5,1 Χαρακτηριστικά οξειδωτικών και αναγωγικών σωμάτων

5.2 Συμπλήρωση ημιαντίδρασης οξείδωσης αναγωγικού σώματος

5.3 Ημιαντιδράσεις στις κατηγορίες των αναγωγικών σωμάτων

5.4 Συμπλήρωση ημιαντίδρασης αναγωγής οξειδωτικού σώματος

5.5 Ημιαντιδράσεις στις κατηγορίες των οξειδωτικών σωμάτων

5.6 Συμπλήρωση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής με τη μέθοδο των ημιαντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής

5.7 Εισαγωγή στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις

 

Εισαγωγή στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις

Τα φαινόμενα της οξείδωσης και της αναγωγής έχουν πολύ μεγάλο ενδιαφέρον γιατί συμβαίνουν σε πολλές σημαντικές διεργασίες με μεγάλη σημασία για τη ζωή του ανθρώπου.

Στη βιολογία η αναπνοή των αερόβιων οργανισμών, η φωτοσύνθεση, η δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου από τις ρίζες των ψυχανθών και η μετατροπή του σε παράγωγα της αμμωνίας, οι καύσεις είναι μερικά παραδείγματα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής με μεγάλο και ουσιαστικό ενδιαφέρον για τη ζωή.
Επίσης οι διάφορες μεταλλουργικές διεργασίες, η διάβρωση των μετάλλων, οι μπαταρίες βασίζονται σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο μεγαλύτερος αριθμός χημικών αντιδράσεων είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
Κοινό γνώρισμα όλων αυτών των αντιδράσεων είναι η μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ των αντιδρώντων σωμάτων και επομένως η μεταβολή του αριθμού οξείδωσης ορισμένων από τα στοιχεία που συμμετέχουν στις αντιδράσεις αυτές

1.2 Τι είναι ο αριθμός οξείδωσης

Αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος σε μια ετεροπολική ένωση ονομάζουμε το πραγματικό φορτίο του ιόντος, ενώ ενός ατόμου σε μια ομοιοπολική ένωση ονομάζουμε το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο όταν το κοινό ή τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο της ένωσης.
Οι πιο συνηθισμένοι αριθμοί οξείδωσης στοιχείων στις ενώσεις είναι οι εξής:

 

Για την εύρεση των αριθμών οξείδωσης στοιχείων σε ενώσεις ακολουθούμε τους παρακάτω κανόνες:

1. Κάθε στοιχείο σε ελεύθερη κατάσταση έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με το μηδέν.
2. Το Η στις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με +1, εκτός από τις ενώσεις του με τα μέταλλα (υδρίδια) που έχει -1.
3. Το F στις ενώσεις του έχει πάντοτε αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με -1
4. Το Ο στις ενώσεις του έχει αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) ίσο με -2, εκτός από τα υπεροξείδια στα οποία έχει -1, καθώς και την ένωση OF2 (οξείδιο του φθορίου), στην οποία έχει +2.
5. Τα αλκάλια, όπως Κ, Na, έχουν πάντοτε αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) +1 και οι αλκαλικές γαίες, όπως Ba, Ca, έχουν πάντοτε αριθμό οξείδωσης (Α.Ο) +2.
6. Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης (Α.Ο) όλων των ατόμων σε μία ένωση είναι ίσο με το μηδέν.
7. Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης (Α.Ο) όλων των ατόμων σε ένα πολυατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του πολυατομικού ιόντος.

Παράδειγμα 1:
Να υπολογιστούν οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων στις παρακάτω ενώσεις:
α) του S στο Na₂SO₄
β) του Ν στο KNO₃
γ) του P στο H₃PO₄

α) Οι αριθμοί οξείδωσης για το Na είναι +1 και για το Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:
2(+1) +X +4(-2) = 0 άρα X = +6

β) Οι αριθμοί οξείδωσης για το Κ είναι +1 και για το Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:
(+1) +Χ + 3(-2) = 0 άρα Χ = +5

γ) Οι αριθμοί οξείδωσης για το Η είναι +1 και για το Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:
3(+1) +X +4(-2) = 0 άρα X= +5

