Oxidation och reduktion

Ibland vill man veta om två ämnen kommer reagera med varandra, eller inte. Och ibland vill man veta om ett ämne vill ta upp elektroner eller ge ifrån sig elektroner. Det är praktiskt om man ska bygga ett batteri, till exempel. För grundämnen som vanligtvis bildar joner är det rätt enkelt: Metallatomer vill göra sig av med elektroner icke-metaller vill ta upp elektroner. Varför är det så?

Vi tar en titt på atomernas yttersta elektronskal. Här är två grundämnen. Vi kan kalla dem X och Y. Ämnet X är en metall. Metallatomer har få elektroner i sitt yttersta skal. Y är en icke-metall.

Den har många elektroner i sitt yttersta skal, men den behöver ännu fler för att få vad som kallas ett fullt yttre skal. När X och Y reagerar, ger metallen X ifrån sig sina två elektroner. Eftersom varje Y-atom bara vill ha en elektron… ...så behöver det vara två såna atomer i reaktionen. De bildar en förening, XY2. Mängden laddning som ett grundämne har förlorat eller tagit upp när det bildar en förening, kallas oxidationstillståndet för det ämnet.

X har förlorat två elektroner. Det betyder att den har den positiva laddningen två-plus. Så dess oxidationstillstånd är plus två. Varje Y-atom tog upp en elektron, så den har en negativ laddning på minus ett. Alltså är dess oxidationstillstånd minus ett.

När oxidationstillståndet för grundämnet X har ökat, så säger vi att det har blivit oxiderat. Ordet kommer från att de flesta ämnen som bildar syreföreningar - oxider - ökar sitt oxidationstal. Men samma ord används vid reaktioner med andra ämnen än syre. Oxidationstillståndet för Y har minskat. Det har blivit reducerat.

En kemisk reaktion där oxidationstillstånd ändras kallas för redox-reaktion. I redoxreaktioner måste alla förändringar i oxidationstillstånd ta ut varandra. För varje oxidations-steg upp, måste det finnas ett reduktionssteg ner. Ibland, när du blandar två ämnen som båda vill bli av med elektroner, eller där båda vill ta upp elektroner, så händer ingenting. Men hur ska man veta vilka ämnen som kan oxideras och vilka som kan reduceras?

Man kan titta på vilket oxidationstillstånd - eller oxidationstal - varje atom har. När en molekyl bara innehåller en sorts grundämne, till exempel i N-två eller O-tre, och inte är i förening med något annat grundämne, så har atomerna alltid oxidationstalet noll. Om atomerna har bildat joner, så har jonerna alltid samma oxidationstal som sin laddning. Det betyder att när ett grundämne - som kväve - blir en jon med laddningen minus tre… ...så har varje kväveatom tagit upp tre elektroner… ...oxidationstalet för varje atom har gått från noll till minus tre… ...så kvävet har blivit reducerat. Vi tar ett exempel till.

En kopparjon kan ha laddningen plus ett. Men sen kan den gå åt två olika håll: den kan antingen bli oxiderad ett steg, och bilda koppar två-plus. Eller så kan den reduceras ett steg, till en kopparatom med oxidationstalet noll. Om koppar ett-plus-jonen reagerar med något som vill stjäla elektroner, så kommer jonen bli oxiderad. Om kopparjonen reagerar med något som vill ge den elektroner, så kommer den bli reducerad.

Vad var poängen med det här nu då? Jo, några reaktioner sker bara när ett ämne som gärna oxideras blandas med ett ämne som gärna reduceras. Och det är också användbart om du vill veta om ett ämne vill ta upp elektroner eller göra sig av med elektroner. Det är därför vi behöver känna till ett grundämnes oxidationstillstånd. Det säger hur mycket laddning ett ämne har tagit upp - eller förlorat - i kemiska reaktioner.