Etusivu
Tehtävät
KirjanmerkitSähkökemia
Hapetus ja pelkistäminen
Hapetus ja pelkistäminen
Totta vai tarua? Useilla alkuaineilla voi olla erilaiset hapetusluvut eri yhdisteissä.
Joskus haluat selvittää, voivatko kaksi ainetta reagoida keskenään vai eivät. Ja toisinaan haluat tietää, aikooko aine hankkia lisää elektroneja vai luovuttaa niitä. Tämä on hyödyllinen tieto, jos haluat rakentaa akun. Alkuaineille, jotka yleensä muodostavat ioneja, se on aika yksinkertaista: Metallit haluavat luovuttaa elektroneja, epämetallit haluavat lisää elektroneja. Mistä se johtuu?
Katsotaanpa atomin ulkoelektroneja. Tässä on kaksi alkuainetta. Kutsutaan niitä nimillä X ja Y. X on metalli. Sillä on vain vähän elektroneja sen ulkokuorella.
Y on epämetalli. Sillä on paljon elektroneja sen ulkokuorella, mutta se tarvitsee vielä lisää saadakseen täyden ulkokuoren. Kun X ja Y reagoivat keskenään, metalli X luovuttaa kaksi elektronia. Koska jokainen Y-atomi tarvitsee vain yhden elektronin, niitä atomeja tarvitaan siis kaksi. Ne muodostavat yhdisteen, nimeltään XY2.
Varauksen määrä, jonka alkuaine on luovuttanut tai saanut uutta yhdistettä muodostettaessa, on nimeltään sen alkuaineen hapetusaste. X luovuttaa 2 elektronia. Tämä tarkoittaa, että sillä on positiivinen varaus 2. Eli sen hapetusaste on +2. Y sai yhden elektronin lisää.
Sen varaus on siis negatiivinen 1. Sen hapetusaste on -1. Kun alkuaineen X hapetusaste on lisääntynyt, sanotaan että se on hapettunut. Sanan alkuperä tulee siitä, että monet alkuaineet, jotka reagoivat happikaasun kanssa, lisäävät niiden hapetusastetta. Mutta samaa sanaa käytetään myös reaktioissa, joissa on muita alkuaineita kuin happea.
Y:n hapetusaste on vähentynyt. Se on pelkistynyt. Kemiallista reaktiota, jossa hapetusasteet vaihtelevat, kutsutaan hapetus-pelkistysreaktioksi. Missä tahansa hapetus-pelkistys- reaktiossa hapetusasteen kokonaismuutoksen pitää pysyä muuttumattomana. Jokaista hapettumista kohden tarvitaan myös pelkistyminen.
Joskus, kun sekoitat yhteen kaksi ainetta, jotka molemmat haluavat luovuttaa elektroneja tai haluavat poimia niitä lisää, mitään ei tapahdu. Mistä sitten voi tietää, mitkä aineet voivat hapettua ja mitkä voivat pelkistyä? Voit tarkistaa, mikä hapetusaste - tai hapetusluku - alkuaineella on. Kun molekyyli sisältää vain yhden alkuaineen, esimerkiksi N2:n tai O3:n eikä se muodosta yhdistettä toisen alkuaineen kanssa, sen atomien hapetusaste on aina nolla. Jos atomit ovat muodostaneet ioneja, ionien hapetusluku on aina sama kuin niiden varaus.
Tämä tarkoittaa, että kun alkuaineesta, kuten typestä, tulee ioni, jonka varaus on -3... ...jokainen typpiatomi on saanut kolme elektronia lisää... ...jokaisen atomin hapetusaste on laskenut nollasta -3:een... joten typpi on pelkistynyt. Tässä on toinen esimerkki. Kupari-ioni voi olla varaukseltaan +1. Se voi mennä siitä kahteen suuntaan: se voi joko hapettua yhden askeleen muodostaakseen kupari "kaksi-plussan".
Tai se voi pelkistyä yhden askeleen kupariatomiksi, jonka hapetusaste on nolla. Jos kupari "yksi-plus" -ioni reagoi jonkun sellaisen kanssa, joka haluaa varastaa elektroneja, se hapettuu. Jos se reagoi jonkun sellaisen kanssa, joka haluaa luovuttaa elektroneja, se pelkistyy. Mikä olikaan tämän kaiken tarkoitus? No, joskus reaktioita tapahtuu todennäköisemmin, kun aine, joka hapettuu helposti, ja aine, joka pelkistyy helposti, päätyvät yhteen.
Tämä on myös hyödyllistä tietää, jos sinua kiinnostaa, haluaako aine saada lisää elektroneja vai haluaako se luovuttaa elektroneja. Tämän takia meidän pitää tietää alkuaineen hapetusaste. Siitä tiedämme, kuinka monta elektronia se on saanut tai luovuttanut reagoidessaan toisten alkuaineiden kanssa.