Was ist ein Oxidationsmittel?

Oxidation: Elektronen verlieren, Oxidationsmittel / Oxidationsmittel: eine Chemikalie, die ein anderes Reagenz oxidieren kann. Reduktion: Elektronen gewinnen – stellen Sie sich das als Reduktion der Ladung vor! Reduktionsmittel: Eine Chemikalie, die ein anderes Reagenz reduzieren kann.

Und Oxidation kann niemals ohne Reduktion auftreten Dies bedeutet, wenn Sie ein Oxidationsmittel verwenden, um eine Substanz zu oxidieren, wenn das Oxidationsmittel wiederum selbst reduziert wird. Es gewinnt die Elektronen der oxidierten Substanz.

Um zu beschreiben, wie gut eine Substanz als Oxidationsmittel funktioniert, verwenden wir Reduktionspotentiale , gemessen in Volt! Eine Substanz mit einem großen positiven Reduktionspotential ist leicht zu reduzieren, was wiederum bedeutet, dass sie ein gutes Oxidationsmittel ist. Wenn ein Stoff ein großes negatives Reduktionspotential aufweist, bedeutet dies ebenfalls, dass es schwierig ist, diesen Stoff zu reduzieren. Dies liegt daran, dass es gut darin ist, andere Substanzen selbst zu reduzieren – es ist ein Reduktionsmittel.

Um herauszufinden, ob eine Redoxreaktion spontan ist (wenn sie möglicherweise von selbst ablaufen kann), verwenden wir die Standardreduktion Potentiale, $ E_0 $ . Dies gilt für Konzentrationen von 1 M und eine Temperatur von 25 Grad Celsius. Sie schlagen diese in Ihrem Lehrbuch oder online nach.

Ein Beispiel: Ist die folgende Reaktion spontan? $$ \ ce {Cu ^ {2 +} (aq) + 2Ag (s) – > Cu (s) + 2Ag + (aq)} $$

Um dies herauszufinden, finden wir zuerst die Standardreduktionspotentiale für jede teilnehmende Spezies:

$ \ ce {Cu ^ {2 +} (aq) + 2e- – > Cu (s)}, E_0 = + 0,34 V $

$ \ ce {Ag ^ {+} (aq) + e – > Ag (s)}, E_0 = + 0,80 V $

Dies beschreibt, wie stark sie reduziert werden sollen (GAIN-Elektronen). Das Silberion will es am meisten! Beachten Sie jedoch, dass wir in unserer Reaktion darum bitten, Elektronen zu verlieren (oxidiert zu werden). DAHER: Nein, die Reaktion ist unter den oben genannten Standardbedingungen nicht spontan. Die REVERSE-Reaktion ist jedoch spontan. Um das Potenzial für unsere zu berechnen Reaktion sagen wir einfach:

$$ E_0 = (+ 0,34 V) – (+ 0,80 V) = -0,46 V $$

Das Reduktionspotential für die gewünschte Substanz Elektronen zu gewinnen (reduziert), abzüglich des Potentials für die Substanz, die wir Elektronen verlieren wollen (oxidiert werden). Die Tatsache, dass das Ergebnis negativ ist, sagt uns, dass die Reaktion nicht ablaufen wird – und dass sie tatsächlich in der ablaufen wird OPPOSITE-Richtung.

Beachten Sie, dass diese Reduktionspotentiale nicht ohne Grund die Einheit Volt erhalten! Es handelt sich um echte elektrische Potentiale. Sie können sich elektrische Potentiale als „Elektronendrücke“ vorstellen. Der Pol mit dem höchsten Elektron Der Druck wird (-) sein, weil die Elektronen negativ geladen sind, und der andere wird (+) relativ dazu sein.

Denken Sie daran dass das Reduktionspotential (die Bereitschaft, Elektronen aufzunehmen) für das Silberion höher ist als das des Kupferions. Silber möchte mehr Elektronen aufnehmen als Kupfer, was bedeutet, dass Elektronen vom Kupfer zum Silber wandern. man könnte genauso gut sagen, dass das Kupfer seine Elektronen mehr loswerden will als das Silber – Kupfer hat den höheren Elektronendruck.