Παράδειγμα 2:
Να υπολογιστούν οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων στα παρακάτω ιόντα:
α) του Cr στο διχρωμικό ιόν, Cr₂O₇ ^2-
β) του S στο θειώδες ιόν, SO₃ ^2-
γ) του Ν στο αμμώνιο, ΝΗ₄ ⁺

α) Ο αριθμός οξείδωσης του Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:
2Χ + 7(-2) = -2 άρα Χ = +6

β) Ο αριθμός οξείδωσης του Ο είναι -2, άρα θα έχουμε:
X + 3(-2) = -2 άρα X = +4

γ) Ο αριθμός οξείδωσης του Η είναι +1, άρα θα έχουμε:
Χ + 4(+1) = +1 άρα Χ = -3

1.3 Τι είναι η οξείδωση και τι η αναγωγή

1) Πριν γίνει γνωστή η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων δόθηκαν οι εξής ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή:

Οξείδωση είναι η ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή η αφαίρεση υδρογόνου από μία ένωση

Παράδειγμα:
O C οξειδώνεται προς CO₂ σύμφωνα με την αντίδραση:
C + O₂ → CO₂
To HCl οξειδώνεται προς Cl2 σύμφωνα με την αντίδραση:
4HCl + O₂ → 2Cl₂ + 2H₂O

Αναγωγή είναι η ένωση ενός στοιχείου με το υδρογόνο ή η αφαίρεση οξυγόνου από μία ένωση

Παράδειγμα:
Το Ι2 ανάγεται σε ΗΙ σύμφωνα με την αντίδραση:
Ι₂ + Η₂ → 2ΗΙ
Το ZnO ανάγεται σε Zn σύμφωνα με την αντίδραση:
ZnO + C → Zn + CO

2) Μετά από την εύρεση της ηλεκτρονιακής θεωρίας  και την κατανόηση των χημικών δεσμών δόθηκαν οι εξής ορισμοί για την οξείδωση και την αναγωγή:

Οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων

Αναγωγή είναι η πρόσληψη ηλεκτρονίων

Παράδειγμα:
Στην περίπτωση της οξειδοαναγωγικής αντίδρασης:  Zn + ½O₂ → ZnO , ο  Zn οξειδώνεται αποβάλλοντας e- , ενώ το Ο ανάγεται προσλαμβάνοντας e-.

Κάθε άτομο Zn αποβάλλει 2e- από την εξωτερική του στιβάδα και μετατρέπεται σε ιόν ψευδαργύρου Zn2+. Αυτή η μετατροπή αποδίδεται από τη χημική εξίσωση που ονομάζεται και ημιαντίδραση οξείδωσης:
Zn → Zn ²⁺ + 2e-
Τα 2e- που αποβλήθηκαν από το άτομο του Zn προσλήφθηκαν από το άτομο του οξυγόνου Ο σύμφωνα με τη χημική εξίσωση που ονομάζεται και ημιαντίδραση αναγωγής:
½O₂ + 2e- → O ^2-

Γίνεται λοιπόν φανερό ότι μία ημιαντίδραση οξείδωσης (αποβολή e-), δεν μπορεί να συμβαίνει ξεχωριστά από μία ημιαντίδραση αναγωγής  (πρόσληψη e-). Αυτό συμβαίνει γιατί τα e- που χάνει ένα στοιχείο ή μία ένωση πρέπει να τα προσλαμβάνει ένα άλλο στοιχείο ή μία ένωση. Άρα δεν μπορούμε να διαχωρίσουμε το φαινόμενο της οξείδωσης από αυτό της αναγωγής γι’ αυτό και χρησιμοποιούμε τον όρο φαινόμενο οξειδοαναγωγής.

