Redox reaction

Redox reaction
n., monikko: redox reactions

Definition: biologiassa biokemiallinen reaktio, jossa atomin(atomin) hapetusluku on muuttunut

Redox-reaktion määritelmä

mitä redox-reaktiot ovat? Tämä on yleinen termi kemiassa ja biologiassa. Redox-reaktio on kemiassa yksi kemiallisen reaktion tyypeistä, jossa atomien hapetustiloja muutetaan. Tässä reaktiossa tapahtuu varsinainen elektronien siirto tai siirtyminen eri kemiallisilla lajeilla. Tässä reaktiossa yksi laji menettää elektroneja, kun taas toinen saa elektronin. (Olson, 2021) niiden lajien, jotka saavat elektronin, sanotaan pelkistyvän, kun taas niiden lajien, jotka menettivät elektronin, sanotaan olevan hapettuneita. Biologiassa redox-reaktio on määritellyt kaikki elämän osa-alueet, sillä se on moninaisissa biologisissa prosesseissa esiintyvä reaktion muoto.

mitä redox-reaktioihin liittyy? Redox-reaktiosäännön mukaan reaktiossa on kaksi osaa ja ne tapahtuvat aina yhdessä. Ne ovat pelkistynyt ja hapettunut puoli. Redox-reaktioiden kahden puolireaktion tyypit ovat pelkistys-puoli-ja hapetus-puolireaktiot. (MindTouch, 2021)

Miten määritetään Redox-reaktio?

Redox-reaktio määräytyy aina kahden atomin hapetustilan vaihtelun perusteella. Jos hapetusluvussa ei ole muutosta, ei ole redox-reaktiota. Toinen ominaisuus O redox-reaktio on se koostuu kahdesta samanaikaisesta prosessista, siten nimi. Ymmärtääksemme tämän edelleen, ymmärtäkäämme hapettumisen ja pelkistymisen määritelmät. Mikä on hapettuminen? Hapetus on prosessi, jossa atomin, ionin tai molekyylin hapetustila kasvaa. Yksinkertaisesti sanottuna se tarkoittaa elektronin menettämistä. Mikä on vähennys? Pelkistys on prosessi, jossa atomin, ionin tai molekyylin hapetustila pienenee. Tai se tarkoittaa yksinkertaisesti elektronin saamista. (Kyllä, vähentäminen tässä suhteessa tarkoittaa ”saamista”). Redox-reaktiossa yksi menettää elektronin, mutta toinen saa sen.

Redox-reaktioiden tyypit

nämä ovat redox-reaktioiden eri tyyppejä, ja jokainen niistä on selitetty alla.

1. Hajoamisreaktio
2. Yhdistelmäreaktio
3. Siirtymäreaktio
4. Disproportioreaktio

1. Hajoamisreaktio

kuten nimikin osoittaa, hajoamisreaktiossa reaktantti jakautuu tai hajoaa eri komponentteihin: AB → A + B

esimerkkejä:

• 2NaH → 2na + H2
• 2H2O → 2H2 + O2

edellä mainitut tuotteet muodostuvat reagoijan hajotessa. Tämän seurauksena muodostuu pienempiä kemiallisia yhdisteitä.
joissakin tapauksissa jokaisen hajoamisreaktion ei kuitenkaan tarvitse olla myös redox-reaktio. Esimerkiksi CaCO3 → Cao + CO2 on hajoamisreaktio, mutta ei redox-reaktio. Miksi tämä ei ole redox-reaktio? Hajoamisreaktiossa CaCO3 → Cao + CO2 tapahtuu komponenttien dissosiaatio, mutta hapettumistiloissa ei tapahdu muutoksia. Hapetusluku ei muuttunut, minkä oletetaan muuttuvan redox-reaktiossa.

2. Yhdistelmäreaktio

hajoamisreaktion käänteisreaktio on yhdistelmäreaktio. Tässä reaktiossa on kahden reaktantin yhdistelmä ja muodostuu tuote: A + B → AB

esimerkkejä:

• H2+Cl2 → 2hclc+ O2→CO2
• 4Fe + 3O2→2fe2o2

3. Siirtymisreaktio

nimensä mukaisesti tässä reaktiossa ioni tai atomi korvataan alkuaineesta toisen alkuaineen ioniksi tai atomiksi: X + YZ → XZ + Y . Siirtymäreaktioita on kahta muotoa. Niitä ovat metallien siirtymäreaktiot ja ei-metallien siirtymäreaktiot.

