Οξειδοαναγωγή: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Ο όρος '''οξειδοαναγωγή''' περιγράφει όλες τις χημικές αντιδράσεις κατά τις οποίες τα άτομα των στοιχείων που συμμετέχουν αλλάζουν [[αριθμός οξείδωσης|αριθμό οξείδωσης]]. Η διαδικασία της οξειδοαναγωγής μπορεί να γίνεται σχετικά απλά και γρήγορα, όπως η οξείδωση του άνθρακα από το οξυγόνο προς διοξείδιο του άνθρακα, ή μπορεί να είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, όπως η οξείδωση της γλυκόζης στους οργανισμούς, η οποία επιτυγχάνεται μέσω πολύπλοκων διεργασιών μεταφοράς ηλεκτρονίων.

 

<big>'''Οι απόψεις το 17^ο αιώνα'''</big><br />

Η εξερεύνηση της φύσης του φαινομένου της οξείδωσης ξεκίνησε γύρω στο 1718, όταν ο γερμανός χημικός Σταλ (Georg Ernst Stahl) διατύπωσε την άποψη ότι ο σχηματισμός των [[μέταλλο|μετάλλων]] από τα [[οξείδιο|οξείδιά]] τους, κατά τη θέρμανσή τους με [[άνθρακας|άνθρακα]], οφείλεται στην απορρόφηση μιάς ουσίας την οποία ονόμασε "[[φλογιστόν]]". Αντίθετα, η θέρμανση των μετάλλων στον [[αέρας|αέρα]] που οδηγεί στο σχηματισμό οξειδίων συνοδεύεται από ελευθέρωση του φλογιστού. Το φλογιστόν, ανάλογα με το χημικό φαινόμενο, μπορούσε να έχει ή να μην έχει βάρος ή ακόμα να έχει "αρνητικό βάρος". Η θεωρία του φλογιστού απέκτησε πολλούς και φανατικούς οπαδούς. <br />

Έτσι, και στις δύο αντιδράσεις Ca + 1/2O₂ ⟶ CaO (1) και Ca + Cl₂ ⟶ CaCl₂ (2) το άτομο Ca αποβάλλει 2 [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] από την εξωτερική του στιβάδα μετατρεπόμενο έτσι σε [[ιόν|κατιόν]] Ca²⁺ : Ca ⟶ Ca²⁺ + 2e.

 

 

Και στις δύο αντιδράσεις έχουμε μεταφορά ηλεκτρονίων και σχηματισμό [[ετεροπολικός δεσμός|ετεροπολικού δεσμού]]. Συνεπώς σύμφωνα με την παλαιότερη ηλεκτρονική θεωρία :<br />

</div>

Όπως φαίνεται, οι παραπάνω ορισμοί παρουσιάζουν τα εξής πλεονεκτήματα :

<div style='text-align: center;'>

Ca ⟶ Ca²⁺ + 2e (ημιαντίδραση οξείδωσης)

Η₂ + F₂ ⟶ 2HF</div>]]

 

 

 

Για να συμπεριληφθούν όλα τα παρόμοια φαινόμενα (και στις ετεροπολικές και στις ομοιοπολικές ενώσεις), δημιουργήθηκε η ανάγκη να οριστούν τα φαινόμενα οξείδωσης κι αναγωγής πάνω σε νέα βάση.

 

Παρατηρήθηκε ότι σε διάφορες οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που καλύπτονταν από τους υπάχοντες ορισμούς αλλά και σε αντιδράσεις που δεν καλύπτονταν, μεταβάλλονταν οι [[αριθμός οξείδωσης|αριθμοί οξείδωσης]] (α.ο) κάποιων ατόμων που συμμετείχαν στα φαινόμενα :

Από αυτές και άλλες παρόμοιες αντιδράσεις συνάγονται <u>οι ορισμοί που ισχύουν σήμερα</u> για τα φαινόμενα οξείδωσης και αναγωγής :