 Η χημική εξίσωση που περιγράφει αυτό το φαινόμενο της οξειδοαναγωγής προκύπτει από την πρόσθεση των δύο ημιαντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής ως εξής:

Ημιαντίδραση οξείδωσης:                        Zn → Zn ²⁺ + 2e-

Ημιαντίδραση αναγωγής:                         ½O₂ + 2e- → O ^2-

Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση    Zn + ½O₂ → Ζn ²⁺ + O ^2-

Τελική οξειδοαναγωγική αντίδραση         Zn + ½O₂ → ZnO

3) Ο ορισμός της οξείδωσης και της αναγωγής με την ηλετρονική θεωρία αποδεικνύεται ανεπαρκής για την περίπτωση των ομοιοπολικών ενώσεων στις οποίες δεν υπάρχει αποβολή-πρόσληψη ηλεκτρονίων αλλά αμοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων. Έτσι ορίστηκε ο αριθμός οξείδωσης με τη βοήθεια του οποίου δόθηκε ο σύγχρονος πλέον ορισμός για το τι είναι οξείδωση και τι αναγωγή.
Στην παραπάνω οξειδοαναγωγική αντίδραση για παράδειγμα, μπορούμε  να διαπιστώσουμε  τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης των στοιχείων Zn και O. Ο Zn οξειδώνεται χάνοντας 2e- με αποτέλεσμα την αύξηση του αριθμού οξείδωσής του από 0 σε +2, ενώ το Ο ανάγεται προσλαμβάνοντας 2 e- με αποτέλεσμα τη μείωση του αριθμού οξείδωσής του από 0 σε -2.

 Άρα:

Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης (Α.Ο)

Αναγωγή είναι η μείωση του αριθμού οξείδωσης (Α.Ο)

Συμπερασματικά:

 

 Χαρακτηριστικά οξειδωτικών και αναγωγικών σωμάτων

Ένα σώμα (στοιχείο, χημική ένωση ή ιόν) λέγεται οξειδωτικό όταν προκαλεί οξείδωση ενώ το ίδιο ανάγεται. Τα οξειδωτικά σώματα περιέχουν άτομα που μπορούν να αναχθούν δηλαδή να μειώσουν τον αριθμό οξείδωσής τους.

Ένα σώμα (στοιχείο, χημική ένωση ή ιόν) λέγεται αναγωγικό όταν προκαλεί αναγωγή ενώ το ίδιο οξειδώνεται. Τα αναγωγικά σώματα περιέχουν άτομα που μπορούν να οξειδωθούν δηλαδή να αυξήσουν τον αριθμό οξείδωσής τους.

Παράδειγμα:
Στην αντίδραση:           Ag+  + Fe ²⁺ → Ag + Fe ³⁺

Ο Ag+ χαρακτηρίζεται ως οξειδωτικό σώμα γιατί προκαλεί την οξείδωση του Fe2+ σε Fe3+ (αύξηση του αριθμού οξείδωσης από +2 σε +3) , ενώ ο ίδιος ανάγεται σε Ag (μείωση του αριθμού οξείδωσης από +1 σε 0).

Ο Fe2+ χαρακτηρίζεται ως αναγωγικό σώμα γιατί προκαλεί αναγωγή του Ag+ σε Ag (μείωση του αριθμού οξείδωσης από +1 σε 0), ενώ ο ίδιος οξειδώνεται σε Fe3+ (αύξηση του αριθμού οξείδωσης από +2 σε +3).

Τόσο τα οξειδωτικά όσο και τα αναγωγικά σώματα εμφανίζονται σε ζεύγη οξειδωμένης / αναγμένης μορφής.

Παράδειγμα:
Ag+ / Ag  οξειδωμένη μορφή 1 / αναγμένη μορφή 1

Fe2+ / Fe3+ αναγμένη μορφή 2 / οξειδωμένη μορφή 2

Το οξειδωτικό σώμα βρίσκεται με την οξειδωμένη μορφή και μετατρέπεται στην αναγμένη του μορφή.

Αντίστοιχα το αναγωγικό σώμα βρίσκεται με την αναγμένη μορφή και μετατρέπεται στην οξειδωμένη του μορφή.

Όσο ισχυρότερο είναι το οξειδωτικό σώμα, τόσο ασθενέστερη είναι η αναγμένη μορφή στην οποία μετατρέπεται. Επίσης όσο ισχυρότερο είναι το αναγωγικό σώμα, τόσο ασθενέστερη είναι η οξειδωμένη μορφή στην οποία μετατρέπεται.

