2. Reacties met overdracht van elektronen Bepalen van het oxidatiegetal van een element Algemeen: Som van de oxidatiegetallen van al de aanwezige atomen is steeds gelijk aan de rechtsboven vermelde lading. ES: men leest het OG af uit de symbolische voorstelling SS: men berekent het OG Steeds geldt: O = -II H = +I F = -I elementen uit groep IA = +I elementen uit groep IIA = +II elementen uit groep IIIA = +III

Enkelvoudige stoffen (ES) = 1 symbool: Cl2 Cl- Na+ Al O2- S8 Ne OG: -I +I -II / Samengestelde stoffen (SS) = minstens 2 symbolen: SO42-  OG = -2  1.OG(S) + 4.OG(O) = -2 +VI -II 1.x + 4.(-II) = -2 x = + 6  OG = -1 HSO3-  1.OG(H) + 1.OG(S) + 3.OG(O) = -1 +I -II 1.(+I) + 1.x + 3.(-II) = -1 +IV x = + 4

De verbrandingsreactie De verbranding van aardgas Ca3(PO4)2  OG = 0  3.OG(Ca) + 2.OG(P) + 8.OG(O) = 0 +II -II 3.(+II) + 2.x + 8.(-II) = 0 +V 2.x = 10 x = + 5 De verbrandingsreactie De verbranding van aardgas In het dagelijks leven verwarmen veel gezinnen hun huis met de warmte die vrijkomt bij de verbranding van aardgas. De chemische formule van de hoofdcomponent in aardgas is .............. en wordt ....................... genoemd Bij de volledige verbranding van aardgas ontstaan .................................................. CH4 methaan koolstofdioxide (CO2) en water (H2O)

Het blauw kobaltdichloridepapiertje .... Waarnemingen Het blauw kobaltdichloridepapiertje .... Na toevoeging van kalkwater ontstaat in de erlenmeyer .... kleurt roze een neerslag Besluit en bijbehorende reactievergelijking Reactievergelijking voor de volledige verbranding van aardgas: CH4 + O2  2 CO2 + H2O 2 Voor elke verbrandingsreactie geldt: is een reactie van brandstof met zuurstofgas O2 telkens vorming van oxiden (MO of nMO) steeds vrijstelling van warmte-energie en lichtenergie

Vul aan: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O +IV -II +I -II OG: -IV +I daalt -II Reactievergelijking voor de volledige verbranding van methaan: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O +IV -II +I -II OG: -IV +I daalt -II Het OG van O. . . . . . . van . . . . . (in O2) naar . . . . . (in H2O). Men zegt dat zuurstof gereduceerd wordt of dat zuurstof de oxidator is. stijgt -IV +IV Het OG van C . . . . . . van . . . . . (in CH4) naar . . . . . (in CO2). Men zegt dat koolstof geoxideerd wordt of dat koolstof de reductor is. +I Het OG van H blijft ongewijzigd op . . . (in CH4 links en H2O rechts van de reactiepijl).

De verbranding van magnesium We verbranden een reepje grijs magnesiumlint en stellen vast dat: Het magnesiumlint brandt op met een fel wit licht Er blijft witte as over De verbranding gaat gepaard met een vlam/vuur Dit verbrandingsproces stellen we voor in volgende reactievergelijking: O neemt 2 elektronen op 2 Mg + O2  2 MgO OG: +II -II Mg geeft 2 elektronen af

2 Mg + O2  2 MgO OG: 0 0 +II -II Tijdens de verbrandingsreactie ............... het OG van Mg van 0 (in Mg) naar +II (in MgO). Men zegt dat magnesiummetaal geoxideerd wordt. Magnesium is de reductor. Tijdens de verbrandingsreactie ............... het OG van O van 0 (in O2) naar ‑II (in MgO). Men zegt dat zuurstof gereduceerd wordt. Zuurstof is de oxidator. stijgt daalt

Positief OG = tekort aan elektronen Negatief OG = teveel aan elektronen OXIDATIE OG stijgt REDUCTIE elektronen afgeven OG daalt wordt geoxideerd elektronen opnemen is reductor wordt gereduceerd is oxidator