Οξείδωση και αναγωγή γίνονται πάντα ταυτόχρονα οπότε το συνολικό φαινόμενο λέγεται '''οξειδοαναγωγή'''.<br />

 

{{Κύριο|Οξειδοαναγωγικά σώματα}}

Στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις διακρίνουμε το [[οξειδωτικό μέσο]] και το [[αναγωγικό μέσο]].<br />

[[Αρχείο:MgCl2 redox.png|center|550px]]

 

Oι αντιδράσεις όπου παρατηρείται το φαινόμενο της οξειδοαναγωγής ονομάζονται ''οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις'' και ταξινομούνται σε διάφορες κατηγορίες όπως [[αντιδράσεις σύνθεσης]], [[αντιδράσεις αποσύνθεσης]], [[αντιδράσεις απλής αντικατάστασης]] κ.λ.π. Για το σημαντικό ρόλο των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων στη ζωή μας αρκεί να αναφέρουμε ότι οι βασικές βιολογικές αντιδράσεις καθώς και οι αντιδράσεις καύσης που αποτελούν την κύρια πηγή ενέργειας, είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Αλλά εκτός απ' αυτές, πολυάριθμες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής έχουν μεγάλη σημασία στην τεχνολογία για την παραγωγή χρήσιμων προϊόντων, ενώ άλλες έχουν ιδιαίτερη περιβαλλοντική σημασία.

 

Το σύνολο των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων μπορούμε να το ταξινομήσουμε στις παρακάτω κατηγορίες αντιδράσεων :<br />

# [[Αντιδράσεις σύνθεσης]]

# [[Αντιδράσεις αυτοξειδοαναγωγής]]

 

Ο ρόλος των οξειδοαναγωγικών φαινομένων στη ζωή είναι θεμελιώδης. Όλες οι βασικές βιολογικές αντιδράσεις (συμπεριλαμβανομένων των καύσεων) που γίνονται μέσα στους ζωντανούς οργανισμούς είναι οξειδοαναγωγικές.<br />

Τα οξειδοαναγωγικά φαινόμενα εμφανίζονται πολύ συχνά και στη [[βιομηχανία]]. Οι μεταλλουργικές κατεργασίες αποτελούν εφαρμογές αυτών των φαινομένων. Αλλά και στην [[αναλυτική χημεία]] έχουν μεγάλη εφαρμογή όπως σε διαλυτοποίηση, διαχωρισμό, καταβύθιση, καθώς και σε ογκομετρικούς προσδιορισμούς.<br />

Παρακάτω αναφέρονται ορισμένοι μόνο τομείς στους οποίους είναι φανερή η χρησιμότητα των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων :<br />

 

Ο [[μεταβολισμός]] είναι μιά σύνθετη λειτουργία κάθε ζωντανού οργανισμού με την οποία αυτός ανταλλάσσει [[ύλη]] και [[ενέργεια]] με το [[περιβάλλον]] του. Περιλαμβάνει αντιδράσεις "καταβολικές" κατά τις οποίες γίνεται διάσπαση ουσιών και ελευθέρωση ενέργειας και αντιδράσεις "αναβολικές" κατά τις οποίες γίνεται σύνθεση ενώσεων από άλλες με κατανάλωση ενέργειας. Η απαραίτητη ενέργεια προέρχεται από την αναπνοή των κυττάρων και στη συνέχεια με την καύση, παρουσία βιολογικών [[κατάλυση|καταλυτών]] ([[ένζυμο|ένζυμα]]), ουσιών όπως η γλυκόζη (C₆H₁₂O₆) : C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Ενέργεια. Σ'αυτή την αντίδραση, η γλυκόζη οξειδώνεται προς CO₂ και το Ο₂ ανάγεται προς νερό.