Αυτά μπορούν να απεικονιστούν στο γενικό σχήμα:

Οξειδωτικό 1     +     Αναγωγικό 2    →   Αναγωγικό 1    +   Οξειδωτικό 2
        Ag ⁺            +    Fe ²⁺         →          Ag        +          Fe ³⁺

 Οξειδωτικό σώμα 1: Προκαλεί οξείδωση - Το ίδιο ανάγεται - Προσλαμβάνει e- - Μειώνεται ο Α.Ο - Βρίσκεται με την οξειδωμένη του μορφή - Ισχυρή οξειδωμένη μορφή 1 

Αναγωγικό σώμα 2: Προκαλεί αναγωγή - Το ίδιο οξειδώνεται – Αποβάλλει e- - Αυξάνεται ο Α.Ο - Βρίσκεται με την αναγμένη του μορφή – Ισχυρή αναγμένη μορφή 2

Αναγωγικό 1: Ασθενής αναγμένη μορφή 1

Οξειδωτικό 2: Ασθενής οξειδωμένη μορφή 2

Ένα οξειδωτικό σώμα είναι τόσο ισχυρότερο, όσο μεγαλύτερη τάση έχει για πρόσληψη ηλεκτρονίων, ενώ ένα αναγωγικό είναι τόσο ισχυρότερο, όσο μεγαλύτερη τάση έχει για απόδοση ηλεκτρονίων.

Τα οξειδωτικά σώματα περιέχουν κατά κανόνα, στοιχείο με σχετικά μεγάλο αριθμό οξείδωσης, ενώ τα αναγωγικά περιέχουν στοιχείο με σχετικά μικρό αριθμό οξείδωσης.

Μια ουσία που περιέχει στοιχείο με ενδιάμεσο αριθμό οξείδωσης μπορεί να συμπεριφέρεται είτε σαν αναγωγικό (παρουσία ισχυρότερου οξειδωτικού) είτε σαν οξειδωτικό (παρουσία ισχυρότερου αναγωγικού)

Η οξειδωτική και αναγωγική  ισχύς των οξειδωτικών και αναγωγικών σωμάτων εκφράζεται με το κανονικό δυναμικό οξειδοαναγωγής των ημιστοιχείων των οξειδοαναγωγικών ζευγών και μετριέται με μεγάλη ακρίβεια πειραματικά.

Παράδειγμα:
Ποιο από τα παρακάτω σώματα είναι οξειδωτικό και ποιο αναγωγικό;
HNO₃ , NO₂ , NO , NH₃ , N₂

Στο ΗΝΟ₃ το Ν έχει το μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης και άρα μπορεί να δράσει μόνο σαν οξειδωτικό σώμα δηλαδή να προκαλέσει οξείδωση και το ίδιο να αναχθεί κατεβαίνοντας τη σκάλα οξειδοαναγωγής.
Στην ΝΗ₃ το Ν έχει το μικρότερο αριθμό οξείδωσης και άρα μπορεί να δράσει μόνο σαν αναγωγικό σώμα δηλαδή να προκαλέσει αναγωγή και το ίδιο να οξειδωθεί ανεβαίνοντας τη σκάλα οξειδοαναγωγής.
Το ΝΟ  το ΝΟ₂  και το Ν₂ μπορούν να δράσουν και σαν οξειδωτικά και σαν αναγωγικά.

 

Τα κυριότερα οξειδωτικά και αναγωγικά σώματα βρίσκονται στους παρακάτω πίνακες:

Πίνακας 1:

 

 

Πίνακας 2:

5.2 Συμπλήρωση ημιαντίδρασης οξείδωσης αναγωγικού σώματος

Τόσο στα ηλεκτρολυτικά όσο και στα γαλβανικά στοιχεία η ημιαντίδραση οξείδωσης πραγματοποιείται στο ηλεκτρόδιο της ανόδου. Για τη συμπλήρωση μιας τέτοιας ημιαντίδρασης ακολουθούμε τα εξής βήματα:

