Οξειδοαναγωγή: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
Vchorozopoulos (συζήτηση | συνεισφορές)
μ Εξελληνισμός+επιμέλεια με τη χρήση AWB (10111)
Γραμμή 5:
=== Οι απόψεις το 17<sup>ο</sup> αιώνα ===
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 μιας 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.
Το 1772, ο θεμελιωτής της σύγχρονης χημείας [[Λαβουαζιέ]] (Antoine Lavoisier) υποστήριξε ότι η αύξηση του βάρους των μετάλλων κατά τη θέρμανσή τους, οφείλεται στην πρόσληψη [[οξυγόνο|οξυγόνου]]υ από την ατμόσφαιρα και όχι φλογιστού. Ο σχηματισμός των μετάλλων από τα οξείδιά τους αντιστοιχεί σε απώλεια οξυγόνου. Οι απόψεις του Lavoisier δεν έγιναν δεκτές αρχικά από τους περισσότερους Γάλλους επιστήμονες της εποχής γιατί αυτοί ήταν φανατικοί υποστηρικτές της θεωρίας του φλογιστού.
 
=== Οι απόψεις το 19<sup>ο</sup> αιώνα ===
Σε όλη τη διάρκεια του 19<sup>ου</sup> αιώνα, ως οξείδωση θεωρούνταν η πρόσληψη [[οξυγόνο|οξυγόνου]]υ από μια ουσία. Έτσι, η ένωση ενός [[χημικό στοιχείο|στοιχείου]] με το οξυγόνο χαρακτηρίζονταν ως οξείδωση π.χ. Mg + 1/2O<sub>2</sub> → MgO ή C + O<sub>2</sub> → CO<sub>2</sub>. Στις αντιδράσεις αυτές το οξυγόνο χαρακτηρίστηκε ως [[οξειδωτικό μέσο]] επειδή ενώνονταν με το [[μαγνήσιο]] (Mg) και τον άνθρακα (C).<br />
[[Αναγωγή]] ήταν η αφαίρεση οξυγόνου. Έτσι στην αντίδραση Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3H<sub>2</sub> → 2Fe + 3H<sub>2</sub>O, αφαιρείται οξυγόνο από το οξείδιο του σιδήρου (ΙΙΙ) (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>). Το υδρογόνο (Η<sub>2</sub>) των αντιδρώντων χαρακτηρίστηκε ως [[αναγωγικό μέσο]]. <br />
Δηλαδή, παλιότερα η οξείδωση και η αναγωγή ήταν αντιδράσεις που συνδέονταν με την εκ των υστέρων ή εκ των προτέρων εμφάνιση οξυγόνου στο μόριο μιας χημικής ένωσης.
Λίγο αργότερα, ο όρος οξείδωση χρησιμοποιήθηκε και για την αφαίρεση υδρογόνου ([[αφυδρογόνωση]]) από μία ένωση π.χ. [[μεθανόλη|CH<sub>3</sub>OH]] → [[φορμαλδεΰδη|HCHO]] + H<sub>2</sub>. Αντίστοιχα η πρόσληψη [[υδρογόνο|υδρογόνου]]υ ([[υδρογόνωση]]) από μία ουσία χαρακτηρίστηκε ως αναγωγή π.χ. H<sub>2</sub> + Cl<sub>2</sub> → 2HCl.
 
=== Αρχές του 20<sup>ου</sup> αιώνα ===
Μετά την ανακάλυψη της ηλεκτρονικής δομής των [[άτομο|ατόμων]], διαπιστώθηκε ότι γενικά οι αντιδράσεις των μετάλλων με τα [[αμέταλλο|αμέταλλα]] γίνονται με τον ίδιο μηχανισμό που πραγματοποιούνται οι αντιδράσεις του οξυγόνου με τα μέταλλα.<br />
Έτσι, και στις δύο αντιδράσεις Ca + 1/2O<sub>2</sub> ⟶ CaO (1) και Ca + Cl<sub>2</sub> ⟶ CaCl<sub>2</sub> (2) το άτομο Ca αποβάλλει 2 [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] από την εξωτερική του στιβάδα μετατρεπόμενο έτσι σε [[ιόν|κατιόν]] Ca<sup>2+</sup> : Ca ⟶ Ca<sup>2+</sup> + 2e.
 
Τα δύο ηλεκτρόνια που αποβάλλονται στη μεν αντίδραση (1) προσλαμβάνονται από το άτομο Ο το οποίο μετατρέπεται σε [[ιόν|ανιόν]] : 1/2O<sub>2</sub> + 2e ⟶ O<sup>2-</sup> στη δε αντίδραση (2) τα ηλεκτρόνια προσλαμβάνονται από δύο άτομα Cl που μετατρέπονται έτσι σε ανιόντα Cl<sub>2</sub> + 2e ⟶ 2Cl<sup>-</sup>
Γραμμή 45:
Παρόλο που οι ορισμοί αυτοί πλεονεκτούν σαφώς έναντι εκείνων του 19<sup>ου</sup> αιώνα, έχουν και τα εξής πολύ σοβαρά μειονεκτήματα:
 
[[FileΑρχείο:Redox reaction.png|right|250px|thumb|<div style='text-align: center;'>
Η<sub>2</sub> + F<sub>2</sub> ⟶ 2HF</div>]]
 
Γραμμή 53:
 
== Η οξειδοαναγωγή σήμερα ==
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.
 