• metallien Siirtymä: metallien siirtymisreaktioissa yleensä jokin metalli korvataan toisella metallilla. Esimerkki on CuSO4+Zn→Cu+ZnSO4. Metallien siirtymäreaktioita käytetään metallurgisessa prosessissa puhtaiden metallien saamiseksi niiden malmeista.
• ei-metallien siirtymä: ei-metallien siirtymäreaktiossa käytetään vetyä H2 tai joskus happea O2.

4. Disproportionaatioreaktio

disproportionaatioreaktiossa yksittäinen reaktantti pelkistää sekä hapettaa.

esimerkki:

P4 + 3naoh + 3H2O → 3nah2po2 + PH3

hapettavat ja pelkistävät aineet

redox-reaktioissa on kahdenlaisia kemiallisia tekijöitä. Ne ovat hapettavat aineet (hapettimet) ja pelkistävät aineet (pelkistimet). Erottakaamme ne ymmärtämällä niiden rooli hapettumis-ja pelkistysprosesseissa.

Standardielektrodipotentiaalia

Standardielektrodipotentiaalia pidetään sellaisen kennon standardisähkövoiman (emf) arvona, jossa vetymolekyylit (H2) hapettuvat solmituiksi protoneiksi standardipaineessa.

mikä on redox-reaktioiden tarkoitus sähkökemiallisessa kennossa?

Redox-reaktio on sähkökemiallisen kennon perusta. Se voidaan jakaa kahteen puolireaktioon, hapetukseen anodilla ja pelkistykseen katodilla. Kahden elektrodin sähköpotentiaalin erosta johtuen syntyy sähköä. Ja koska kahden metallielektrodin potentiaalien välillä on ero, elektrolyytille syntyy potentiaalin ero. Sitä käytetään minkä tahansa alkuaineen tai yhdisteen pelkistystehon mittaamiseen.

ei ole olemassa yksinkertaista ja helppoa tapaa mitata tarkasti pelkästään elektrodipotentiaalia tai elektrolyyttipotentiaalia. Paineen, lämpötilan tai konsentraation muutokset vaikuttavat paitsi sähköiseen potentiaaliin myös sähkökemian yhtälöihin. Redox-reaktiossa hapetuspotentiaali on pelkistyspotentiaalin negatiivinen, joten yhden potentiaalin laskemiseen riittää. Tämä on syy siihen, että standardielektrodipotentiaali kirjoitetaan myös standardipudotuspotentiaaliksi.

jos standardin pelkistyspotentiaalin arvo on suurempi, pelkistyminen (elektronin saaminen) helpottuu. Eli esimerkiksi F2: n vakiovähennyspotentiaali on +2,87 V ja sitten Li+: n kohdalla se on -3,05 V.

mutta entä biologia? Mikä on redox-reaktioiden tarkoitus biologisessa solussa?
biologisessa solussa redox-reaktioilla on erilaisia tarkoituksia, kuten aineenvaihdunnan aikana sokerimolekyyli hajoaa vedeksi, hiilidioksidikaasuksi ja energiaksi. Sokerin hiiliatomilta siirtyy hapen mukana 48 elektronia.

C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6co2(g) + 6H2O (l) + energia

toinen redox-reaktioiden tarkoitus elävässä kehossa on soluviestintä. Solussa happea sisältävät reaktiiviset molekyylit toimivat signalointimolekyyleinä. Esimerkiksi happea (O2, H2O2, NO) sisältäviä reaktiivisia molekyylejä syntyy solussa hallitusti redox-reaktioissa. Näillä kemikaaleilla on erilaiset roolit, kuten haavan paraneminen, tulehdus, ikääntyminen ja ohjelmoitu solukuolema.

uudempien tutkimusten mukaan redox-reaktiota voidaan hyödyntää soluissa myös syöpähoidoissa. Luokan syövän hoitoon lääkkeitä parantaa tuotantoa reaktiivisia molekyylejä, jotka sisältävät happea kasvain elin, joka lopulta tappaa syöpäsoluja.

esimerkkejä Redox-reaktioista

joitakin esimerkkejä redox-reaktioista ovat seuraavat.

Esimerkki 1: vedyn ja fluorin välinen reaktio

fluorin ja vedyn reaktiossa hapettuminen tapahtuu vedyllä, kun taas pelkistys tapahtuu fluorilla. Vety ja fluori yhdistyvät ja muodostavat vetyfluoridia.

seuraava yhtälö näyttää reaktion: H2 + F2 → 2HF
hapetusyhtälö on H2 → 2h+ + 2e–
pelkistysyhtälö on F2 + 2e– → 2F–

Esimerkki 2: raudan ja vetyperoksidin välinen reaktio

vetyperoksidi hapettaa rauta-ionin Fe2+ rautaioniksi Fe3+ hapon läsnä ollessa. Tämän seurauksena muodostuu hydroksidi-ioni. Vetyperoksidi reagoi protonin kanssa, jonka happo luovuttaa veden muodostumiselle.