• Γράφουμε στα αντιδρώντα το αναγωγικό σώμα και στα προϊόντα το σώμα που παράγεται από την οξείδωση.
• Ισοσταθμίζουμε τα άτομα του στοιχείου που παρουσιάζει τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης.
• Βρίσκουμε τη συνολική μεταβολή του αριθμού οξείδωσης (εδώ αύξηση).
• Προσθέτουμε στα προϊόντα τόσα ηλεκτρόνια e-, όση είναι η συνολική μεταβολή του αριθμού οξείδωσης.
• Προσθέτουμε στα προϊόντα τόσα υδρογονοκατιόντα Η+ όσα χρειάζονται ώστε να πετύχουμε ισοδυναμία φορτίων πρώτου-δεύτερου μέλους.
• Προσθέτουμε κατάλληλο αριθμό μορίων νερού, όπου χρειάζεται, ώστε να πετύχουμε ισοδυναμία μάζας πρώτου-δεύτερου μέλους.

Παράδειγμα 1:
Να γραφεί η ημιαντίδραση οξείδωσης των SO₃2- η οποία εκφράζει την αναγωγική δράση του Νa₂SO₃ σε όξινο περιβάλλον.

•           SO₃ ^2-                         →      SO₄ ^2-
•           Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 2
•           SO₃ ^2-                         →      SO₄ ^2- + 2e-
•        SO₃ ^2-                         →      SO₄ ^2- + 2e- + 2H⁺
•           SO₃ ^2-      +  H2O        →      SO₄ ^2- + 2e- + 2H⁺

Παράδειγμα 2:
Να γραφεί η ημιαντίδραση οξείδωσης του οξυγόνου η οποία εκφράζει την αναγωγική δράση του Η2Ο2 σε όξινο περιβάλλον.

•           Η₂Ο₂ → Ο₂
•           Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 2
•           Η₂Ο₂ → Ο₂ + 2e-
•           Η₂Ο₂ → Ο₂ + 2e- + 2H⁺

Παράδειγμα 3:
Να γραφεί η ημιαντίδραση οξείδωσης του S η οποία εκφράζει την αναγωγική δράση του Η₂S σε όξινο περιβάλλον.

•      Η₂S  → S
•      Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 2
•      Η₂S  → S + 2e-
•      Η₂S  → S + 2e- + 2H⁺

Παρατήρηση:
Η συμπλήρωση της ημιαντίδρασης σε βασικό περιβάλλον γίνεται με παρόμοια διαδικασία μ’ αυτή που εφαρμόστηκε για τη συμπλήρωση ημιαντιδράσεων σε όξινο περιβάλλον με τη διαφορά ότι η ισοστάθμιση φορτίων πρώτου-δεύτερου μέλους γίνεται με την προσθήκη ΟΗ- όπου χρειάζεται:

Παράδειγμα:
Να συμπληρωθεί η ημιαντίδραση οξείδωσης του Cl₂ προς ClO₃- σε βασικό περιβάλλον.

•      Cl₂               →      ClO₃^-
•      Cl₂               →      2ClO₃^-
•      Συνολική μεταβολή Α.Ο. = 10
•      Cl₂               →      2ClO₃^- + 10e-
•      Cl₂ + 12OH- →      2ClO₃^- + 10e-
•      Cl₂ + 12OH- →      2ClO₃^- + 10e- + 6H₂O

 

5.3 Ημιαντιδράσεις στις κατηγορίες των αναγωγικών σωμάτων

1. Στοιχεία:
Μ ⁰ → ΜΧ+ (+x) + xe- , π.χ.   Zn (0) → Zn2+ (+2) + 2e-
H2⁰ → 2H+ (+1) + 2e-

2. Οξείδια:
Η2Ο2 (-1) →Ο2⁰ + 2Η+ + 2e-
SO2 + 2H₂O → SO₄ ^2- + 4H⁺ + 2e-

3. Οξέα:
Η₂S ^(-2) → S ⁽⁰⁾ + 2H+ + 2e-
2HX ^(-1) → X₂ ⁽⁰⁾ + 2H+ + 2e-  όπου Χ: Cl, Br, I
Η₂S⁽⁺⁴⁾O₃ + H₂O → H₂S⁽⁺⁶⁾O₄ + 2H+ + 2e-
H₃P⁽⁺³⁾O₃ + H₂O → H₃P⁽⁺⁵⁾O₄ + 2H+ + 2e-

