Redox reactiesScheikunde Samenvatting Hoofdstuk 11

Redoxreactie: een reactie waarbij elektronen worden overdragen.Redoxreacties komen voor bij elementen (metaal en niet-metaal), ionen daarvan, samengestelde ionen en bij enkele organische verbindingen.

Metaal en niet-metaalVergelijking die het opnemen en afstaan van elektronen weergeven, heten halfreacties.Oxidator neemt elektronen op (vb: metaalatomen)Reductor staat elektronen af. (vb: niet-metaalatomen)Redoxreactie is reactie met elektronenoverdracht van de reductor naar oxidator.Reductor e- OxidatorTIP: als de gevormde stof negatiever is dan daarvoor dan is het een oxidator. Cl2 Cl- |Cu2+ Cu.

Halogenen en halogenide-ionenNiet alles reageert met elkaar, of de reactie verloopt is afhankelijk van de oxidator en reductor sterkte.Halogenen kun je rangschikken op oxidatorsterkte:Fluor kan gemakkelijk extra elektron opnemen, elektron komt dicht bij de kern en wordt dus sterk gebonden. Jood kan ook extra elektron opnemen, elektron bevindt zich verder van de kern en wordt dus minder sterk gebonden.Bij behorende ionen kan je ook rangschikken, op reductorsterkte:Jood kan makkelijker elektron afstaan dan Fluor, het elektron bevindt zich verder van de kern en is dus zwakker gebonden. Jood is dus een sterkere reductor dan Fluor.

Metalen en metaalionenAlgemeen geldt:Atomen van metalen kunnen elektronen afstaan. Atomen gedragen zich dan als reductor en veranderen daardoor in positieve ionen.Metaalatoom n e- (reductor/afstaan) Metaalatoom n +Een edel metaal is metaal dat zeer moeilijk elektronen afstaat/Onedel metaal makkelijkHoe sterker de elektronen gebonden zijn, hoe edeler het metaal is, en anders om.

Redoxreacties voorspellen en opstellenRedoxkoppel = stof dat reductor kan zijn en oxidator. Red: Cu 2+ Oxi: Cu Red: Cu 2+ enz.

KoolstofverbindingenVan enkele koolstofverbindingen, vooral alcoholen, zijn redoxreacties bekend.Primair en secundair alcoholen kunnen reageren met een oxidator, een tertiair alcohol niet.Primair alcohol aldehydeSecundairalcohol keton.Aldehyden + H2O Carbonzuur

In het algemeen zijn alcoholen reductoren wanneer het koolstofatoom waaraan de OH-groep vastzit ook nog een H atoom bindt.

Tertiairalcohol reageert niet op zelfde manier. Reageren met sterke oxidator, koolstofketen van molecuul breekt. Met sterke oxidator kan je ieder alcohol omzetten in CO2 + H2O. (verbranden van alcohol).

Elektrische stroom uit reactiesEenvoudige elektrochemische celEen stroom leverende elektrochemische cel (galvanische cel) zet chemische energie om in elektrische energie.Door de stroomdraad verplaatsen de elektronen zich van de reductor naar de oxidator, er loopt een elektrische stroom. Elektronen zijn afkomstig van sterkst aanwezige reductor.Reductorstaaf is negatief tov de Oxidatorstaaf.Oxidatorstaaf = daarom de pluspool, of positieve elektrodeReductorstaaf = daarom de minpool, of negatieve elektrode.Algemeen:Er zijn twee elektroden of polen in een oplossing met vrije ionen. Een stof waarvan de oplossing ionen bevat, heet een elektrolyt.Aan de minpool reageert een reductor. Als de minpool een onedel metaal is, kan dit metaal zelf de reductor zijn; de pool wordt dan aangetast. Aan de pluspool reageert een oxidator.Zoutbrug = een U-buis of plastic slang waarin een zoutoplossing in gelatine zit, meestal wordt kaliumchloride gebruikt. De gelatine voorkomt dat de zoutoplossing, kaliumchloride, uit de slang wegstroomt.

Werking Elektrochemisch cel met zoutbrug:Opstelling: 2 bekerglazen. Een met Zinksulfaatoplossing (ZnSo4) en een met Zwavelzuuroplossing (H2So4). Een zinkstaaf in het bekerglas met ZnSo4 en de koolstofstaaf in andere bekerglas. Zoutbrug van ene naar andere bekerglas.

1. Er gaat 1 zn2+ ion in oplossing. Zinkstaat wordt negatief geladen door de twee achterblijvende elektronen. Zinksulfaatoplossing wordt positief geladen(extra zinkion)

2. Twee H+ ionen nemen samen twee elektronen op van de koolstofstaaf. Er ontstaat een H2 molecuul. De koolstofstaat wordt positief geladen (verlies 2 elektronen). Zwavelzuuroplossing wordt negatief geladen door het verlies van de twee H+ ionen.

3. De elektronen gaan van de zinkstaat, via de draad, naar de koolstofstaaf.4. Kaliumionen in de zoutbrug bewegen naar de zwavelzuuroplossing en compenseren daar de

negatieve lading.5. Chloride-ionen in de zoutbrug bewegen naar de Zinksulfaatoplossing en compenseren daar

de positieve lading.Zonder zoutbrug is deze reactie NIET mogelijk: Lading in bekerglazen worden niet gecompenseerd!Vaak wordt poreuze wand gebruikt die reagerende ionen niet doorlaat maar wel andere ionen.

