A redukció az a kémiai reakció, amelyben az egyik reagens atomja elektronokat nyer; Mi is így látszik: csökken az üresedése vagy az elektronikus „kellemetlensége”. Egy atom elektronokat nyer, amikor egy faj adományozza őket; vagyis rozsdásodik.
Az ilyen típusú reakció önmagában nem fordulhat elő: ha az egyik faj elfogadja az elektronokat, a másiknak feltétlenül feladnia kell őket. Ellenkező esetben az anyag a semmiből jön létre, csökkentve az atomokat, miután elektronokat szereztek a vákuumból. Ezért ez egy redox (redukció / oxidáció) fél reakció.
Az ezüst fa csökkentése. Forrás: Gabriel Bolívar.
Egy szemléltető példa a csökkentési lehet látható osztálytermek közötti reakció egy fém felület réz, és a vizes ezüst-nitrát oldattal, AgNO 3.
Oldatban az ezüst pozitív töltésű Ag + kationokként található meg. Ezek a karácsonyfa alakú réz felületével való kölcsönhatás révén elragadják az elektronokat a réz atomokból. Amikor ez megtörténik, a réz helyettesíti az ezüstöt a nitrátsóban; ennek eredményeként réz-nitrát, Cu (NO 3) 2 képződik.
Cu 2+ kationok és NO 3 együtt - az oldat kékesré váljon; és ezüst, fehéríti a karácsonyfát, mintha hóval borítja.
Mi a csökkentés?
Redukcióként már elmondták, hogy egy faj elektronokat nyer. Hogyan lehet ezt ellenőrizni egy kémiai egyenletben? Például a Cu és az AgNO 3 közötti reakció egyenletében hogyan tudja, mikor történik a redukció? Ennek igazolásához meg kell határozni az oxidációs számot vagy az állapotot.
A természetes állapotukban levő elemek oxidációs állapota definíció szerint nulla, mivel feltételezzük, hogy nem veszítették el és nem nyerték el elektronukat. Így a szilárd fémeknek nulla oxidációs állapota van. Így az ezüst + 1-ről (Ag +) 0-ra (Ag) megy. A fémion töltése egyenlő az oxidációs állapotával.
Másrészt az elektronok rézből származtak: 0 (Cu) -ról +2 (Cu 2+) -ra megy. A nitrát-anion, az NO 3 - változatlan marad, miközben mindkét fém elektronokat cserél; ezért az egyenlet így írható:
2Ag + + Cu => 2Ag + Cu 2+
Vegye figyelembe, hogy mind a töltések, mind az atomok kiegyensúlyozottak.
A kémiai redukció ebből áll: az elektronok nyerésében, amelyek az atomok oxidációs állapotát kevésbé pozitívvá teszik, mint az elektronok.
Oxigénszám
Az oxigének nagyon elektronegatívak és oxidáló atomok, tehát amikor egy atom vegyületeket képez velük (például oxidokat), akkor pozitív oxidációs állapotuk van. Minél nagyobb az atommal kölcsönhatásban lévő oxigének száma, annál pozitívabb az oxidációs állapota; vagy ami ugyanaz, rozsdább.
Ezért, amikor egy vegyület kevesebb oxigénatomot tartalmaz, azt állítják, hogy kevésbé oxidálódik; vagyis az atom kevesebb elektronot veszít.
Klasszikus példa a szén-monoxidra és a szén-dioxidra. CO esetében a szén oxidációs állapota +2; míg a CO 2 oxidációs állapota +4.
Tehát, ha a reakció a CO 2 átalakul CO, csökkentése azt mondják, hogy előforduló; mivel a szén most egy oxigénnel, és nem kettővel kölcsönhatásba lép. Az ellenkező reakció, amikor a CO CO 2 -vé alakul, szén oxidációjáról beszélünk.
Ez vonatkozik minden atomra, különösen a fémekre fém-oxidjaikban; például, CrO 2 (Cr 4+) és CrO 3 (Kr 6+).
A kémiai egyenletekben, amikor az egyik faj elveszíti az oxigént, míg a másik faj elnyeri azt, az oxigénátadás történik.
Elektronegatív atom
Az oxidációs állapot kevésbé pozitív értékre változtatásával mindig meghatározhatja, hogy történt-e redukció. Ahogy már kifejtettük, a matematika elvégzése nélkül is gyorsan megmondhatja, ha megfigyeli, hogy csökken-e egy vegyület oxigénatomjai.
Ugyanez történhet bármely más atommal, amely inkább elektronegatív, mint az atom, amely elektronokat nyer vagy veszít.
Például, ha a CF 4 reagál oly módon, hogy ez lesz CH 4, akkor a redukció azt mondta, hogy történt; mivel a fluor sokkal elektronegatívabb, mint a hidrogénatom. Ennek eredményeként, a szén kevésbé oxidáljuk CH 4, mint a CF 4, ami ugyanaz, mint azt, hogy csökkent.
Példák
Szerves kémia csökkentése
A CF 4 és a CH 4 példája tükrözi, hogy mi történik a szerves reakciókban, amikor egy atom részleges töltésének csökkentését elektronikus nyereségnek tekintik. Ez nagyon igaz, ha az oxigénnel ellátott funkciós csoportok redukcióját vesszük figyelembe.
Vegyük például az ROH, RCHO és COOH csoportokat. Az első az alkoholoknak felel meg, ahol a szén oxigénnel kötődik (C-OH); a második az aldehidcsoport, ahol a szén kettős kötést képez az oxigénnel és hidrogénhez is kapcsolódik (C = OH); és a harmadik a karboxilcsoport.
A karboxilcsoportban a szén kettős kötést képez egy O-val, és egy kötés egy másik O-val (HO-C = O).
Ezért redukció történik, ha egy karbonsavat alkoholsá alakítanak:
RCOOH => ROH
Fém kinyerése
A kémiai redukció rendkívül fontos az ásványi anyagok fémek kinyerése során. Néhány reakció a következő:
HgS + O 2 => Hg + SO 2
A higany-szulfid fémes higanymá redukálódik.
Cu 2 S + O 2 => 2 Cu + SO 2
A réz-szulfid fémes rézré redukálódik.
2ZnS + 3O 2 => 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C => Zn + CO (vegye figyelembe az O transzfert)
A cink-szulfidot először monoxiddá, majd fémes formává redukálják.
Fe 2 O 3 + 3CO => 2Fe + 3CO 2
A vas-oxid fémvassá redukálódik.
WO 3 + 3H 2 => W + 3H 2 O
És a volfrám-trioxid redukálódik fémes volfrámmá.
Gyakorlatként meg lehet határozni a fém oxidációs számát, mielőtt csökkenne.
Irodalom
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Kémia LibreTexts. (2018. december 9.). Oxidációs-redukciós reakciók. Helyreállítva: chem.libretexts.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. július 04.). A redukció meghatározása a kémiában. Helyreállítva: gondolat.com
- Hultzman R. (2019). Kémiacsökkentés: meghatározás és áttekintés. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
- Clark J. (2013). Az oxidáció és redukció meghatározása (redox). Helyreállítva: chemguide.co.uk
- Oktató nézet. (Sf). Redukciós reakció. Helyreállítva: chemistry.tutorvista.com