4. Βάσεις
2NH₃ → N₂⁽⁰⁾ + 6H⁺ + 6e-

5. Άλατα
NaX:              2X- → X₂ (0) + 2e-  (X = Cl, Br, I )
Na₂S:            S2- +4H₂O → 8H⁺ + S⁽⁺⁶⁾O₄ ^2- + 8e-
Na₂SO₃:        S⁽⁺⁴⁾O₃ ^2-       +  H₂O        →      S⁽⁺⁶⁾O₄ ^2- + 2e- + 2H⁺
FeCl₂:            Fe ²⁺ → Fe ³⁺ +e-
SnCl₂:           Sn ²⁺ → Sn ⁴⁺ + 2e-

 

 

5.4 Ημιαντιδράσεις στις κατηγορίες των οξειδωτικών σωμάτων

1. Στοιχεία:
Χ₂⁽⁰⁾  + 2e- → 2X^-  ( X = F, Cl, Br, I )
O₂⁽⁰⁾ + 4e- → 2O ^2-
O₃⁽⁰⁾ + 2e- → O₂ + O ^2-

2. Οξείδια:
H₂O₂^(-1) + 2H⁺ + 2e- → 2H2O^(-2)
Mn⁽⁺⁴⁾O₂ + 4H⁺ + 2e- → Mn 2+ + 2H₂O
S⁽⁺⁴⁾O₂ + 4H⁺ + 2e- → S⁽⁰⁾ + 2H₂O

3. Οξέα:
Πυκνό ΗΝΟ₃ :     N⁽⁺⁵⁾O₃^- + 2H⁺ + e- → N⁽⁺⁴⁾O₂ + H₂O
Αραιό  ΗΝΟ₃ :     N⁽⁺⁵⁾O₃^- + 4H⁺ + 3e- → N⁽⁺²⁾O + 2H₂O
Πυκνό Η₂SO₄ :    S⁽⁺⁶⁾O₄ ^2- + 4H⁺ + 2e- → S⁽⁺⁴⁾O₂ + 2H₂O

4. Άλατα:
KMnO₄ :       Mn⁽⁺⁷⁾O₄ + 8H⁺ + 5e- → Mn ⁺² + 4H₂O
K₂Cr₂O₇ :    Cr₂⁽⁺⁶⁾O₇2- + 14H⁺ + 6e- → 2Cr ³⁺ + 7H₂O
NaClO :        Cl⁽⁺¹)O- + 2H⁺ + 2e- → Cl^- + H₂O
NaClO₃ :       Cl⁽⁺⁵⁾O₃- + 6H⁺ + 6e- → Cl^- + 3H₂O
NaClO₄ :       Cl⁽⁺⁷⁾O₄- + 8H⁺ + 8e- → Cl^- + 4H₂O
CaOCl₂ :       OCl⁽⁰⁾₂-2 + 2H⁺ + 2e- → 2Cl^- + H₂O
FeCl₃ :          Fe ³⁺ + e- → Fe ²⁺
SnCl₄ :          Sn ⁴⁺ + 2e- → Sn ²⁺

Παρατήρηση:

Όταν το οξειδωτικό ή το αναγωγικό σώμα είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης, γράφεται με την πραγματική μορφή που βρίσκεται στο διάλυμα, δηλαδή με τη μορφή ιόντων. Ένα απ’ αυτά αποτελεί το δραστικό ιόν με το οποίο και εκφράζεται η οξειδωτική ή αναγωγική δράση του ηλεκτρολύτη.
Πιο απ’ αυτά θα αποτελέσει το δραστικό ιόν εξαρτάται από την οξειδωτική και αναγωγική ισχύ των ημιστοιχείων των αντίστοιχων οξειδοαναγωγικών ζευγών τους.
Διάφορα οξειδοαναγωγικά ζεύγη με βάση την οξειδωτική και αναγωγική τους ισχύ φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.
Η κατάταξη αυτή έγινε με βάση τις τιμές των κανονικών δυναμικών οξειδοαναγωγής των ημιστοιχείων των οξειδοαναγωγικών ζευγών.

