oksidasjon

Oksidert (rustet) jern

Den oksidasjon (inkludert oksidasjon ) er en kjemisk reaksjon hvori et ion eller atom (som sådan eller som en del av et molekyl ) ett eller flere elektron- skrive- og dermed dets oksidasjonstilstand øker. Økningen i oksidasjonstilstanden er formelt indikert av økningen i det såkalte oksidasjonsnummeret til atomet i molekylet som er ansvarlig for oksidasjonen. Økningen i oksidasjonsnummeret tilsvarer antall elektroner som avgis. Et oksidasjonsmiddel er stoffet, atomet, ionet eller molekylet som aksepterer elektronene og reduseres derved . Begge reaksjonene er referert til som de to delvise reaksjonene av redoksreaksjonen som pågår .

Oksidasjon:

${\ displaystyle \ mathrm {A \ longrightarrow A} ^ {n +} + n \, \ mathrm {e ^ {-}}}$

Stoff A frigjør n elektroner.

Historie og opprinnelig mening

Begrepet oksidasjon ble opprinnelig laget av kjemikeren Antoine Laurent de Lavoisier . Han mente foreningen av grunnstoffer og kjemiske forbindelser med grunnstoffet oksygen (Oxygenium, fransk: oxygène) og ønsket å beskrive dannelsen av oksider .

Begrepet ble senere utvidet til å omfatte reaksjoner der hydrogenatomer ble fjernet fra en forbindelse ( dehydrogenering ). For eksempel, i mange biokjemiske prosesser, "kaster" visse koenzymer (NAD, NADP, FAD) hydrogenatomer fra organiske forbindelser .

På grunnlag av ionteorien og Bohrs atommodell ble oksidasjonen endelig tolket og generalisert fra elektronteoriens synspunkt. Siden da har karakteristikken ved oksidasjon blitt sett i det faktum at et kjemisk stoff frigjør elektroner og dermed oksyderes.

Fyrverkeri på Japan Day i Düsseldorf

Klassiske eksempler

• Tidligere ble oksidasjon bare kalt kjemiske reaksjoner med oksygen . Oksidasjon der varme og lys avgis kalles forbrenning eller ild . Dette inkluderer også fyrverkeri .
• Klassiske eksempler på oksidasjoner med oksygen er alle typer forbrenninger , for eksempel B. Forbrenning av karbonholdige stoffer i luften med rennende oksygen, for eksempel forbrenning av kull , tre, naturgass , flytende gass , bensin i motoren , lys osv. I disse forbrenningene frigjør hvert karbonatom sine fire elektroner til to oksygenatomer; to dobbeltbindinger dannes mellom karbonatomet og de to oksygenatomene, dvs. H. det oppstår karbondioksid (CO ₂ ).

${\ displaystyle \ mathrm {C + O_ {2} \ longrightarrow CO_ {2}}}$

Karbon + oksygen → karbondioksid

• I kroppen oksyderes mat i mange trinn av den biokjemiske metabolismen, blant annet til endogene stoffer og til slutt også til karbondioksid (CO ₂ ) med dannelse av vann. Et eksempel er β-oksidasjon av fettsyrer. Komponenter i et næringsmiddel oksyderes også under enzymatisk bruning .

• Ikke bare in vivo , men også in vitro , organiske stoffer kan reagere med oksygen på en rekke måter: En primær alkohol ( alkanol ) kan forsiktig oksideres gradvis. I prosessen dannes et aldehyd ( alkanal ) først , og når det oksyderes igjen en karboksylsyre ( alkansyre ). Når primære alkoholer oksyderes kraftig, dannes karboksylsyrer.
• Hvis en sekundær alkohol oksyderes, dannes et keton ( alkanon ). Tertiære alkoholer kan ikke oksideres til karbonylforbindelser fordi de allerede har tre karbonbindinger .

