Elektronenoverdracht

Leerdoelen

•Je kunt uitleggen dat een reductor elektronen afstaat en een oxidator elektronen opneemt.

•Je kunt redoxreacties opstellen met behulp van halfreacties.

•Je kunt redoxreacties herkennen aan elektronenoverdracht of het ontstaan en verdwijnen van elementen.

Wat is elektronenoverdracht?

Bij redoxreacties worden elektronen overgedragen van de ene stof naar de andere, waarbij elektronen worden afgestaan door reductoren en opgenomen door oxidatoren. Oxidatoren en reductoren zijn de stoffen die elektronen opnemen of afstaan. Een reductor staat elektronen af en een oxidator neemt elektronen op.

Elektronen kunnen niet zomaar verdwijnen. Daarom worden er altijd evenveel elektronen opgenomen als afgestaan.

Elektronenoverdracht in koper en zuurstof

Laten we dit bekijken met het voorbeeld van het Vrijheidsbeeld. Dit beroemde standbeeld was oorspronkelijk koperkleurig, maar werd later groen door de reactie met zuurstof en koolstofdioxide, wat resulteerde in kopercarbonaat.

Koper () is een reductor, omdat het elektronen kan afstaan en koperionen (Cu^{2+}Cu^2Cu^2+Cu^2CuCu6Cu62Cu6CuCu{+}Cu^{+}Cu{2}^{+}) vormt. Zuurstof (O_2OO\_), aan de andere kant, is een oxidator die elektronen opneemt en oxide-ionen (O^{2-}O^2OO^O^{2}O^{2}^) vormt. Doordat koper elektronen heeft afgestaan aan zuurstof is het Vrijheidsbeeld groen geworden.

Halfreacties

Reductor (koper): Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(\right.+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(a\right.+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aq\right.+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aq\right)+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aq+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(a+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(\right.+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(a\right.+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aq\right.+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aq\right)+2e^{-}Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aq+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aqO+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(aq+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(a+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}\left(+2e^{-}\right)Cu\left(s\right)\to Cu^{2+}+2e^{-}Cu\left(\right)\to Cu^{2+}+2e^{-}Cu\to Cu^{2+}+2e^{-}Cu\to Cu^{2+}+2eCu\to Cu^{2+}+2Cu\to Cu^{2+}+Cu\to Cu^{2+}Cu\to Cu^2Cu\to Cu^2+Cu\to Cu^2Cu\to CuCu\to CCu\toCu-CuC

Oxidator (zuurstof): O_2\left(g\right)+4e^{-}\to2O^{2-}O_2\left(g\right)+4e^{-}\to2O^2O_2\left(g\right)+4e^{-}\to2O^2-O_2\left(g\right)+4e^{-}\to2O^2O_2\left(g\right)+4e^{-}\to2OO_2\left(g\right)+4e^{-}\to2O_2\left(g\right)+4e^{-}\toO_2\left(g\right)+4e^{-}-O_2\left(g\right)+4e^{-}O_2\left(g\right)+4eO_2\left(g\right)+4O_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)O_2\left(\right)O_2\left(G\right)O_2\left(\right)O_2O

Totaalreactie

Om de twee halfreacties op te kunnen tellen, moet het aantal elektronen aan beide kanten gelijk zijn. Daarom vermenigvuldig je de halfreactie van koper met 2, zodat het aantal elektronen gelijk is aan dat in de halfreactie van zuurstof.

•2\;Cu\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq\right)+4\;e^{-}2\;Cu\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq+4\;e^{-}\right)2\;Cu\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq+4\;e^{-}\right)2\;Cu\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(a+4\;e^{-}\right)2\;Cu\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(+4\;e^{-}\right)2\;Cu\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}+4\;e^{-}2\;Cu\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}+4e^{-}2\;Cu\left(s\right)\to2Cu^{2+}+4e^{-}2Cu\left(s\right)\to2Cu^{2+}+4e^{-}2Cu\left(\right)\to2Cu^{2+}+4e^{-}2Cu\to2Cu^{2+}+4e^{-}2Cu\to2Cu^{2+}+e^{-}2Cu\to2Cu^{2+}+2e^{-}2Cu\to Cu^{2+}+2e^{-}

•O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(\right.O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(a\right.O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(a\right)O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(aq\right)O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(aq_{}\right)O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(aq\right)O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(a\right)O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}\left(\right)O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2\;O^{2-}O_2\left(g\right)+4\;e^{-}\to2O^{2-}

Door deze halfreacties op te tellen, verdwijnen de elektronen:

2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO\left(s\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO\left(s\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO\left(\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2CuO2Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2CuO2Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2Cu2Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2C2Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to22Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2Cu^{2+}2Cu\left(s\right)+O_2\left(\right)\to2Cu^{2+}2Cu\left(s\right)+O_2\to2Cu^{2+}2Cu\left(s\right)+O_2g\to2Cu^{2+}2Cu\left(s\right)O_2g\to2Cu^{2+}2Cu\left(s\right)\to2Cu^{2+}2Cu\left(s\right)\to2Cu^{2+}+4e^{-}2Cu\left(\right)\to2Cu^{2+}+4e^{-}

Dit proces laat zien hoe twee koperatomen en één zuurstofmolecuul reageren om koperoxide (CuO) te vormen.

