Οξείδωση και αναγωγή

Η οξείδωση και η αναγωγή είναι οι δύο όψεις μιας οξειδοαναγωγικής αντίδρασης. Οξείδωση σημαίνει απώλεια ηλεκτρονίων, ενώ αναγωγή σημαίνει πρόσληψη ηλεκτρονίων. Αν ένα χημικό είδος χάνει ηλεκτρόνια, κάποιο άλλο πρέπει να τα προσλαμβάνει, άρα οι δύο διεργασίες συμβαίνουν πάντα μαζί.

Ο πιο γρήγορος τρόπος να ταξινομήσεις μια οξειδοαναγωγική αντίδραση είναι να κάνεις μία ερώτηση: ποιο είδος έχασε ηλεκτρόνια και ποιο είδος κέρδισε ηλεκτρόνια; Αν τα ηλεκτρόνια δεν φαίνονται ρητά, χρησιμοποίησε τους αριθμούς οξείδωσης για να παρακολουθήσεις τη μεταβολή.

Οξείδωση vs. Αναγωγή σε μία γραμμή

Χρησιμοποίησε πρώτα αυτόν τον κανόνα: οξείδωση είναι η απώλεια ηλεκτρονίων και αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων.

Οι παρακάτω ημιαντιδράσεις δείχνουν καθαρά το μοτίβο:

$$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^-$$

Ο ψευδάργυρος χάνει δύο ηλεκτρόνια, άρα ο ψευδάργυρος οξειδώνεται.

$$\mathrm{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$$

Το ιόν χαλκού προσλαμβάνει δύο ηλεκτρόνια, άρα ο χαλκός ανάγεται.

Πώς οι αριθμοί οξείδωσης σε βοηθούν να εντοπίσεις οξειδοαναγωγή

Σε πολλές οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις τα ηλεκτρόνια δεν εμφανίζονται ως ξεχωριστά σωματίδια. Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι αριθμοί οξείδωσης είναι ένα εργαλείο καταγραφής που σε βοηθά να παρακολουθείς ποιο άτομο ουσιαστικά χάνει ηλεκτρονιακή πυκνότητα και ποιο ουσιαστικά την κερδίζει.

Αν ο αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου αυξάνεται, το άτομο αυτό οξειδώνεται. Αν ο αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου μειώνεται, το άτομο αυτό ανάγεται.

Αυτό ισχύει ακόμη και όταν τα άτομα βρίσκονται μέσα σε ενώσεις, όπου ο αριθμός οξείδωσης είναι συνήθως μια τυπική λογιστική τιμή και όχι πραγματικό φορτίο πάνω στο άτομο.

Λυμένο παράδειγμα: ψευδάργυρος και ιόν χαλκού

Θεώρησε την αντίδραση

$$\mathrm{Zn} + \mathrm{Cu}^{2+} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + \mathrm{Cu}$$

Ξεκίνα με τους αριθμούς οξείδωσης. Ο ψευδάργυρος πηγαίνει από $0$ στο $\mathrm{Zn}$ σε $+2$ στο $\mathrm{Zn}^{2+}$, άρα ο ψευδάργυρος οξειδώνεται. Ο χαλκός πηγαίνει από $+2$ στο $\mathrm{Cu}^{2+}$ σε $0$ στο $\mathrm{Cu}$, άρα ο χαλκός ανάγεται.

Μπορείς επίσης να δεις άμεσα τη μεταφορά ηλεκτρονίων:

$$\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+} + 2e^-$$ $$\mathrm{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$$

Όταν προσθέσεις αυτές τις δύο ημιαντιδράσεις, τα ηλεκτρόνια απαλείφονται, κάτι που επιβεβαιώνει ότι η συνολική αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική.

Αυτό το παράδειγμα δείχνει επίσης τους δύο παράγοντες:

• Ο ψευδάργυρος είναι το αναγωγικό μέσο επειδή δίνει ηλεκτρόνια και προκαλεί αναγωγή.
• Το ιόν χαλκού είναι το οξειδωτικό μέσο επειδή δέχεται ηλεκτρόνια και προκαλεί οξείδωση.

Συνηθισμένα λάθη στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις

Να θεωρείς την οξείδωση ως «προσθήκη οξυγόνου»

Αυτό το σύντομο τέχνασμα λειτουργεί σε μερικές γνωστές αντιδράσεις, αλλά δεν είναι ο πλήρης ορισμός. Μια αντίδραση μπορεί να είναι οξείδωση ακόμη και χωρίς να εμφανίζεται οξυγόνο, αρκεί να χάνονται ηλεκτρόνια ή να αυξάνεται ο αριθμός οξείδωσης.

Να ξεχνάς ότι η οξείδωση και η αναγωγή συμβαίνουν πάντα μαζί

Δεν μπορεί ένα είδος να χάνει ηλεκτρόνια χωρίς κάποιο άλλο να τα προσλαμβάνει. Αν μια αντίδραση φαίνεται να δείχνει μόνο οξείδωση ή μόνο αναγωγή, τότε κάτι λείπει από την εικόνα.

Να μπερδεύεις το οξειδωτικό μέσο με το αναγωγικό μέσο

Το οξειδωτικό μέσο ανάγεται και το αναγωγικό μέσο οξειδώνεται. Οι ονομασίες περιγράφουν τι κάνει κάθε είδος στο άλλο είδος.

Πού χρησιμοποιούνται η οξείδωση και η αναγωγή

Οι ιδέες της οξειδοαναγωγής είναι σημαντικές στις μπαταρίες, στη διάβρωση, στην καύση, στην ηλεκτρόλυση και στον κυτταρικό μεταβολισμό. Σε κάθε περίπτωση, το χρήσιμο ερώτημα είναι το ίδιο: από πού ξεκινούν τα ηλεκτρόνια και πού καταλήγουν;

Γι’ αυτό η οξειδοαναγωγή εμφανίζεται τόσο συχνά στα μαθήματα χημείας. Συνδέει την ταξινόμηση των αντιδράσεων, τους αριθμούς οξείδωσης, τις μεθόδους εξισορρόπησης και τα πραγματικά συστήματα που μεταφέρουν ενέργεια.

Δοκίμασε μια παρόμοια αντίδραση

Πάρε μια αντίδραση όπως

$$\mathrm{Mg} + \mathrm{Cl}_2 \rightarrow \mathrm{MgCl}_2$$

Δοκίμασε τη δική σου εκδοχή: δώσε αριθμούς οξείδωσης, εντόπισε τι οξειδώνεται και τι ανάγεται και μετά ονόμασε το οξειδωτικό και το αναγωγικό μέσο.