2fe22+ + H2O2 + 2h + → 2fe3 + + 2H2O
Hapetuspuolireaktio on Fe2 + → Fe3 + + e –
Pelkistyspuolireaktio on H2O2 + 2e – → 2 OH–

esimerkki 3: sinkin ja kuparin välinen reaktio

kun Zn syrjäyttää kuparin ionin kuparisulfaattiliuoksessa, saadaan kuparimetallia.

Zn (s) + CuSO4 (aq) → ZnSO4 (aq) + Cu (s)
hapetuspuolireaktio on Zn → Zn2+ + 2e-
pelkistyspuolireaktio on Cu2+ + 2e– → cu

Redox-reaktioiden merkitys

hapetus– pelkistysreaktiot ovat merkittäviä, koska ne ovat ja tärkein energianlähde maapallolla joko luonnollisilla (biologisilla) tai ei-luonnollisilla (keinotekoisilla) tavoilla. Valtava määrä energiaa voidaan saada hapetusreaktiossa joko poistamalla vetyä tai yhdistämällä happea. (Kemia, 2021)

Redox-reaktiot teollisuudessa

monet teollisuudessa yleisesti käytetyt kemikaalit kuten kloori, kaustinen sooda jne. muodostuvat redox-reaktioissa. Redox-reaktioita käytetään valkaisumateriaalin ja veden puhdistuksessa. Teollisuuden puhdistusaineiden valmistuksessa käytetään hapetusprosessia. Monet korroosioriskissä olevat metallit suojataan liittämällä niihin uhrianodeja. Teräksen galvanointi on esimerkki siitä. Ammoniakin hapettuminen tuotti typpihappoa, joka on välttämätön lannoite. Redox-reaktiota käytetään myös metallien erottamiseen niiden malmeista. Metallisulfidin sulatus pelkistävän aineen olemassaolon yhteydessä on myös esimerkki tästä. Kullattujen ornamenttien valmistuksessa käytetään redox-reaktiota, jossa esineen pinnalle levitetään ohut materiaalikerros. Tätä prosessia kutsutaan myös galvanoinniksi. (W3spoint.com, 2021)

Redox-reaktiot biologiassa

mikä on redox-reaktioiden tarkoitus solussa? Moniin biologisiin prosesseihin liittyy redox-reaktioita, kuten soluhengityksessä ja fotosynteesissä.

soluhengitys

soluhengitys (C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O) on glukoosin hapettumista hiilidioksidiksi (CO2) ja hapen (O2) pelkistymistä vedeksi (H2O). Soluhengitys redox-menetelmä liittyy NAD+: n pelkistymiseen ja hapettumiseen NADH: ksi ja päinvastoin. Alla on kaavio soluhengityksestä.

fotosynteesi

fotosynteesin redox-reaktioissa (6 CO2 + 6 H2O + valoenergia → C6H12O6 + 6 O2) hiilidioksidi pelkistyy sokeriksi ja veden hapettuminen antaa molekyylille happea. Elektronien määrä hapessa on 8. Vaikka soluhengitys ja fotosynteesi vaikuttavat vastakkaisilta reaktioilta, nämä kaksi prosessia eivät ole toistensa vastakohtia.

Lue: Fotosynteesi-Fotolyysi ja hiilen kiinnittyminen

Redox Cycling

laaja valikoima aromaattisia yhdisteitä pelkistyy vapaiden radikaalien muodostumista edistävien entsyymien avulla. Vapailla radikaaleilla on yksi tai useampia elektroneja kuin niiden emolla. Elektronin luovuttaja voi olla mikä tahansa flavoentsyymi tai sen koentsyymi. Kerran muodostumisen jälkeen vapaat radikaalit anionien muodossa vähensivät hapen superoksidiksi, ja myös muuttumaton emoyhdiste (alkuperäinen) uudistuu. Kaiken kaikkiaan tässä reaktiossa hapetetaan flavoentsyymikoentsyymillä ja pelkistetään molekyylihapella superoksidin muodostamiseksi. Tätä katalyyttistä käyttäytymistä kutsutaan Redox-pyöräilyksi.