Elektronenoverdracht tussen magnesium en zuur

Een veelvoorkomende proef: magnesiumlint (Mg) wordt in een zure oplossing (zoals zwavelzuur) geplaatst, en je ziet een gas (H₂) vrijkomen. Let op: Bij redoxreacties wordt een zuur meestal geschreven als H⁺ in plaats van H₃O⁺. Dit is de notatie die ook in Binas tabel 48 wordt gebruikt. Dit zijn de betrokken halfreacties:

Halfreacties

Reductor (magnesium): Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aqP+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(a+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(\right.+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(a\right.+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq\right.+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq_{}\right.+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq_{}\right)+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq_{}+2\;e^{-}\right.Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq_{}+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(a+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(+2\;e^{-}\right)Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}+2\;e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}+2e^{-}Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}+2eMg\left(s\right)\to Mg^{2+}+2Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}+Mg\left(s\right)\to Mg^{2+}Mg\left(s\right)\to Mg^2Mg\left(s\right)\to MgMg\left(s\right)\to MMg\left(s\right)\toMg\left(s\right)-Mg\left(s\right)Mg\left(\right)MgM

Oxidator (waterstofionen): 2\;H^{+}\left(aq\right)+2\;e^{-}\to H_2\left(g\right)2\;H^{+}\left(aq+2\;e^{-}\to H_2\left(g\right)\right)2\;H^{+}\left(a+2\;e^{-}\to H_2\left(g\right)\right)2\;H^{+}\left(+2\;e^{-}\to H_2\left(g\right)\right)2\;H^{+}+2\;e^{-}\to H_2\left(g\right)2\;H^{+}+2e^{-}\to H_2\left(g\right)2H^{+}+2e^{-}\to H_2\left(g\right)2H^{+}+2e^{-}\to H_2\left(\right)2H^{+}+2e^{-}\to H_22H^{+}+2e^{-}\to H2H^{+}+2e^{-}\to2H^{+}+2e^{-}-2H^{+}+2e^{-}2H^{+}+2e2H^{+}+22H^{+}+2H^{+}2H2

Totaalreactie

De som van deze reacties geeft de totale redoxreactie:

Elektronenoverdracht in zilver en aluminium

Een ander voorbeeld van een redoxreactie is het schoonmaken van aangetast zilverbestek met aluminiumfolie. Het zwarte laagje op het zilver bestaat uit zilveroxide (Ag_2OAg_2Ag_{2O}Ag_2Ag_{\placeholder{}}AgAg^{}Ag^{+}Ag^{\placeholder{}}AgA). Dit bevat zilverionen (Ag^{+}Ag^{\placeholder{}}AgA), die door aluminium elektronen opnemen en weer worden omgezet tot zilver.

Halfreacties

Reductor (aluminium):

Al\left(s\right)\to Al^{3+}\left(aq\right)+3\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^{3+}\left(aq\right)+\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^{3+}\left(aq\right)+2\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^{+}\left(aq\right)+2\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}Al\left(s\right)\to A^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}Al\left(s\right)\to^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}Al\left(s\right)\to M^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}Al\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}A\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}M\left(s\right)\to Mg^{2+}\left(aq\right)+2\;e^{-}

Oxidator (zilverionen):

Totaalreactie

Om de halfreacties op te tellen, moet het aantal elektronen aan beide kanten gelijk zijn. Aluminium staat 3 elektronen af, terwijl een zilverion 1 elektron opneemt. Daarom vermenigvuldig je de halfreactie van zilver met 3.

•Al\left(s\right)\to Al^{3+}\left(aq\right)+3\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^{3+}\left(aq\right)+\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^{3+}\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^3\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al^{\placeholder{}}\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to Al\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to A\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to2\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to2\;\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to2\;C\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to2\;Cu\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to2\;Cu^{}\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to2\;Cu^2\left(aq\right)+4\;e^{-}Al\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq\right)+4\;e^{-}A\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq\right)+4\;e^{-}\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq\right)+4\;e^{-}2\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq\right)+4\;e^{-}2\;\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq\right)+4\;e^{-}2\;C\left(s\right)\to2\;Cu^{2+}\left(aq\right)+4\;e^{-}

•3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag\left(s\right)3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag\left(s\right).3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag\left(s.\right)3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag\left(.\right)3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag.3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag^{}.3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag^{\left(\right.}.3Ag^{+}\left(aq\right)+3\;e^{-}\to3\;Ag^{\left(s\right.}.

Door deze halfreacties op te tellen, verdwijnen de elektronen:

Hoe herken je een redoxreactie?

Stel jezelf de volgende vragen:

•Verandert de lading van een deeltje?

•Verdwijnen of ontstaan er elementen?

Als één van de bovenstaande vragen met “ja” beantwoord kan worden, is er sprake van een redoxreactie.

Voorbeelden redoxreacties uitleg

1.De reactie2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO\left(s\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO\left(s\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO\left(\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\right)\to2\;CuO2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(g\to2\;CuO\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\left(\to2\;CuO\right)2\;Cu\left(s\right)+O_2\to2\;CuO2\;Cu\left(s+O_2\to2\;CuO\right)2\;Cu\left(+O_2\to2\;CuO\right)2\;Cu\left(S+O_2\to2\;CuO\right)2\;Cu\left(+O_2\to2\;CuO\right)2\;Cu+O_2\to2\;CuO2\;Cu9+O_2\to2\;CuOis een redoxreactie, want koper staat twee elektronen af en wordt omgezet tot een koperion.

2.De reactieis geen redoxreactie, want beide deeltjes hebben voor en na de pijl dezelfde lading. Het is een oplosvergelijking.

3.De reactieis een redoxreactie, want natrium is voor de pijl ongeladen en is na de pijl positief geladen en heeft dus een elektron afgestaan.

4.De reactie2\;H_2(g)+O_2(g)\to2\;H_2O(g)2\;H_2(g)+O_2(g)\to2\;H_2O()2\;H_2(g)+O_2(g)\to2\;H_2O(l)2\;H_2(g)+O_2(g)\to2\;H_2O()is een redoxreactie, want er verdwijnen elementen (waterstof en zuurstof).