 Verbranding van Mg = REDOXREACTIE De redoxreactie Definitie Mg wordt geoxideerd en gelijktijdig wordt O gereduceerd  Verbranding van Mg = REDOXREACTIE O wordt gereduceerd O neemt elektronen op O is een oxidator OG ↓ reductie 2 Mg + O2  2 MgO OG: +II -II Mg wordt geoxideerd Mg geeft elektronen af Mg is een reductor oxidatie OG ↑

Schrijven van de elektronenoverdracht bij reductie en oxidatie 1. 2. (+2e-) reductie 1. Aantal e- opgenomen/afgestaan 2. Rekening houden met index 2 Mg + O2  MgO 1 2 3. Elektronenbalans in orde brengen OG: 0 0 +II -II oxidatie 2. 1. (-2e-) Reductie = vermindering van OG O + 2e-  O2- Oxidatie = stijging van OG Mg - 2e-  Mg2+ 0 -II 0 +II In een zuurstofmolecule zitten 2 atomen: O + (2e-)  O2- In een magnesiummolecule zit 1 atoom: Mg - (2e-)  Mg2+ 2. 2. 2 1. 1. 1

Redoxreacties in het dagelijks leven Indeling van redoxreacties Analysereacties Zuivere stoffen kunnen onder invloed van energie ontbinden in 2 of meer andere stoffen met andere eigenschappen. AB  A + B Synthesereacties Twee of meer enkelvoudige zuivere stoffen verbinden tot een samengestelde zuivere stof met andere eigenschappen. (zie hoger) A + B  AB Substitutiereacties Een reactie tussen 2 samengestelde zuivere stoffen of tussen een samengestelde zuivere stof en een enkelvoudige stof, waarbij het ene element wordt vervangen door het andere en omgekeerd. AB + C  AC + B AX + BY  AY + BX

Voorbeeld van een analysereactie: AB  A + B Vorig schooljaar deden we de proef van Hofmann waarbij water ontbindt in ..…………................... en ................................... door middel van .......................................................... waterstofgas (H2) zuurstofgas (O2) elektriciteit

Water  diwaterstof + dizuurstof Reactievergelijking: Water  diwaterstof + dizuurstof 2 H2O  2 H2 + O2 Oxidatie ; O staat e- af OG: +I -II Reductie ; H neemt e- op Het OG van het element H …….. tijdens de reactie. Men zegt dat H in H2O de ………... is. Het OG van het element O …….. tijdens de reactie. Men zegt dat O in H2O de ………… is. daalt oxidator stijgt reductor

1. 2. (-2e-) 2 H2O  H2 + O2 2 1 OG: +I -II 2. 2. (+1e-) Voorstelling van de elektronenoverdracht 1. 2. (-2e-) oxidatie 1. Aantal e- opgenomen/afgestaan 2. Rekening houden met index 2 H2O  H2 + O2 2 1 3. Elektronenbalans in orde brengen OG: +I -II reductie 2. 2. (+1e-) Reductie = vermindering van OG H+ + 1e-  H Oxidatie = stijging van OG O2- - 2e-  O +I 0 -II 0 In een waterstofmolecule zitten 2 atomen: H+ + (1e-)  H In een zuurstofmolecule zitten 2 atomen: O2- - (2e-)  O 2. 2. 2 2. 2. 2

4 Fe + 3 O2 + H2O  2 Fe2O3 . H2O(roest) Oxidatie ; Fe staat e- af Voorbeeld van een synthesereactie: het roesten van ijzer Het roesten van ijzer in vochtige lucht gebeurt volgens onderstaande reactie: 4 Fe + 3 O2 + H2O  2 Fe2O3 . H2O(roest) Oxidatie ; Fe staat e- af OG: +I -II +III -II +I -II Reductie ; O neemt e- op stijgt +III Het OG van Fe ......... van .......... (in Fe) naar ............... (in Fe2O3). Ijzer wordt ........................... . Ijzer is de ........................ geoxideerd reductor Het OG van O ............. van ......... (in O2) naar .............. (in Fe2O3). Zuurstof wordt ...................... . Zuurstof is de ................ daalt -II gereduceerd oxidator +I Het OG van H blijft ongewijzigd op ............. .