 

{{Κύριο|Φωτοσύνθεση}}

Όλη η ενέργεια που χρειάζονται οι φυτικοί οργανισμοί για να βιοσυνθέσουν τα [[κύτταρο|κυτταρικά τους συστατικά]], προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία η οποία δεσμεύεται από την [[χλωροφύλλη]] με το μηχανισμό της φωτοσύνθεσης που είναι κατά κάποιο τρόπο η αντίστροφη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής. Η φωτοσύνθεση περιλαμβάνει δύο στάδια βιοχημικών αντιδράσεων. Η συνολική αντίδραση μπορεί να παρασταθεί με την παρακάτω χημική εξίσωση, από την οποία φαίνεται ότι το CO₂ ανάγεται προς σάκχαρα (γλυκόζη) και το νερό οξειδώνεται προς Ο₂ : 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ - Q.

 

 

 

Η σημαντικότερη, ενεργειακά, αντίδραση για τους ζωντανούς οργανισμούς είναι η αναγωγή του οξυγόνου. Έτσι, πολύπλοκα μόρια διασπώνται σε κομμάτια αποτελούμενα από ομάδες με μόνο 2 άτομα άνθρακα (οξικές ομάδες). Σε επόμενο στάδιο οι ομάδες δισπώνται και δημιουργούνται μόρια CO₂ και άτομα Η. Το τελικό προϊόν, το νερό, δημιουργείται από τα συνένζυμα της αναπνοή|αναπνευστικής αλυσίδας που έχουν αναχθεί, με ταυτόχρονη αποθήκευση μέρους της ενέργειας που παράγεται στους χημικούς δεσμούς του αδενοσινοτριφωσφορικού οξέος ([[ATP]]). Όλοι αυτοί οι μετασχηματισμοί γίνονται με βιοχημικούς κύκλους που είναι μεταβολικές διαδικασίες που αποτελούμενες από οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις η σπουδαιότητα των οποίων είναι πάρα πολύ μεγάλη για τα φαινόμενα της ζωής. Ενδεικτικά αναφέρονται :

 

{{Κύριο|Μεταλλουργία}}

Τα μέταλλα συνήθως περιέχονται στα μεταλλεύματά τους. Το σύνολο των φυσικοχημικών διεργασίων που πρέπει να γίνουν για να παρασκευαστεί ένα μέταλλο από το μετάλλευμά του, λέγεται ''μεταλλουργία''. Οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται στη μεταλλουργία είναι οξειδοναγωγικές. Επειδή τα μεταλλεύματα περιέχουν τα περισσότερα μέταλλα με μορφή ενώσεων ([[άλας|αλάτων]], οξειδίων κ.λ.π.), οι μέθοδοι εξαγωγής βασίζονται στην αναγωγή των ενώσεων αυτών, οπότε το μέταλλο από θετικό αριθμό οξείδωσης που έχει αποκτά αριθμό οξείδωσης 0. Η αναγωγή γίνεται με διάφορα αναγωγικά όπως ο C, το Al κ.ά. Παραδείγματα : <br />

Αλλά και άλλες μεταλλουργικές διεργασίες στηρίζονται σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις :

 

[[Αρχείο:N110 ruuti.jpg|thumb|200px|right|Κόκκοι μαύρης πυρίτιδας]]

 

Οι εκρηκτικές ύλες είναι μίγματα που περιέχουν ισχυρά οξειδωτικές και αναγωγικές ενώσεις οι οποίες υπό κατάλληλες συνθήκες αντιδρούν μεταξύ τους βίαια και ταχύτατα προκαλώντας έκρηξη. Οι χημικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης είναι οξειδοαναγωγικές. Ενδεικτικά αναφέρονται :

 

 

[[File:Mnt ubt DE5p.jpeg|thumb|200px|right|<div style='text-align: center;'>

Η γνωστότερη περίπτωση διάβρωσης είναι αυτή του [[σίδηρος|σιδήρου]] (καστανέρυθρη σκουριά) η οποία είναι εντονότερη όταν ο αέρας έχει [[υγρασία]]. Η [[σκουριά]] έχει μεταβλητή σύσταση και αποδίδεται με τύπο της μορφής Fe₂O₃.xH₂O. Η σχετική οξειδοναγωγική αντίδραση αποδίδεται ως : 4Fe + 3O₂ + xH₂O → 2Fe₂O₃.xH₂O.

