Redoxireakciók alatt olyan reakciókat értünk, melynek során az egyik reaktáns elektront ad át a másiknak, így az egyik reakciópartner töltése pozitívabbá, a másiké negatívabbá válik a reakció végén. Úgy is fogalmazhatnánk, hogy az egyik reakciópartner oxidációs száma pozitívabb, a másiké negatívabb lesz a reakció végén. Az oxidációs szám mesterséges fogalom, azt mondja meg, hogy egy vegyületen belül az egymással kapcsolódó atomok közül melyik „adja oda” formálisan a saját elektronját a hozzá kémiai kötéssel kapcsolódó másik atomnak. A negatív oxidációs szám elektrontöbbletet, a pozitív érték elektronhiányt jelent. Hogy melyik atomhoz rendeljük a kötőelektronokat, azt az atomok elektronegativitása fogja eldönteni. Az oxidációs szám kiszámítása során önkényesen úgy döntünk, hogy a kisebb elektronegativitással rendelkező atomtól „elvesszük” az elektront, és „odaadjuk” a nagyobb elektronegativitású atomnak, függetlenül attól, hogy a közöttük lévő kötés kovalens vagy ionos. Az az atom, amelyik átadja elektronját a folyamat során, lesz a redukálószer, hiszen a másik atom „gazdagabb” lesz egy vagy több elektronnal a folyamat végén, oxidációszáma csökken, tehát redukálódik. A másik atom, mely átveszi az elektront a folyamat során, az oxidálószer lesz, mivel a másik atom oxidációszáma nőni fog a folyamat végére, pozitívabb lesz, tehát oxidálódott. A folyamatban ugyanannyi elektront adnak át összességében az oxidálódó atomok, mint amennyi elektronnal gazdagabbak lesznek a redukálódó atomok. Látható, hogy redukció csak oxidációval egy időben mehet végbe. Szabályok: Az elemi állapotú anyagok oxidációs száma 0. Vegyületekben az atomok oxidációs számát megkapjuk, ha a kötő elektronokat képzeletben az elektronegatívabb atomhoz rendeljük, és töltésként fogjuk fel. Például a vízben a kötő elektronokat mind az oxigénhez kell rendelnünk. Így az oxigén látszólagos töltése -2 lesz, míg a hidrogéneké egyenként +1. Ez az oxidációs számuk. Egyatomos ionok oxidációs száma megegyezik az ion töltésével. Több atomból álló atomcsoport (vegyületek, molekulák) esetén az egyes atomok oxidációs számainak összege megegyezik az atomcsoport elektromos töltésével. Tehát a kifelé semleges töltést mutató molekulák esetén az oxidációs számok összege 0. Ha az oxidációs számok összege nem 0, akkor a részecske elektromos töltéssel rendelkezik (összetett ion). A OH - (hidroxid) ionban az oxigén oxidációs száma -2, a hidrogéné +1: összegük azonos az ion töltésével. A fluor mindig -1 oxidációs számot kap a vegyületeiben. Vegyületeiben az oxigén legtöbbször -2 oxidációs fokú, kivéve a peroxidokat és a szuperoxidokat, valamint a fluorral alkotott vegyületét. Vegyületeiben a hidrogént mindig +1 oxidációs számmal jellemezhetjük, kivéve a fém-hidrideket, ahol ez -1. A biológiában fontos elemek elektronegatívitás-sorrendje: F > O > Cl > N > S ≈ C > P > H > … alkáli (föld)fémek stb. Redoxireakciók Tartalomhoz

C H O E e-e- red. ox. 0 red. ox. 0 C red C ox O red O ox ΔEΔE A hidrogén kötő elektronja (pirossal jelöltük az elektronpályát) sokkal inkább a nagy elektronegativitású oxigén „fennhatósága” alá kerül, mint amennyire a szénnel való kovalens kötésben volt. Egy elektronegatívabb atomhoz való tartozás az elektron számára alacsonyabb energiájú állapotot jelent, mint egy kevésbé elektronegatívhoz tartozás, ezért az áthelyeződés szénről oxigénre egy energiaesést jelent számára. Az energiakülönbség valamilyen formában (pl. hő) eltávozik. Magyarázat 1 Magyarázat 2 Magyarázat redoxpotenciál Mivel az elektronegativitásnak nincs mértékegysége (csak viszonyszáma 0 és 4 között), az oxidáló-redukáló képességet az elektromosan kimérhető redoxpotenciállal szoktuk jellemezni. A különböző redoxpotenciálú reakcióparnerek közötti elektronátvétel arányos a felszabaduló (vagy befektetett) energiával is! Megegyezés szerint a negítívabb redoxpotenciálú partnerről „megy önként” (vagyis energiafelszabadulással) az elektron a pozitívabbra. (Minden rendszer energiaminimumra törekszik!) A redoxireakció lejátszódásának termodinamikai feltétele, hogy a negatívabb redoxipotenciálú rendszer (C) esetén a redukált és a pozitívabb redoxipotenciálú rendszer (O) esetén az oxidált forma legyen jelen. Ez esetben a reakció iránya olyan, hogy a negatívabb redoxipotenciálú rendszer redukált formája oxidálódik és a pozitívabb rendszer oxidált formája redukálódik. Szén oxidációja oxigénnel Tartalomhoz