=== Σύγχρονες απόψεις και ορισμοί ===
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 :
* Στην αντίδραση μεταξύ ομοιοπολικών ενώσεων : H<sub>2</sub> + Cl<sub>2</sub> ⟶ 2HCl είναι α.ο. Η (στο Η<sub>2</sub>) = 0 ενώ α.ο. Η (στο HCl) = +1. Ανάλογα είναι α.ο. Cl (στο Cl<sub>2</sub>) = 0 και α.ο. Cl (στο HCl) = -1.<br />
* Στην αντίδραση μεταξύ ετεροπολικών ενώσεων : Mg + 1/2O<sub>2</sub> ⟶ MgO είναι α.ο. Mg = 0 και α.ο. Mg (στο MgΟ) = +2, ενώ α.ο. Ο (στο Ο<sub>2</sub>) = 0 και α.ο. Ο (στο MgO) = -2.<br />
Από αυτές και άλλες παρόμοιες αντιδράσεις συνάγονται <u>οι ορισμοί που ισχύουν σήμερα</u> για τα φαινόμενα οξείδωσης και αναγωγής :
Γραμμή 66:
 
Δεν έχει σημασία αν οι μεταβολές αυτές του α.ο. προκαλούνται από τη μεταβίβαση ή την αμοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων.<br />
Οξείδωση και αναγωγή γίνονται πάντα ταυτόχρονα οπότε το συνολικό φαινόμενο λέγεται '''οξειδοαναγωγή'''.<br />
 
=== Οξειδωτικά και αναγωγικά σώματα ===
{{Κύριο|Οξειδοαναγωγικά σώματα}}
Στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις διακρίνουμε το [[οξειδωτικό μέσο]] και το [[αναγωγικό μέσο]].<br />
 
[[Αρχείο:MgCl2 redox.png|center|550px]]
 
== Οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις ==
Oι αντιδράσεις στις οποίες 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.
 
== Ταξινόμηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής ==
Το σύνολο των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων μπορούμε να το ταξινομήσουμε στις παρακάτω κατηγορίες αντιδράσεων :<br />
# [[Αντιδράσεις σύνθεσης]]
# [[Αντιδράσεις αποσύνθεσης]] ή [[Αντίδραση αποσύνθεσης|διάσπασης]]
Γραμμή 109:
=== Μεταλλουργία ===
{{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 />
* Η παραλαβή του Cr από το Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> (αργιλιοθερμική μέθοδος) : Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 2Al → Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 2Cr.
* Παραλαβή μετάλλων με αναγωγή των οξειδίων τους με μεταλλουργικό [[κωκ]] : M<sub>2</sub>O<sub>x</sub> + xC → 2M + xCO όπου Μ = Pb, Sn, Bi, Cu, Zn, Co, Mg και x = α.ο. του Μ.<br />
Αλλά και άλλες μεταλλουργικές διεργασίες στηρίζονται σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις :
* [[AgCN|Κυανίωση]] : 2Na[M(CN)<sub>2</sub>] + Zn → Na<sub>2</sub>[Zn(CN)<sub>4</sub>] + 2M όπου Μ = Ag, Au.
Γραμμή 128:
 
=== Διάβρωση των μετάλλων ===
[[FileΑρχείο:Mnt ubt DE5p.jpeg|thumb|200px|right|<div style='text-align: center;'>
Διάβρωση μετάλλου</div>]]
 
Γραμμή 139:
=== Καύση των καυσίμων ===
{{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]]ς θα έχουμε την ακόλουθη οξειδοαναγωγική αντίδραση καύσης : C<sub>8</sub>H<sub>18</sub> + 25/2O<sub>2</sub> → 8CO<sub>2</sub> + 9H<sub>2</sub>O. Η καύση μπορεί να πραγματοποιηθεί και χωρίς την παρουσία Ο<sub>2</sub>. Το οξείδιο του χαλκού (ΙΙ) μπορεί να πραγματοποιήσει καύσεις. Π.χ. για το [[οινόπνευμα]] (C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O) θα έχουμε : C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O + 6CuO → 2CO<sub>2</sub> + 3H<sub>2</sub>O + 6Cu.
 
=== Λεύκανση των υφασμάτων ===
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.
 
[[Αρχείο:Λευκαντικά.png|center|500px]]