Oxidationstal (ox-tal). Reaktionstyper. Oxidationstalsmetoden (ox-talsmetoden)

Exempel: Ox-tal. Ox-talsmetoden

Oxidationstal (ox-tal)

Anges normalt med romerska siffror ovanför atomen/molekylen

Syfte

• Balansera formler
• Vad oxideras eller reduceras?

Innebär

• Ensam atom & molekyl: 0
• Summan i förening: 0
  • Men de olika atomerna kan ha olika laddning
• Jon: Laddningen
• Väte (H) och icke-metaller: +1
• Metaller: -1
• Syre (o): -2
  • $latex OF_2$: +2
  • Peroxider (innehåller en peroxidgrupp, $latex O_2^{2-} $): -1

Reaktionstyper

Rektant till produkt. Vilka typer finns?

Fasomvandling

Intermolekylära krafter. Från ett tillstånd till ett annat.

$latex H_2O(l)\to H_2o(s)$

Upplösning/utfällning

En substans är inte löslig i lösningsmedlet och det bildas en fällning

Lösning i vatten (aq): $latex PbCl_2(s)\to Pb^{2+}(aq)+2Cl^-(aq)$

Syra/bas

”Flytt av vätejoner”

$latex H_2O+H_2SO_4\to H^++HSO_4^-+H_3O^+$

Reduktion – oxidation (red/Ox eller redox)

Ox-talet förändras, elektronerna flyttar. I dagligt tal: reaktion med syre.

$latex Zn(s)+2H^+(aq)\to Zn^{2+}(aq)+H_2(g)$

Förbränning

Bränsle reagerar med oxidationsmedel och värme bildas

Bladning mellan metanol och vatten: $latex C_2H_5OH+3O_2(g)\to 3H_2O(l)+2CO_2(g)$

Oxidationstalsmetoden (ox-talsmetoden)

En metod för att balansera redox-reaktioner.

1. Identifiera oxiderande- och reducerande ämnen
2. Ange redoxarnas ox-tal
3. Beräkna antalet redox-steg
4. Beräkna kvoten $latex \frac{\text{Red}}{\text{Ox}}$ eller $latex \frac{\text{Ox}}{\text{Red}}$
5. Använd kvoten för att balansera
   • Balansera syre ($latex O$) med vatten ($latex H_2O$)
   • Balansera väte ($latex H$) med vätejoner ($latex H^+$)
   • Basisk lösning? Nautralisera vätejonerna ($latex H^+$) med lika mängder $latex OH^-$ i VL och HL.
6. Kontrollera massbalans och laddning.

Exempel

Ex.: Ox-tal

a) $latex SO_4^{2-} $?

Kan enligt ovan räkna ut laddningen på syret: $latex 4 \cdot -2=-8$.

Jonens laddning: $latex -2$. Så $latex S+(-8)=-2\Leftrightarrow S=6$.

Svar: $latex S(-VI)O(-II)_4^{-2}$

b) $latex H_2O$?

Vet: H: +1 och O: -2 alltså blir det: $latex H(I)_2O(-II)$. Stämmer? Koll: $latex 2\cdot I+2\cdot (-2)=0$. Summan i förening ska vara noll. Stämmer alltså!

Ex.: Ox-talsmetoden

Skriv formeln för:
Arsenik(III)sulfid reagerar med salpetersyra varvid det bildas arsenatjon, sulfatjon och kväve(IV)oxid.

Lösning

1. Oxiderande och reducerande ämnen
   • Arsenik(III)sulfid: $latex As^{(III)}_2S_3$. Får laddningen 6 från $latex As^{III}_2$ alltså måste $latex S_3$ ha laddningen -II. Vilket ger: $latex As^{III}_2S^{-II}_3$.
   • Salpetersyra: $latex NO_3^-$
   • Arsenatjon: $latex AsO_4^{3-}$
   • Sulfatjon: $latex SO_4^{2-}$
   • Kväve(IV)oxid: $latex N^{IV}O^{-II}_2$.
   • Den obalanserade reaktionsformeln blir alltså: $latex As^{(III)}_2S^{(II)}_3+NO_3^-\not\to AsO_4^{3-}+SO_4^{2-}+N^{(IV)}O_2^{(-II)}$
2. Identifiera redoxarnas ox-tal
   • $latex NO_3^-$: Varje O ger -2 och totala laddningen är -1. Alltså är laddningen för N 5. $latex N^{(V)}O_3^{(-II)-}$
   • $latex AsO_4^{3-}$: Syret: -8. Totalt -3 Alltså As 5. $latex As^{(V)}O^{(-II)3-}_4$
   • $latex SO_4^{2-}$. Syret: -8, totalt -2 ger S=6. $latex S^{(VI)}O^{(-II)2-}_4$
   • Den nya reaktionsformeln blir: $latex As^{(III)}_2S^{(-II)}_3+N^{(V)}O_3^{(-II)-}\not\to As^{(V)}O^{(-II)3-}_4+S^{(VI)}O^{(-II)2-}_4+N^{(IV)}O_2^{(-II)}$
3. Beräkna antalet redox-steg
   • As: går från (III) till (V) och det fanns initialt två atomer: (5-3)*2=4.
   • S: går från (-II) till (VI) och det fanns initialt tre atomer: (6-(-2))*3=24.
   • Totalt avges alltså 28 e-.
   • N: går från (V) till (IV) och det fanns en atom: Upptar en e-
4. Kvoten $latex \frac{\text{Red}}{\text{Ox}}$ eller $latex \frac{\text{Ox}}{\text{Red}}$
   • $latex \frac{28}{1}=28$
5. Balansera formeln. $latex O$ med $latex H_2O$, $latex H$ med $latex H^+$ samt övriga.
   • Massbalans och kvoten ovan: $latex As^{(III)}_2S^{(-II)}_3+28N^{(V)}O_3^{(-II)-}\not\to 2As^{(V)}O^{(-II)3-}_4+3S^{(VI)}O^{(-II)2-}_4+28N^{(IV)}O_2^{(-II)}$
   • Syret (O). VL: $latex 28\cdot 3=84$. HL: $latex 2\cdot 4+3\cdot 4+28\cdot 2=76$. Lägger in 8 $latex H_2O$.
   • Vätet (H). VL: 0(!). HL: $latex 8\cdot 2=16$ (kommer från vattnet ovan). Lägger alltså till 8 st $latex H^+$ på VL.
   • Den slutliga formeln blir alltså: $latex 16H^++As_2S_3+28NO_3^-\to 2AsO_4^{3-}+3SO_4^{2-}+28NO_2+8H_2O$.
6. Massbalansen och laddningen?
   • H: $latex 16=8\cdot 2=16$ ok.
   • As: $latex 2=2\cdot 1=2$ ok.
   • S: $latex 3=3\cdot 1=3$ ok.
   • N: $latex 28=28$ ok.
   • O: $latex 28\cdot 3=2\cdot 4+3\cdot 4+28\cdot 2+8\cdot 1=84$
   • Laddningen? VL: -12. HL: $latex 2\cdot(-3)+3\cdot(-2)=-12$