Redox-reaktiot geologiassa

geologiassa redox-reaktiolla on monia käyttötarkoituksia kuten:

• mineraalien mobilisaatio
• mineraalien muodostuminen
• Kerrostumisympäristöt

kivien värissä näkyy redoksitila. Hapettuvan kiven väri oli punainen. Kun kiveen johdetaan pelkistävää nestettä tai nestettä, se antaa vihreän tai valkoisen värin. Pelkistävässä nesteessä eli nesteessä oli uraania sisältäviä mineraaleja. Moquin marmorit ja uraaniesiintymät ovat joitakin esimerkkejä geologisista redox-reaktioista muodostuneista kerrostumista.

Redox-reaktiot maaperässä

redox-reaktiossa on samanaikainen hapetus-ja pelkistysreaktio. Esimerkki maaperässä tapahtuvasta redox-reaktiosta on rautametallien hapettuminen rautaraudaksi pelkistämällä happea veden läsnä ollessa. (Luonto, 2021)

Redox-reaktioiden tasapainottaminen

seuraavassa selitetään, miten redox-yhtälö tasapainotetaan tai miten redox-reaktiot tai redox-reaktiot tehdään emäksisissä liuoksissa.

• Vaihe I: Kirjoita epätasapainoinen yhtälö.
• vaihe II: Eristä redox-reaktio kahdeksi puolireaktioksi
  Anna hapetusluku jokaiselle atomille
  Etsi ja kirjoita redox-parit
  Yhdistä redox-parit kahdeksi puolireaktioksi
• vaihe III: tasapainota puolireaktiot
  tasapainota kaikki atomit paitsi H2 ja O2
  tasapainota kaikki O2– atomit vedellä H2O
  tasapainota vedyn atomit h+
  lisää 1 OH-on h+: n kumpikin puoli perusaineelle
• vaihe IV: tasapainota elektronien määrä
• vaihe V: puolireaktiossa elektronihäviö vastaa elektronivoittoa
• vaihe VI: Lisätään yhdessä puolireaktiot
• vaihe VII: yksinkertaistetaan yhtälö
  lopussa tarkistetaan, että kaikki varaukset ja alkuaineet ovat tasapainossa. Easiness, online redox reaktio laskin tai hapetustilalaskin käytetään myös yhtälön tasapainotus.

Miten löytää hapetusluvut? Seuraavassa on joitakin hapetuslukusääntöjä:

1. Nolla on vapaiden alkuaineiden hapetusluku.
2. Ionin varaus vastaa monoatomi-ionien hapetuslukua.
3. Ionien varaus vastaa myös polyatomisten ionien hapetuslukua.
4. Vedyn hapetusluku on kuitenkin +1, Kun se on yhdisteessä, jossa on jokin elektronegatiivinen alkuaine se on, hapetusluku muuttuu -1: ksi.
5. Hapen hapetusluku on -2, mutta peroksideissa se on -1.
6. Hiilen hapetusluku vaihtelee suuresti. CH4: ssä se on -4 kun taas CO2: ssa se on +4
7. Ryhmän 1 alkuaineen hapetusluku oli +1.
8. Ryhmän 2 alkuaineen hapetusluku oli + 2.
9. Ryhmän 17 alkuaineen hapetusluku oli -1.
10. Neutraalissa yhdisteessä kaikkien atomien kokonaishapetusluku on nolla.

• VRChemistry. (2021). Redox-reaktiot ja sähkökemiallinen potentiaali. Retrieved 04 Nov, 2021, from https://vrchemistry.chem.ox.ac.uk/potential/text/redox1.htm
• Generalic, E. (2021). TASAPAINOTETAAN REDOX-REAKTIOITA. Retrieved 04 marras, 2021, from https://www.periodni.com/half-reaction_method.php
• MindTouch, P. b. (2021). Hapetus-pelkistysreaktiot haettu 04 Nov, 2021, levyltä https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Supplemental_Modules_(Analytical_Chemistry)/Electrochemistry/Redox_Chemistry/Oxidation-Reduction_Reactions
• Nature, S. (2021). Redox-reaktiot ja kaaviot maaperässä. Retrieved 04 Nov, 2021, from https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-1-4020-3995-9_477
• Olson, M. V. (2021). hapetus-pelkistysreaktio. Retrieved 04 marras, 2021, from https://www.britannica.com/science/oxidation-reduction-reaction/General-theory
• W3spoint.com. (2021). Redox-reaktio Sähkökemiassa. Retrieved 04 marras, 2021, from https://www.w3spoint.com/
• Socratic.org. (2021). Lasketaan yhdisteen alkuaineen hapetusluku. Retrieved 04 marras, 2021, from https://socratic.org/questions/how-do-you-calculate-the-oxidation-number-of-an-element-in-a-compound