Redoksreaksjon

Enredoksreaksjoner enkjemisk reaksjonder et stoff blirredusertog et annet bliroksidert.At noe oksiderer betyr at ladningen til stoffet øker, altså at elektroner blir fjernet fra det. Dette kan også dreie seg om et grunnstoff innenfor etmolekylellersalt.Tilsvarende er en reduksjon en reduksjon av ladning. Hvisoksidasjonstallet(ladningstallet) til et grunnstoff forandres i en kjemisk reaksjon, er dette en redoksreaksjon.

Dette kan enten være en enkel redoksreaksjon, for eksempel atkarbonblir oksidert avoksygen,ogkarbondioksiddannes, eller at karbon blir redusert av hydrogen, slik at de sammen dannermetangass(CH₄), eller en mer sammensatt prosess, som oksidasjon avsukkeri menneskekroppen gjennom en rekke sammensatte elektronoverføringsprosesser.

Selve navnet er en forkortelse for reduksjonsoksidasjonsreaksjon, hvor redoks-, kommer av de to uttrykkenereduksjonogoksidasjon,og forteller at det er en reaksjon hvor det foregår både en reduksjon og en oksidasjon samtidig. Dette betyr at du må ha minst to utgangsstoffer hvor det ene oksideres og det andre reduseres. Det kan forklares på en enkel måte:

• Oksidasjon er når etmolekyl,atomellerionmister et eller flere elektron(er)
• Reduksjon er når et molekyl, atom eller ion får tilført elektroner

Allikevel er ikke disse forklaringene helt riktige. Oksidasjon og reduksjon refererer egentlig en endring i oksidasjonstallet – ladningen til et stoff. Den faktiske overføringen av elektroner kan i mange tilfeller egentlig ikke hende. Oksidasjon er derfor bedre beskrevet som økning avoksidasjonstallet,og dermed ladningen til stoffet, mens reduksjon er senking av oksidasjonstallet, også av ladningen til stoffet. Det er mange tilfeller der elektronoverføring fører til forandring i oksidasjonstallet, men det er også mange reaksjoner, klassifisert som «redoksreaksjoner», som skjer uten at en elektronoverføring skjer.

Ikke-redoks-reaksjoner, som ikke involverer forandringer i avmålt ladning, er kaltmetatese.

Historisk betydning

Den opprinnelige betydningen av ordet «oksidasjon» betydde en kombinasjon av et stoff medoksygen(at stoffer tar opp oksygen), for eksempel nårkullbrenner i luft

$\mathrm {C} +\mathrm {O} _{2}\longrightarrow \mathrm {CO} _{2}$

En reduksjon vil da bety avgivelse av oksygen. Dette kalles oksygenmodellen. I dag vet vi at reduksjon og oksidasjon kan foregå utmerket godt selv om det ikke er oksygen med i reaksjonen.

Oksiderende og reduserende faktorer

Stoffer som har muligheten til å oksidere andre stoffer eroksiderendeog kalles gjerne foroksiderende faktorerelleroksidanter.Oksidantene «tar» elektroner fra andre stoffer og blir selv redusert. Fordi de mottar elektroner, blir de også kalt forelektronmottakere.

Oksidanter er vanligvis kjemiske stoffer med elementer med høye oksidasjonstall (for eksempelH₂O₂,MnO₄⁻ogCrO₃) eller sterktelektronegativestoffer som kan motta en eller to ekstra elektroner ved å oksidere et annet stoff (O,F,Cl,Br).

Stoffer som kanredusereandre stoffer erreduserendeog ofte kaltreduserende faktorerellerreduktanter.Reduktanter gir lett fra seg elektroner til andre stoffer og blir selv oksidert. Fordi de gir fra seg elektroner blir de også ofte kalt for elektrondonorer. Reduksjon i kjemi kan vise til flere, veldig forskjellige ting.Metallreduksjon- elektronpositive metaller er en av de (Li,Na,Mg,Fe,Zn,Al). Disse stoffene gir veldig lett fra seg elektroner. Andre typer reduksjoner erhydridoverføringreagererne(NaBH₄,LiAlH₄), disse stoffene er mye brukt iorganisk kjemi,ofte i reduksjonen avkarbonylsammensatt medalkoholer.En annen brukbar metode er reuduksjoner i forbindelse medhydrogengass(H₂) med enpalladium-,platina- ellernikkelkatalysator.