 

{{Κύριο|Καύση}}

Η κυριότερη πηγή ενέργειας στην ανθρώπινη τεχνολογία είναι η καύση διαφόρων καυσίμων, όπως το [[πετρέλαιο]] (μίγμα υδρογοναθράκων κυρίως [[αλκάνια|αλκανίων]], ο [[άνθρακας]] (με τις διάφορες μορφές γαιανθράκων) και το [[φυσικό αέριο]] (που περιέχει 90% [[μεθάνιο]]). Όλες οι καύσεις είναι οξειδοαναγωγικά φαινόμενα. Έτσι, π.χ. για το οκτάνιο που είναι συστατικό της [[βενζίνη|βενζίνης]] θα έχουμε την ακόλουθη οξειδοαναγωγική αντίδραση καύσης : C₈H₁₈ + 25/2O₂ → 8CO₂ + 9H₂O. Η καύση μπορεί να πραγματοποιηθεί και χωρίς την παρουσία Ο₂. Το οξείδιο του χαλκού (ΙΙ) μπορεί να πραγματοποιήσει καύσεις. Π.χ. για το [[οινόπνευμα]] (C₂H₆O) θα έχουμε : C₂H₆O + 6CuO → 2CO₂ + 3H₂O + 6Cu.

 

Τα λευκαντικά είναι χημικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται στην κλωστοϋφαντουργία για τον αποχρωματισμό ρούχων. Παλιότερα η λεύκανση επιτυγχάνονταν με έκθεση στον ήλιο και τον αέρα. Σήμερα όμως οι περισσότεροι λευκαντικοί παράγοντες του εμπορίου είναι ουσίες, όπως το [[υποχλωριώδες νάτριο]] (NaOCl) ή το [[υπεροξείδιο του υδρογόνου]], οι οποίες επιτυγχάνουν αποχρωματισμό μέσω οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων.

 

Το υποχλωριώδες ανιόν που υπάρχει σε πολλά εμπορικά προϊόντα, ανάγεται προς ιόντα χλωρίου αποσπώντας ηλεκτρόνια από το έγχρωμο υλικό ενώ ταυτόχρονα τα ιόντα υδροξυλίου δημιουργούν βασικό διάλυμα, αποχρωματίζοντας έτσι το ρούχο : OCl^- + 2e + H₂O → Cl^- + 2OH^-.

 

 

 

Τα οξειδοαναγωγικά φαινόμενα χρησιµοποιούνται ευρέως για την επεξεργασία τοξικών ή µη τοξικών υγρών [[απόβλητα|αποβλήτων]], πόσιµου νερού και αστικών λυµάτων. [[ρύπος|Ρύποι]] που υφίστανται επεξεργασία µε επιτυχία είναι :

Οξειδωτικά µέσα που χρησιµοποιούνται µε επιτυχία είναι :

Οι οξειδοαναγωγικές δράσεις που πραγματοποιούνται είναι :

 

{{Κύριο|Ηλεκτροχημεία}}

 

Η ηλεκτροχημεία είναι κλάδος της χημείας που μελετά τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική και το αντίστροφο. Οι μετατροπές αυτές στηρίζονται σε οξειδοαναγωγικά φαινόμενα :

 

<references />

 

 

* [[Αριθμός οξείδωσης]]

* [[Οξειδοαναγωγικά σώματα]]<br />

 

[[Κατηγορία:Χημικές αντιδράσεις]]

[[Κατηγορία:Χημικές διεργασίες]]

[[Κατηγορία:Χημικές ιδιότητες]]

[[Κατηγορία:Ηλεκτροχημεία]]

 

[[pl:Reakcja redoks]]

[[pt:Reação redox]]

[[ru:Окислительно-восстановительные реакции]]

[[simple:Redox]]