8.1 Redoxreaktioner
Et bål, der brænder, en cykel, der ruster, og et batteri, der leverer strøm, ligner ikke hinanden. Alligevel sker der det samme i dem alle tre: elektroner flytter fra ét stof til et andet.
Elektroner flytter
Når et magnesiumbånd antændes, brænder det med et skarpt, hvidt lys. Magnesium reagerer med oxygen fra luften, og der dannes det hvide stof magnesiumoxid.
2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)
Følg forsøget trin for trin. Øverst ser du det, man kan se med øjnene, og nederst det, der sker med atomerne.
Før
Magnesiumbåndet er et gråt, blankt metal, og atomerne i metallet har ingen ladning. I luften omkring båndet er der oxygenmolekyler, O2, som heller ikke har nogen ladning.
Mens det brænder
Båndet antændes og brænder med et skarpt, hvidt lys. Hvert magnesiumatom afgiver 2 elektroner, og hvert oxygenatom optager 2 elektroner. Se aldrig direkte ind i lyset.
Efter
Tilbage er der et hvidt pulver af magnesiumoxid, som består af ionerne Mg2+ og O2−. Ionerne sidder sammen i et iongitter.
Magnesiumoxid er en ionforbindelse, som består af ionerne Mg2+ og O2−. Før reaktionen var begge stoffer uden ladning. Hvert magnesiumatom har altså afgivet 2 elektroner, og hvert oxygenatom har optaget 2 elektroner.
Det passer med det, du lærte i afsnit 2.1. Magnesium står i hovedgruppe 2 og afgiver sine 2 yderste elektroner, mens oxygen står i hovedgruppe 6 og mangler 2 elektroner i den yderste skal.
Oxidation og reduktion
De to ting, der sker, har hver sit navn:
- En oxidation er, at et stof afgiver elektroner.
- En reduktion er, at et stof optager elektroner.
Magnesium bliver oxideret, og oxygen bliver reduceret. Elektroner kan ikke forsvinde, så når ét stof afgiver elektroner, må et andet stof optage dem. En oxidation og en reduktion sker derfor altid samtidig, og den samlede reaktion kaldes en redoxreaktion.
Reduktion betyder, at noget bliver mindre. Det er ladningen, der bliver mindre: elektroner er negative, så et stof, der optager elektroner, får en lavere ladning. Oxygen går fra 0 til 2−.
To delreaktioner
En redoxreaktion kan deles op i to delreaktioner, en for oxidationen og en for reduktionen. I delreaktionerne skrives elektronerne med som e−.
Ved oxidationen står elektronerne til højre for pilen, fordi de bliver afgivet:
Mg → Mg2+ + 2 e−
Ved reduktionen står elektronerne til venstre for pilen, fordi de bliver optaget:
O2 + 4 e− → 2 O2−
Et oxygenmolekyle består af to atomer, og hvert atom optager 2 elektroner. Derfor skal molekylet have 4 elektroner.
Tjek altid ladningen i en delreaktion, for den skal være den samme på begge sider af pilen. I oxidationen er ladningen 0 til venstre, og til højre er den også 0:
\[ \text{ladning til højre} = (+2) + 2 \cdot (-1) = 0 \]
Lige mange elektroner
Der skal afgives præcis lige så mange elektroner, som der optages. Et oxygenmolekyle skal have 4 elektroner, og et magnesiumatom afgiver kun 2. Der skal derfor to magnesiumatomer til hvert oxygenmolekyle.
Sådan afstemmer du en simpel redoxreaktion:
- Skriv de to delreaktioner op med elektroner.
- Gang delreaktionerne, så de har lige mange elektroner.
- Læg dem sammen. Elektronerne går ud mod hinanden og skal ikke stå i det samlede skema.
Oxidationsmiddel og reduktionsmiddel
Det stof, der optager elektronerne, får det andet stof til at blive oxideret og kaldes derfor et oxidationsmiddel. Oxygen, chlor og brom er kraftige oxidationsmidler.
Det stof, der afgiver elektronerne, kaldes et reduktionsmiddel. Metaller som magnesium, aluminium og natrium er kraftige reduktionsmidler.
Ordet oxidation kommer af oxygen, fordi det oprindelig betød, at et stof reagerede med oxygen, som når noget brænder eller ruster. I dag bruges ordet om alle reaktioner, hvor et stof afgiver elektroner, også når der slet ikke er oxygen med.