Den kjemiske måten å se på en redoksreaksjon er atreduktanten overfører elektroner til oksidanten.Altså er detreduktantenellerden reduserende faktorensom mister elektroner og blir oksidert, mensoksidantenellerden oksiderende faktorensom tar opp elektroner og blir redusert. Sammen kalles de to reaksjonene som er involvert for et redokspar.

Redoksreaksjoner i industrien

Oksidasjon er brukt i mange forskjellige varianter i industrien, for eksempel produksjon av rengjøringsprodukter.

Elektrolyseer en redoksreaksjon. Elektrolyse brukes mye i industrien til framstilling av blant annet metaller.

Redoksreaksjoner er grunnlaget forgalvanisk element.

Eksempel på redoksreaksjon

Eksempel på en redoksreaksjon: hydrogen og fluor danner flussyre.

Et eksempel er reaksjonen mellomhydrogenogfluortilflussyre:

$\mathrm {H} _{2}+\mathrm {F} _{2}\longrightarrow 2\mathrm {HF}$

Vi kan skrive den ovennevnte reaksjonen som to halv-reaksjoner; oksidasjonen:

$\mathrm {H} _{2}\longrightarrow 2\mathrm {H} ^{+}+2e^{-}$

og reduksjonen:

$\mathrm {F} _{2}+2e^{-}\longrightarrow 2\mathrm {F} ^{-}$

Ved å analysere hver halvreaksjon i isolert rom kan man ofte se den ovennevnte kjemiske reaksjonen klarere. Fordi det ikke er noe annet som spiller inn på redoksreaksjonen i en reaksjon, og alle partiklene som er med i reaksjonen, ikke forsvinner på noen måte, må antall elektroner som blir frigjort i oksidasjonen være det samme som antall elektroner som tas opp av stoffet som blir redusert.

Stoffer, også de i molekylformer, har alltid et oksidasjonstall lik null. I den første halv-reaksjonen blir hydrogen oksidert fra et oksidasjonstall lik null til et oksidasjonstall på +1. I den andre halv-reaksjonen blir fluor redusert fra et oksidasjonstall lik null til et oksidasjonstall på −1.

Man kan skrive reaksjonene sammen slik:

${\frac {\begin{array}{rcl}\mathrm {H} _{2}&\longrightarrow &2\mathrm {H} ^{+}+2e^{-}\\\mathrm {F} _{2}+2e^{-}&\longrightarrow &2\mathrm {F} ^{-}\end{array}}{\begin{array}{rcl}\mathrm {H} _{2}+\mathrm {F} _{2}&\longrightarrow &2\mathrm {H} ^{+}+2\mathrm {F} ^{-}\end{array}}}$

Elektronoverføringen kan skrives slik:

$\mathrm {H} _{2}+\mathrm {F} _{2}\,\ \longrightarrow \ 2\mathrm {H} ^{+}+2\mathrm {F} ^{-}\ \longrightarrow \ 2\mathrm {HF}$

Redoksreaksjoner i biologi

Øverst:askorbinsyre(redusert form avC-vitamin)
Nederst: Dihydroaskorbinsyre (oksidert form av C-vitamin)

Mye biologisk energi kommer fra redoksreaksjoner.Fotosynteseninvolverer reduksjonen av karbondioksid til sukker og oksidasjonen til vann til molekylpar av oksygen. I den motsatte reaksjonen,celleånding,blir sukker oksidert og karbondioksid og vann fremstilt. Som en mellomting blir den reduserte karbonforbindelsen brukt til å reduserenikotinamid-adenin-dinukleotid,noe som fører til en elektrokjemisk gradient, noe som igjen fører til at syntesen avadenosintrifosfat(ATP) og er bevart av reduksjon av oksygen. I dyreceller sørgermitokondriumfor omtrent de samme funksjonene.

Forbrenning - et spesialtilfelle av redoksreaksjon

Forbrenning er en type reaksjon der et stoff, for eksempel ved en vedkubbe, reagerer med oksygengassen i lufta. Når det skjer, blir det frigjort energi, og det merker man som en temperaturstigning. For å få et knitrende bål i peisen trenges både tørr ved og en god tilgang på luft. Veden og oksygengassen i lufta er utgangsstoffene i reaksjonen, og tar man bort ett av dem, blir det ingen reaksjoner. Men man kommer ikke langt uten fyrstikker eller lighter heller. Temperaturen må nemlig være høy nok til at reaksjonen kan starte. Du må hatenntemperaturentil utgangsstoffene.