Je hebt twee verschillende soorten cellen:Niet-Oplaadbaar Gewone niet oplaadbare batterij heet ook wel een droge cel. In deze batterij vormt omhulsel van zink de negatieve pool en een koolstofstaaf de positieve pool. Zinkenhuls is reductor. Zinkionen verspreiden zich in het geleidende vulmiddel, een pasta. Op koolstofstaaf zit de oxidator bruinsteen, MnO2. Ook de Mn2+ ionen die in de reactie ontstaan verspreiden zich in de pasta.Deze batterij is niet meer op te laden doordat de gevormde ionen niet meer in de buurt van elektrode zijn.OplaadbaarLoodaccuBestaat uit meerdere cellen, in serie geschakeld. Elke cel bevat 2 loodplaten en bak zwavelzuuroplossing. Op één plaat is een laagje lood(4)oxide, PbO2, aangebracht.Als accu stroom levert vinden de volgende halfreacties plaats:+pool: PbO2 + 4 H+ + So4

2- + 2 e- PbSo4 + 2 H2O-Pool: Pb + So4

2- PbSO4 + 2 e-Nikkel-cadmium batterij (oplaadbare batterij)De oxidator is Ni 3+ in Ni(OH)O, de reductor is cadmium, Cd. Het elektrolyt is KOH. Reactie bij levering van stroom:+pool : Ni(OH)O (s) + H2O + e- Ni(OH)2 (s) + OH--pool: Cd(s) + 2OH- Cd(OH)2(s) + 2 e-

Bij het opladen van beide oplaadbarecellen verlopen de reacties omgekeerd. Dit kan omdat bij stroomlevering aan beide polen neerslagen ontstaan en vast blijven zitten. Bij niet oplaadbare batterijen ontstaan oplosbare stoffen die zich verspreiden.

ElektrodepotentialenAls een metaal in oplossing van een van zijn zouten dompelt stelt zich evenwicht in tussen oplossen van metaal en neerslaan van metaalionen op de staaf. M met elektrovalentie 2+:M(s) -> <- M2+ + 2e-Een van de twee reacties heeft in het begin de overhand:Meer atomen als ion in oplossing OF er slaan meer ionen uit oplossing neer.

- In zeer verdunde oplossing maken meer positieve ionen zich los uit het metaalrooster. Metaalstaaf krijgt toenemend overschot aan elektronen totdat evenwicht is ingesteld. Metaal is negatief, oplossing positief: V(metaal)<V(oplossing)

- In geconcentreerde oplossing gebeurt omgekeerde. Omdat negatieve ionen in oplossing overblijven is metaal positief geladen en oplossing negatief: V(metaal)>V(oplossing).

- Hoe edeler een metaal is, hoe sterker het evenwicht aan kant van metaalatomen ligt. Een edeler metaal heeft hoger Potentiaal dan een minder edelmetaal(gelijke omstandigheden)

Potentiaalverschil: ander woord voor spanning. Het potentiaalverschil (in volt) is in dit geval het verschil tussen de potentiaal V van de ene elektrode en de potentiaal V van de andere elektrode.Je noemt dit verschil de bronspanning. V(bron) = V(+pool) – V(-pool)

De standardelektrodepotentiaal is de potentiaal van een standard-elektrode ten opzichte van de standaardwaterstofelektrode.

- De potentiaal tussen elektrode en oplossing is niet te meten. Deze potentiaal kan je te weten komen door te vergelijken met potentiaal van standaardwaterstofelektrode die 0,00 V is.

- Het potentiaalverschil, ook spanning of bronspanning genoemd is waarde die je tussen combinaties van redoxkoppels meet. Dit hoeft NIET perse onder standaardomstandigheden te gebeuren.

CorrosieWater(vocht) en zuurstof(lucht) zijn bevorderend voor roest.Verder is een belangrijke eigenschap voor corrosie de geoxideerde metaallaag vergeleken met het metaal zelf, zijn 3 mogelijkheden:

1. aansluitende oxidelaag.2. oxidelaag heeft kleiner volume dan oorspronkelijke metaallaag. Ontstaan ruimtes waardoor

zuurstofhoudend water dieper gelegen metaallagen kan aantasten.3. Oxidelaag heeft groter volume dan oorspronkelijke metaallaag laag bladert af. Ontstaat

daardoor ook ruimten waar het water kan doordringen tot dieper gelegen metaallagen.

ElektrolyseBij elektrolyse treedt een gedwongen redoxreactie op. Er is sprake van een stroomverbruikende elektrochemische cel of elektrolysecel.Bij elektrolyse reageert de reductor aan de pluspool en de oxidator aan de minpool, bij stroomleverende cellen is dat omgekeerd!Voor elektrolyse is elektrolyt nodig: een vloeistof met vrije ionen(gesmolten zout of opl.+ionen)Elektrolysespanning moet groter zijn dan potentiaalverschil tussen gevormde producten.