Naturfag 2 2006/7 Redoks-reaksjoner

Redoks-reaksjoner i LK06 VG1 Fenomener og stoffer (Energi for framtiden) forklare hva redoksreaksjoner er, gjøre forsøk med forbrenning, galvanisk element og elektrolyse og gjøre greie for resultatene (beskrive virkemåten og bruksområdet til noen vanlige ladbare og ikke-ladbare batterier og til brenselceller gjøre rede for ulik bruk av biomasse som energikilde)

Hva er ”redoks” en forkortelse for? ”Redoks” = Reduksjon + oksydasjon En redoks-reaksjon er en reaksjon hvor et stoff i reaksjonen blir oksydert, mens et annet blir redusert (ja ha??)

Oksydasjon Eksempler på oksydasjon Reaksjoner hvor stoffer brenner i luft Eksplosive reaksjoner mellom kjemisk oksydasjonsmiddel og brennstoff (i rakettmotor, krutt,…) Omdanning av næringsstoffer til energi i biokjemiske reaksjoner i kroppen Prosesser hvor stoffer blekes eller svis Reaksjoner i batterier

Redoks-reaksjoner er ofte eksoterme (frigjør energi) Kan være sterkt eksoterme (forbrenning) Kan være eksplosive http://en.wikipedia.org/wiki/Messerschmitt_Me_163

Eksempel på eksoterm reaksjon Knallgass: http://en.wikipedia.org/wiki/Exothermic_reaction

Oksydasjonsmiddel Stoff som kan oksydere andre kjemiske forbindelser Er ofte forbindelser med høyt oksygeninnhold. Eksempler: Manganforbindelser: KMnO4, MnO2 Kromater: Na2Cr2O7, Na2CrO4 Nitrater: KNO3 (kunstgjødsel) Klorater: NaClO3 (ugressalt) H2O2, O3 Halogener: F2,Cl2, NaOCl (i klorin) http://www.tk.no/video/article2515903.ece

Reduksjonsmiddel Når et oksydasjonsmiddel oksyderer et annet stoff, blir oksydasjonsmidlet selv redusert. Et reduksjonsmiddel er det samme som en antioksydant! Begrepet ”reduksjon” går tilbake til oldtiden: Framstilling av jern fra jernmalm. Tradisjonelle prosesser bruker kull og CO for å ”redusere” en stor mengde malm (metalloksyd m m) til en ganske liten mengde rent metall.

Eksempler på reduksjonsmidler: C, CO (f eks i jernframstilling) H2 Na2S2O3 (natrium tiosulfat, ”anti-klor”) Askorbinsyre, lykopen, flavonoider, alle antioksydanter i helsekostbutikken….

Redoksreaksjoner kjennetegnes ved at elektroner overføres I en redoks-reaksjon vil oksydasjons-middelet trekke til seg elektroner fra stoffet som oksyderes Oksydasjonsmidler er stoffer som har en sterk tendens til å tiltrekke elektroner For grunnstoffer kalles denne tendensen grunnstoffets elektronegativitet. Fluor har høyest elektronegativitet av alle grunnstoff, oksygen nest høyest http://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativity

Elektronoverføringen kan skje fullstendig eller ufullstendig Fullstendig overføring av elektronene: 2Na + Cl2 -> 2NaCl (ionisk forbindelse) Zn + Cu2+ -> Zn2+ + Cu (galvanisk reaksjon) Ufullstendig overføring: H2 + Cl2 -> 2HCl 2H2 + O2 -> 2H2O C + O2 -> CO2 Ved ufullstendig elektronoverføring dannes polar kovalente bindinger hvor elektronene er forskjøvet mot det mest elektronegative atomet

Energikildene vi bruker er i all hovedsak basert på redoks-reaksjoner Kontrollen over ild går tilbake til Homo Erectus (ca 1,4 mill f Kr) Utvinning og bruk av fossile brennstoffer la grunnlaget for den industrielle revolusjon Redoks-reaksjoner basis for oppvarming, forbrenningsmotorer, olje/kullfyrte kraftverk, elektriske batterier m m

Forbrenningsreaksjoner frigjør energi I en eksoterm reaksjon frigjøres en bestemt mengde energi proporsjonal med mengden av stoff som reagerer F eks etanol: C2H5OH + 3 O2 ->2 CO2 + 3 H2O utvikler 1367 kJ pr mol etanol (kalles forbrenningsvarmen) Energimengden i reaksjonen kan frigjøres 100% som varme (f eks i et stormkjøkken) Energien kan overføres til bevegelsesenergi i en motor (men med stort tap av energi) Energien kan overføres til elektrisk energi (i batteri eller brenselcelle) – med langt høyere effektivitet enn i en forbrenningsmotor

Redoks-reaksjoner kan skape elektrisk energi Underliggende prinsipp: En redoks-reaksjon er en reaksjon hvor det overføres elektroner Reduksjonsmidlet i reaksjonen gir fra seg elektroner, som tas opp av oksydasjonsmidlet Så hvis vi kan plassere reduksjonsmiddel og oksydasjonsmiddel på hvert sitt sted, kan vi få elektronene til å vandre fra reduksjonsmiddel til oksydasjonsmiddel!

Oksydasjonstall ”Formell ladning” vi setter på enkeltatomene i et molekyl Tilsvarer grovt sett ladningen atomene ville hatt dersom elektronene hadde vært fullstendig overført. Eksempler: I vann, H2O, setter vi oksydasjonstallet for H til + 1, og for O til -2 I CO2 setter vi oksydasjonstallet for C til +4, og for O til -2 Først og fremst et hjelpemiddel vi kan bruke for å sette opp balanserte reaksjonslikninger