• Jern gjennomgår oksidativ korrosjon under påvirkning av oksygen og danner forskjellige jernoksider ( rust , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ , FeO).
• Når ren, bar aluminium Aluminium # Kjemiske egenskaper er omgitt av luft, dannes et veldig tynt, men veldig fast vedheftende beskyttende lag av aluminiumoksid raskt på overflaten .
• Omsetningen av hydrogen med oksygen (se knall ) produserer vann ( hydrogen-oksyd , H ₂ O):

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ H_ {2} \ + \ O_ {2} \ longrightarrow 2 \ H_ {2} O}}$

Hydrogen + oksygen ( oxyhydrogen ) reagerer for å danne vann

Moderne definisjon

En opplyst kamp

Selv i dag er begrepet oksidasjon ofte assosiert med reaksjonen med (atmosfærisk) oksygen og dannelsen av oksider. I henhold til den mer generelle, mer moderne definisjonen er oksidasjon med oksygen bare en type mange mulige oksidasjonsreaksjoner med andre oksidasjonsmidler , noe som kan forklares ved hjelp av valenselektronteorien . B. et metallatom med et oksygenatom, oksydasjonen av metallet og dermed metalloksyddannelsen kan beskrives ved hjelp av følgende reaksjonsligninger :

Oksidasjon:

${\ displaystyle \ mathrm {M \ longrightarrow M ^ {2 +} + 2e ^ {-}}}$

Oksidasjon: Metallet M frigjør to elektroner og oksyderes til metallkationen.

Reduksjon:

${\ displaystyle \ mathrm {O_ {2} + 4e ^ {-} \ longrightarrow 2 \ O ^ {2-}}}$

Reduksjon: Oksygen tar opp to elektroner per atom og reduseres til et oksidanion.

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ M + O_ {2} \ longrightarrow 2 \ M ^ {2 +} + 2 \ O ^ {2-}}}$

Redoksreaksjon: Oksygen oksyderer metallet og reduseres selv i prosessen.

I dette tilfellet prøver oksygen å bygge opp et stabilt valens- elektronskall med totalt åtte elektroner ved å absorbere to elektroner ( oktettregel ). Metallet kan oppløse delvis okkuperte skall ved å frigjøre elektroner og dermed nå neste lavere stabile elektronkonfigurasjon .

Oksidasjon uten oksygen

Den utvidede oksidasjonsperioden blir nå brukt på reaksjoner som foregår i henhold til det samme kjemiske prinsippet, selv om ingen oksygen er involvert i reaksjonen. I denne forstand betyr oksidasjon bare at elektroner frigjøres. For eksempel, når natrium reagerer med klor, donerer natriumatomet et elektron til kloratomet. Natriumet blir således oksidert til natriumkationen. Til gjengjeld reduseres klor til kloridanionet når elektronet absorberes. Sodiumklorid ble således dannet.

Oksidasjon delvis reaksjon

${\ displaystyle \ mathrm {Na \ longrightarrow Na ^ {+} + e ^ {-}}}$

Natrium frigjør et elektron: oksidasjon til natriumkationen.

Delvis reaksjonsreduksjon

${\ displaystyle \ mathrm {Cl + e ^ {-} \ longrightarrow Cl ^ {-}}}$

Til gjengjeld reduseres klor til kloridanionet ved absorpsjon av et elektron.

Samlet respons

${\ displaystyle \ mathrm {Na + Cl \ longrightarrow Na ^ {+} + Cl ^ {-}}}$

Natrium og klor reagerer med hverandre i en redoksreaksjon og danner natriumklorid.

Siden klor bare forekommer i molekylær form som Cl ₂ og er inkludert i reaksjonen, må man skrive riktig støkiometrisk :

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ Na + Cl_ {2} \ longrightarrow 2 \ Na ^ {+} + 2Cl ^ {-} (2 \ NaCl)}}$

weblenker

Wiktionary: Oksidasjon  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Wiktionary: Oxydation  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis

1. ^ IUPAC . Compendium of Chemical Terminology, 2. utgave (The "Gold Book"). Utarbeidet av AD McNaught og A. Wilkinson, Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997), doi: 10.1351 / goldbook.O04362 .
2. ^ Ulrich Lüning: Organiske reaksjoner , 2. utgave, Elsevier, München, 2007, s. 145, ISBN 978-3-8274-1834-0 .
3. ↑ Hans Beyer og Wolfgang Walter : Organische Chemie , S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1984, s. 201, ISBN 3-7776-0406-2 .