertainen syrjäytysreaktio, jossa HCl:ssä (aq) oleva vety syrjäytetään sinkillä suolan muodostamiseksi.
  
• Raudan hapettuminen. Metallinen rauta hapettuu, kun se joutuu kosketuksiin hapen kanssa ilmaa. Tämä näkyy jokapäiväisessä elämässä, kun rautaesineet muodostavat ruskean ruosteen kerroksen joutuessaan alttiiksi ilmalle pitkiä aikoja. Tässä reaktiossa metallinen rauta (Fe), jonka hapetusaste on 0, muuttuu Fe3+:ksi, eli sen hapetusaste kasvaa (hapettuu). Tästä syystä intuitiivisesti tai puhekielessä sanotaan: rauta ruostuu.
  

Teolliset sovellukset

Voimalaitoksissa redox-reaktiot pystyvät liikuttamaan suuria moottoreita.

Redox-reaktioiden teolliset sovellukset ovat loputtomat. Esimerkiksi palamisreaktiot ovat ihanteellisia tuottamiseen Job joka palvelee luomista liikettä voimalaitoksissa tuotannossa käytetyissä suurissa moottoreissa sähköä.

Prosessi koostuu polttamisesta fossiiliset polttoaineet saada lämpöä ja tuottaa vesihöyryä kattilassa tätä höyryä käytetään suurten moottoreiden tai turbiinien ajamiseen. Toisaalta palamisreaktioita käytetään myös fossiilisia polttoaineita käyttävien moottoriajoneuvojen, kuten autojemme, moottoreiden pyörittämiseen.

Toisaalta substituutio- ja syrjäytys-pelkistysreaktiot ovat hyödyllisiä tiettyjen alkuaineiden saamiseksi sellaisessa puhtaustilassa, jota ei usein nähdä luonto. Esimerkiksi hopea on erittäin reaktiivinen. Vaikka se on harvinaista löytää puhtaana mineraalipohjasta, korkea puhtausaste voidaan saavuttaa redox-reaktiolla. Sama tapahtuu, kun on kyse suolojen ja muiden hankinnasta yhdisteet.