Παράδειγμα 1:
Στην περίπτωση που ο ηλεκτρολύτης είναι το KMnO4 , μέσα στο διάλυμα εμφανίζονται τα ιόντα του δηλαδή Κ+  και  ΜnO4-. Ποιο από τα δύο ιόντα όμως είναι το δραστικό ιόν που θα υποστεί την αναγωγή εκφράζοντας την οξειδωτική ισχύ του ΚΜnO4; Κοιτάζοντας τον πίνακα με τη σειρά οξειδωτικής ισχύος των οξειδοαναγωγικών ζευγών, παρατηρούμε ότι η ημιαντίδραση αναγωγής του οξειδοαναγωγικού ζεύγους MnO4- / Mn2+:

(MnO₄^- + 5e- + 8H⁺→ Mn²⁺ + 4H₂O )

είναι πιο μπροστά στην κλίμακα της οξειδωτικής ισχύος απ’ ότι η ημιαντίδραση αναγωγής του οξειδοαναγωγικού ζεύγους Κ / Κ+:

( Κ+ + e- → K )

πράγμα που σημαίνει ότι το ιόν του MnO4- είναι πιο ισχυρό οξειδωτικό απ’ ότι το Κ+ και άρα αυτό θα υποστεί την αναγωγή.

Πίνακας 3:
Οξειδοαναγωγικά ζεύγη με βάση την οξειδωτική τους ισχύ

 

Συμπλήρωση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής με τη μέθοδο των ημιαντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής

Κάθε οξειδοαναγωγική αντίδραση είναι ουσιαστικό το αποτέλεσμα πρόσθεσης των δύο ημιαντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής από τις οποίες αποτελείται.
Στην ημιαντίδραση οξείδωσης απελευθερώνονται ηλεκτρόνια τα οποία στη συνέχεια καταναλώνονται στην ημιαντίδραση αναγωγής. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνει το αναγωγικό σώμα στην ημιαντίδραση της οξείδωσης είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που προσλαμβάνει το οξειδωτικό σώμα στην ημιαντίδραση της αναγωγής.
Για να συμπληρώσουμε μια οξειδοαναγωγική αντίδραση με τη μέθοδο των ημιαντιδράσεων ακολουθούμε τα εξής βήματα:

• Γράφουμε τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής.
• Εάν ο αριθμός ηλεκτρονίων δεν είναι ίδιος στις δύο ημιαντιδράσεις, η μία ημιαντίδραση ή και οι δύο ημιαντιδράσεις πρέπει να πολλαπλασιαστούν μ’ έναν κατάλληλο συντελεστή, έτσι ώστε ο αριθμός των ηλεκτρονίων να είναι ίδιος και στις δύο ημιαντιδράσεις ώστε να διαγράφονται τα ηλεκτρόνια όταν οι ημιαντιδράσεις προστεθούν.
• Προσθέτουμε τις δύο ημιαντιδράσεις οπότε απλοποιούνται τα ηλεκτρόνια και προκύπτει η συνολική αντίδραση.

Παράδειγμα 1:
Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης οξείδωσης του SO₂ από Cr₂O₇ ^2- σε όξινο περιβάλλον.

Βήμα 1. Βρίσκουμε πρώτα τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής:

Ημιαντίδραση οξείδωσης:        SO₂             → H₂SO₄
Συνολική μεταβολή Α.Ο = 2
SO₂             → H₂SO₄ + 2e-
SO₂             → H₂SO₄ + 2e- + 2H+
SO₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2e- + 2H+

Ημιαντίδραση αναγωγής:         Cr₂O₇ ^2-        →      2Cr3+
Συνολική μεταβολή Α.Ο =2·3 = 6
Cr₂O₇ ^2-  + 6e-                 →      2Cr ³⁺
Cr₂O₇ ^2-  + 6e- + 14H⁺     →      2Cr ³⁺
Cr₂O₇ ^2-  + 6e- + 14H⁺ → 2Cr ³⁺+7H₂O