1. 6. (+2e-) 4 Fe + O2  Fe2O3 3 2 OG: +III -II 2. 2. (-3e-) Voorstelling van de elektronenoverdracht 1. 6. (+2e-) reductie 1. Aantal e- opgenomen/afgestaan 2. Rekening houden met index 4 Fe + O2  Fe2O3 3 2 3. Elektronenbalans in orde brengen OG: +III -II oxidatie 2. 2. (-3e-)

Oxidatie ; Mg staat e- af Voorbeeld van een substitutiereactie: lampje van een reddingsvest De stroom voor het lampje van een reddingsvest wordt geleverd door het optreden van volgende redoxreactie: Mg + 2 CuCl  MgCl2 + 2 Cu OG ↑ Oxidatie ; Mg staat e- af OG: +I -I +II -I OG ↓ Reductie ; Mg neemt e- op oxidator: reductor: Cu in CuCl2 Mg

2. 1. (+1e-) 1 Mg + CuCl2  MgCl2 + Cu 2 1 2 OG: +I -I +II -I 1. 1. Voorstelling van de elektronenoverdracht 2. 1. (+1e-) reductie 1 Mg + CuCl2  MgCl2 + Cu 2 1 2 OG: +I -I +II -I oxidatie 1. 1. (-2e-) 1. Aantal e- opgenomen/afgestaan 2. Rekening houden met index 3. Elektronenbalans in orde brengen

De spanningsreeks van de metalen

Typische eigenschap van metalen = elektronen afgeven = positieve ionen vormen = geoxideerd worden = reductor zijn

Metalen kunnen worden gerangschikt in een spanningsreeks Na Au Mg Zn Hg Fe Cu

De volgorde wordt bepaald door te vergelijken hoe gemakkelijk - een metaalatoom elektronen afgeeft, - een -metaalion wordt gevormd, - een metaalatoom wordt geoxideerd.

De spanningsreeks van de metalen 1. Vaststellingen vanuit het practicum Fe-nageltje + CuSO4-oplossing Cu-draadje + FeSO4-oplossing Waarneming: Waarneming: Er wordt een roodkleurig laagje afgezet op de nagel Het Cu-draadje blijft ongewijzigd Reactie: Reactie: Fe2+ + Cu  geen reactie Fe + Cu2+  Fe2+ + Cu OG: 0 +II +II 0 OXIDATIE REDUCTIE reductor: = Fe oxidator = Cu2+ BESLUIT: Fe is de sterkste reductor

BESLUIT: Zn is de sterkste reductor Fe-nageltje + ZnSO4-oplossing Zn-staafje + FeSO4-oplossing Waarneming: Waarneming: Het nageltje blijft ongewijzigd Er wordt een ijzer-laagje afgezet op het Zn-staafje Reactie: Reactie: Fe + Zn2+  geen reactie Zn + Fe2+  Zn2+ + Fe OG: 0 +II +II 0 OXIDATIE REDUCTIE reductor: = Zn oxidator = Fe2+ BESLUIT: Zn is de sterkste reductor

BESLUIT: Zn is de sterkste reductor Zn-staafje + CuSO4-oplossing Cu-draadje + ZnSO4-oplossing Waarneming: Waarneming: Er wordt een roodkleurig laagje afgezet op het Zn-staafje Het Cu-draadje blijft ongewijzigd Reactie: Reactie: Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu Cu + Zn2+  geen reactie OG: 0 +II +II 0 OXIDATIE REDUCTIE reductor: = Zn oxidator = Cu2+ BESLUIT: Zn is de sterkste reductor

Welk metaal (Fe, Cu of Zn) is in combinatie met de ionen van de andere twee metalen telkens de reductor en wordt dus telkens zelf geoxideerd? Zn Welk metaal (Fe, Cu of Zn) is in combinatie met de ionen van de andere twee metalen nooit de reductor en wordt dus nooit zelf geoxideerd? Cu Welk metaal (Fe, Cu of Zn) is dus de sterkste reductor? Zn Welk metaal (Fe, Cu of Zn) is dus de zwakste reductor? Cu Rangschik de metalen (Fe, Cu en Zn) volgens dalend reducerend vermogen. Zn > Fe > Cu

2. Vaststellingen vanuit toepassingen a) Vernietigend natriummetaal Uit bovenstaand knipsel blijkt dat natriummetaal zeer hevig reageert met water volgens de reactie: 2 Na + 2 H2O  2 NaOH + H2 OG: 0 +I -II +I -II +I 0 OXIDATIE REDUCTIE geoxideerd reductor Na wordt ………………. , is de ………….. . H in H2O wordt ………………. , is de …………… . gereduceerd oxidator