Was ist mit Elektronegativität? Die Elektronegativität korreliert tatsächlich etwas mit den Reduktionspotentialen, zumindest für einfache Reaktionen mit reinen Elementen. Und Sie können sehen, dass Ag tatsächlich eine höhere Elektronegativität als Cu hat, was Sinn macht. Die Elektronegativität berücksichtigt nicht die Oxidationsstufen verschiedener Spezies usw., und es wird schnell zu einer besseren Idee, die Elektronegativität beim Umgang mit Redoxreaktionen einfach aus dem Bild zu lassen.

Brians Antwort ist sehr gut und gründlich, aber es gibt eine ziemlich wichtige empirische Tatsache, die Sie bei Reduktionspotentialen berücksichtigen müssen. Während die Differenz der $ \ ce {E_0} $ -Werte Ihnen sagen kann, ob eine Reaktion auftreten kann, kann sie Ihnen nicht sagen, ob eine Reaktion auftreten wird. Es gibt andere Faktoren wie Reaktionsgeschwindigkeit und Aktivierungsenergie, die die Werte von $ \ ce {E_0} $ beeinflussen können.

Es gibt zwei großartige CHEM-Studienvideos, die diese Punkte demonstrieren. Das erste, Brom: Element aus dem Meer , zeigt ein Verfahren zur Oxidation von Bromidionen in Meerwasser zu elementarem Brom. Gegen 9:30 Uhr diskutieren sie, nach $ \ ce {E_0} $ -Werten zu suchen, um ein Oxidationsmittel für Brom zu finden. Sie versuchen zuerst Sauerstoff, was auf eine spontane Reaktion von $ \ ce {E_0} $ hinweist, aber tatsächlich tritt die Reaktion nicht auf, wahrscheinlich weil die Geschwindigkeit zu langsam ist. Dann versuchen sie es mit Chlor, das das Brom oxidiert. In diesem Beispiel ist der Unterschied zwischen $ \ ce {E_0} $ -Werten zwischen $ \ ce {Br_2} $ und $ \ ce {Cl_2} $ höher als zwischen $ \ ce {Br_2} $ und $ \ ce {O_2} $ Sie könnten also vernünftigerweise den Schluss ziehen, dass ein höherer Unterschied in den $ \ ce {E_0} $ -Werten eine schnellere Reaktion anzeigt.

Leider steckt mehr dahinter, wie das zweite Video zeigt. Das CHEM-Studienvideo zu Salpetersäure zeigt, dass Salpetersäure – $ \ ce {HNO_3} $ – aufgrund von Stickstoff als starkes Oxidationsmittel verwendet werden kann im Status $ \ ce {+5} $. Gegen 10:30 Uhr diskutieren sie die potenziellen Reduktionsprodukte, die aus Salpetersäure (meistens Stickstoff-Sauerstoff-Gasen) hergestellt werden können, indem sie die $ \ ce {E_0} $ -Werte konsultieren. Das höchste Potenzial besteht für Stickstoffgas, $ \ ce {N_2} $. Wenn jedoch ein Experiment zur Oxidation von Metallen durchgeführt wird, ist giftiges Stickstoffdioxid $ \ ce {(NO_2)} $ das Produkt, nicht $ \ ce {N_2} $, obwohl $ \ ce {NO_2} $ ein kleineres $ \ ce hat {E_0} $ Wert. Die Antwort ist, dass die Reduktion auf $ \ ce {N_2} $ eine höhere Aktivierungsenergie erfordert, und bei Raumtemperatur tritt diese Reaktion meist nicht auf, aber die Reduktion auf $ \ ce {NO_2} $ dominiert. Diese Möglichkeit nicht zu erkennen, könnte buchstäblich der Unterschied zwischen Leben $ \ ce {(N_2)} $ und Tod $ \ ce {(NO_2)} $ sein!

Wie immer in der Wissenschaft ist das Experimentieren die ultimative Determinante von was funktioniert. Theorien wie Reduktionspotentiale helfen zu bestimmen, was funktionieren könnte , aber es ist nur der Anfang des Prozesses.

Kommentare

• In der Tat wichtig 🙂

Jeder elektronenziehende Reaktant ist ein Oxidationsmittel, ob in Gas oder flüssige Phase (auch fest). Sie werden dies einfach genannt, weil sie wie Sauerstoff wirken, wobei Sauerstoff das häufigste Oxidationsmittel auf der Erde ist.