Βήμα 2. Πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση οξείδωσης επί 3 ώστε να εξισωθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις δύο ημιαντιδράσεις:

Ημιαντίδραση οξείδωσης X 3:           3SO₂ + 6H₂O → 3H₂SO₄ + 6e- + 6H⁺

Βήμα 3. Προσθέτουμε κατά μέλη τις δύο ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ώστε να προκύψει η συνολική αντίδραση:

Ημιαντίδραση οξείδωσης:        3SO₂ + 6H₂O → 3H₂SO₄ + 6e- + 6H⁺

Ημιαντίδραση αναγωγής:         Cr₂O₇ ^2-  + 6e- + 14H⁺ → 2Cr ³⁺+7H₂O

Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση:
3SO₂ + Cr₂O₇ ^2- + 8H⁺ → 3H₂SO₄ + 2Cr ³⁺ + H₂O

Παράδειγμα 2:
Να γραφεί η αντίδραση της οξείδωσης των ιόντων Fe ²⁺ από MnO₄^- σε όξινο περιβάλλον.

Βήμα 1. Βρίσκουμε πρώτα τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής:

Ημιαντίδραση οξείδωσης:        Fe ²⁺ → Fe ³⁺ + e-

Ημιαντίδραση αναγωγής:        MnO₄^- → Mn ²⁺
Συνολική μεταβολή Α.Ο  = 5
MnO₄^- + 5e-               →  Mn²⁺
MnO₄^-+ 5e- + 8H⁺    →  Mn²⁺
MnO₄^- + 5e- + 8H⁺  →  Mn²⁺  + 4H₂O

Βήμα 2. Πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση οξείδωσης επί 5 ώστε να εξισωθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις δύο ημιαντιδράσεις:

Ημιαντίδραση οξείδωσης X 5: 5Fe ²⁺ → 5Fe ³⁺ + 5e-

Βήμα 3. Προσθέτουμε κατά μέλη τις δύο ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ώστε να προκύψει η συνολική αντίδραση:

Ημιαντίδραση οξείδωσης:        5Fe ²⁺ → 5Fe ³⁺ + 5e-

Ημιαντίδραση αναγωγής:         MnO₄^- + 5e- + 8H⁺  →  Mn²⁺  + 4H₂O

Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση:
:        5Fe ²⁺  + MnO₄^- + 8H⁺ → 5Fe ³⁺ + Mn ²⁺ + 4H₂O

Παράδειγμα 3:
Με τη βοήθεια των ημιαντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής να συμπληρωθεί η εξίσωση της αντίδρασης:  K₂Cr₂O₇ + HBr → ………….

Βήμα 1. Βρίσκουμε πρώτα τις ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής:

Ημιαντίδραση οξείδωσης:        2Br^- → Br₂ + 2e-

Ημιαντίδραση αναγωγής:        Cr₂O₇ ^2- → 2Cr ³⁺
Συνολική μεταβολή Α.Ο =2·3 = 6
Cr₂O₇ ^2- + 6e-                →  2Cr ³⁺
Cr₂O₇ ^2-  + 6e- + 14H⁺   →  2Cr ³⁺
Cr₂O₇ ^2-  + 6e- + 14H⁺ 2Cr ³⁺  +7H₂O

Βήμα 2. Πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση οξείδωσης επί 3 ώστε να εξισωθεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις δύο ημιαντιδράσεις:

Ημιαντίδραση οξείδωσης X 3: 6Br^- → 3Br₂ + 6e-

Βήμα 3. Προσθέτουμε κατά μέλη τις δύο ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ώστε να προκύψει η συνολική αντίδραση:

Ημιαντίδραση οξείδωσης:        6Br^- → 3Br₂ + 6e-

Ημιαντίδραση αναγωγής:        Cr₂O₇ ^2-  + 6e- + 14H⁺ 2Cr ³⁺  +7H₂O

Συνολική οξειδοαναγωγική αντίδραση:
6Br^- +  Cr₂O₇ ^2-   + 14H⁺  → 3Br₂ + 2Cr ³⁺  +7H₂O

αρχη