Mg wordt ………………. , is de ………… . Fe3+ wordt ………………… , is de …………… . b) Beschermend magnesiummetaal Magnesiummetaal wordt in staven aangebracht op de ijzeren romp van een schip. Dit voorkomt roestvorming omdat magnesiummetaal gemakkelijker wordt aangetast dan ijzermetaal omdat de volgende reactie geldt: 3 Mg + 2 Fe3+  3 Mg2+ + 2 Fe OG: 0 +III +II 0 OXIDATIE REDUCTIE geoxideerd reductor Mg wordt ………………. , is de ………… . Fe3+ wordt ………………… , is de …………… . gereduceerd oxidator

Rangschikking van de metalen in een elektrochemische spanningsreeks Na Au Mg Zn Hg Fe Cu

Internationale afspraken * Reductoren rechts, oxidatoren links * De volgorde wordt bepaald door te vergelijken hoe gemakkelijk het metaalatoom elektronen afgeeft: - sterke reductoren rechts boven, - sterke oxidatoren links onder.

Bovenaan in de reeks Zwakke oxidator Sterke reductor Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Ag Hg Au Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Ag+ Hg2+ Au3+ Sterke reductoren zijn de metalen die gemakkelijk elektronen afstaan graag -ion zijn

Onderaan in de reeks Zwakke reductoren Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Ag Hg Au Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Ag+ Hg2+ Au3+ Zwakke reductoren de metalen die moeilijk elektronen afstaan graag atoom zijn Sterke oxidator Zwakke reductor

Merk op: Aan een zwakke reductor is een sterke oxidator gekoppeld Aan een sterke reductor is een zwakke oxidator gekoppeld

Te onthouden Een spontane redoxreactie treedt op bij een dalende lijn van de reductor naar de oxidator, tussen metaalatomen hoger in de spanningsreeks en metaalionen lager in de spanningsreeks Zn Redox Cu2+

Te onthouden Een spontane redoxreactie is onmogelijk bij een stijgende lijn van de reductor naar de oxidator, tussen metaalatomen lager in de spanningsreeks en metaalionen hoger in de spanningsreeks Zn2+ Cu Redox

OG: +I –II +I +I +VI –II +I +VI –II +I –II neutralisatie Samenvatting Bij ionverbindingsreacties wordt het OG gewijzigd / niet gewijzigd tijdens de reactie Bij redoxreacties wordt het OG gewijzigd / niet gewijzigd tijdens de reactie Opgaven 2 NaOH + H2SO4  Na2SO4 + 2 H2O OG: +I –II +I +I +VI –II +I +VI –II +I –II neutralisatie Fe + 2 HCl  H2 + FeCl2 substitutie OG: 0 +I -I 0 +II -I CaCO3 + 2 HCl  CaCl2 + H2O + CO2 OG: +II +IV -II +I -I +II -I +I -II +IV -II gasontwikkeling

synthese 4 Na + O2  2 Na2O OG: 0 0 +I -II NaCl + AgNO3  AgCl + NaNO3 neerslag OG: +I -I +I +V -II +I -I +I +V -II 2 AgCl  2 Ag + Cl2 analyse OG: +I -I 0 0 SnCl2 + 2 FeCl3  SnCl4 + FeCl2 substitutie OG: +II -I +III -I +IV -I +II -I FeCl3 + 3 NaOH  Fe(OH)3 + 3 NaCl neerslag OG: +III -I +I -II +I +III -II +I +I -I

Het OG van O blijft ongewijzigd op ……… (in Fe2O3 en CO2). Vul volgende tekst aan wat betreft de winning van ijzer uit ijzererts 2. 2. (+3e-) reductie REACTIE: Fe2O3 + C  Fe + CO2 OG: 2 3 4 3 +III -II +IV -II oxidatie 3. 1. (-4e-) daalt +III Het OG van Fe ……… van ……… (in Fe2O3) naar …… (in Fe). IJzer wordt ………………… . IJzer is de …………… . gereduceerd oxidator stijgt +IV Het OG van C ………… van …… (in C) naar ……… (in CO2). Koolstof wordt ………………… . Koolstof is de ……………. . geoxideerd reductor -II Het OG van O blijft ongewijzigd op ……… (in Fe2O3 en CO2).