Mikä on hapettuminen? Määritelmä ja esimerkki

Kaksi avaintyyppiä kemiallisissa reaktioissa ovat hapetus ja pelkistys. Hapetuksella ei välttämättä ole mitään tekemistä hapen kanssa. Tässä on mitä se tarkoittaa ja miten se liittyy vähentämiseen.

Avainasia: Hapettuminen kemiassa

Hapettuminen on elektronit reaktion aikana a molekyyli, atomi tai ioni.
Hapettuminen tapahtuu, kun hapetustila molekyylin, atomin tai ionin pitoisuus kasvaa. Päinvastaista prosessia kutsutaan vähentäminen, joka tapahtuu, kun saadaan elektronia tai atomin, molekyylin tai ionin hapetustila heikkenee.

Esimerkki reaktiosta on reaktio vedyn ja fluorikaasun välillä muodostumiseksi fluorivetyhappoa:

H₂ + F₂ → 2 HF

Tässä reaktiossa vety hapetetaan ja fluori vähenee. Reaktio voidaan ymmärtää paremmin, jos se kirjoitetaan kahden puolireaktion muodossa.

H₂ → 2H⁺ + 2 e^-

F₂ + 2 e^- → 2 F^-

Huomaa, ettei tässä reaktiossa ole happea!

Vanhempi hapettumisen merkitys oli, kun happi lisättiin kohtaan yhdiste. Tämä johtui siitä, että happikaasu (O₂) oli ensimmäinen tunnettu hapetin. Vaikka hapen lisääminen yhdisteeseen tyypillisesti täyttää elektronin menetyksen ja lisääntymisen kriteerit hapetustilassa hapetuksen määritelmää laajennettiin kattamaan muun tyyppiset kemikaalit reaktioita.

Klassinen esimerkki hapetuksen vanhasta määritelmästä on, kun rauta yhdistyy hapen kanssa muodostaen rautaoksidi tai ruoste. Raudan sanotaan hapettuneen ruosteeksi. Kemiallinen reaktio on:

2 Fe + O₂ → Fe₂O₃

Rautametalli hapetetaan muodostamaan ruosteena tunnettu raudanoksidi.

Sähkökemialliset reaktiot ovat upeita esimerkkejä hapettumisreaktioista. Kun kuparilanka asetetaan liuokseen, joka sisältää hopea-ioneja, elektronit siirtyvät kuparimetallista hopea-ioneihin. Kuparimetalli hapetetaan. Hopeametallin viikset kasvavat kuparilankaan, kun taas kupari-ioneja vapautuu liuokseen.

cu (s) + 2 Ag⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + 2 Ag (s)

Toinen esimerkki hapetuksesta, jossa elementti yhdistyy hapen kanssa, on reaktio magnesiummetallin ja hapen välillä magnesiumoksidin muodostamiseksi. Monet metallit hapettuvat, joten on hyödyllistä tunnistaa yhtälön muoto:

2 Mg (s) + O₂ (g) → 2 MgO (s)

Kun elektroni löydettiin ja kemialliset reaktiot voitiin selittää, tutkijat ymmärsivät hapettumisen ja pelkistyminen tapahtuu yhdessä, jolloin yksi laji menettää elektroneja (hapettunut) ja toinen saa elektroneja (Pelkistetty). Tyyppistä kemiallista reaktiota, jossa tapahtuu hapettuminen ja pelkistys, kutsutaan redox-reaktioksi, joka tarkoittaa pelkistystä-hapettumista.

Metallin hapettuminen happeakaasulla voitaisiin sitten selittää metalliatomin menettävistä elektroneista kationin muodostamiseksi (hapettuneena) happimolekyylin kanssa, joka saa elektronit happea-anionien muodostamiseksi. Esimerkiksi magnesiumin tapauksessa reaktio voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti:

2 Mg + O₂ → 2 [Mg²⁺] [O-^2-]

koostuu seuraavista puolireaktioista:

Mg → Mg²⁺ + 2 e^-

O₂ + 4 e^- → 2 O^2-

Hapetus, johon happea liittyy, on edelleen hapetus termin nykyaikaisen määritelmän mukaisesti. Orgaanisen kemian tekstissä voi kuitenkin esiintyä toinen vanha vedyn määritelmä. Tämä määritelmä on päinvastainen kuin happimääritelmä, joten se voi aiheuttaa sekaannusta. Silti on hyvä olla tietoinen. Tämän määritelmän mukaan hapettuminen on vedyn menetystä, kun taas pelkistys on vedyn hyötyä.

Esimerkiksi tämän määritelmän mukaan, kun etanoli hapetetaan etanaaliksi:

CH₃CH₂OH → CH₃CHO

Etanolia pidetään hapettuneena, koska se menettää vetyä. Yhtälö käännettynä, etanaali voidaan pelkistää lisäämällä siihen vetyä etanolin muodostamiseksi.

Muista siis hapettumisen ja pelkistyksen nykyaikainen määritelmä, joka koskee elektroneja (ei happea tai vetyä). Yksi tapa muistaa, mitkä lajit hapetetaan ja mitkä pelkistyvät, on käyttää OIL RIG -laitetta. ÖLJY RIG tarkoittaa hapettumista on menetetty, vähennys on kasvussa.

• Haustein, Catherine Hinga (2014). K. Lee Lerner ja Brenda Wilmoth Lerner (toim.). Hapetus - pelkistysreaktio. Tieteen gale-tietosanakirja (5. painos). Farmington Hills, MI: Gale-ryhmä.
• Hudlický, Miloš (1990). Hapettumat orgaanisessa kemiassa. Washington, D.C.: American Chemical Society. s. 456. ISBN 978-0-8412-1780-5.