Hapettumis-pelkistymisreaktiot

Metallien sähkökemiallinen sarja

Raudan ruostumisessa tapahtuu hapettumista. Tällöin Fe-atomi luovuttaa uloimman kuoren elektroninsa eli muodostuu positiivinen Fe²⁺- tai joskus Fe³⁺-ioni. Hapettuminen on elektronien luovuttamista. Samanaikaisesti tapahtuu myös elektronien vastaanottaminen eli pelkistyminen eli jonkin aineet täytyy vastaanottaa metalliatomien luovuttamat 1-3 uloimman kuoren valenssielektronit.
Metallit jaetaan jaloihin ja epäjaloihin metalleihin. Jaloja metalleja on vaikea saada hapettumaan.

Epäjalot metallit hapettuvat, kun ne laitetaan esim suolahappoliuokseen (sisältää vetyioneja).
- tällöin vetyionit, H⁺ pelkistyvät vetykaasuksi, H₂
- Esim kun magnesiumia laitetaan suolahappoliuokseen Mg-atomit hapettuvat Mg²⁺-ioneiksi (Mg luovuttaa 2 elektronia) ja 2H⁺ ionit vastaanottavat kaksi elektronia eli pelkistyvät, jolloin muodostuu vetykaasua H₂
Metallit voidaan asettaa hapettumiskykynsä mukaisesti järjestykseen eli saadaan metallien sähkökemiallinen jännitesarja
- jokainen metalli pystyy pelkistämään (itse hapettuen) sarjassa sen jälkeen tulevien eli sitä jalompien metallien ioinit metalliatomeiksi
- Esim.
- Jännitesarjasta voidaan päätellä, että epäjalot metallit vapauttavat vetykaasua reagoidessaan happojen kanssa, jalot metallit eivät

Hapetusluvut

Hapettumisen eri tasoja merkitään hapetusluvuilla, joita merkitään yleensä roomalaisilla numeroilla
Osa alkuaineista saa tietyn hapetusluvun johtuen sen elektronirakenteesta
- Happi saa yleensä hapetusluvun -II ja vety +I
- 1. ryhmän alkuaineet saavat hapetusluvut +I ja 2. ryhmän +II, halogeenit (17. ryhmä) taas -I
- Sivuryhmien alkuaineet, esim rauta, voivat esiintyä useilla eri hapetusluvuilla
Hapetuslukuja määritettäessä nuodatetaan seuraavia sääntöjä
1. Puhtaan alkuaineen hapetusluku on aina nolla
2. Yhdisteessä alkuaineiden hapetuslukujen summa on nolla
3. Ionin muodostavien alkuaineiden hapetuslukujen summa on ionin varaus

Kotitehtävät: 75, 78 ja 79

Reaktioyhtälön kertoimien määritys hapetuslukumenetelmällä

Koska hapettumis-pelkistymisreaktioissa luovutettujen ja vastaanotettujen elektronien määrät ovat yhtä suuret, niin reaktiossa tapahtuvien hapetuslukujen muutosten täytyy olla yhtä suuret.

esim. tasapainota reaktioyhtälö
$HNO_3\left(aq\right)+H_2S\ \left(s\right)\ \rightarrow\ S\left(s\right)+NO\left(g\right)+H_2O\ \left(l\right)$

Selvitetään, mikä alkuaine hapettuu ja mikä pelkistyy tässä reaktioyhtälössä
Lähtöaineet
+I -II
$HNO_3\ \ \Rightarrow\ N:n\ hapetusluku\ on\ +V\ \left(+5\right)$
$H_2S:ssä\ H:n\ hapetusluku\ on\ +I{,}\ joten\ S\ on\ -II$

Tuotteet:
$S:n\ hapetusluku\ on\ 0$
$NO:ssa\ hapen\ hapetusluku\ on\ -II{,}\ joten\ N:n\ hapetusluku\ on\ +II$
$\left(H_2O:ssa\ vedyllä\ +I\ ja\ hapella\ -II\right)$

$\begin{array}{l|l} &&&muutos&pyj&\ker roin\\ \hline S&-II\rightarrow0&hapettuu&2&6&\frac{6}{2}=3\\ N&+V\rightarrow+II&pelkistyy&3&6&\frac{6}{3}=2 \end{array}$

$2HNO_3\left(aq\right)+3H_2S\ \left(s\right)\ \rightarrow\ 3S\left(s\right)+2NO\left(g\right)+4H_2O\ \left(l\right)$

Kotitehtävät: 83 ja 86a,b