4.3 Oksidasjonstall og redoks | Kjemi 1

Forstå oksidasjonstall og redoksreaksjoner, bruk spenningsrekka og lær om korrosjon.

85 min

8 oppgaver

OksidasjonstallRedoksreaksjonerOksidasjonReduksjonElektronoverføringHalvreaksjonerSpenningsrekkaEdle og uedle metallerKorrosjonOfferbeskyttelse

Du leser den tradisjonelle versjonen

Din fremgang i kapitlet

0 / 8 oppgaver

Kapitlets plass i kurset

Bygger på

4.2Balansering av reaksjonslikninger

Oksidasjonstall

Oksidasjonstall er et tall som angir hvor mange elektroner et atom har "tapt" eller "fått" i en binding.

Regler for oksidasjonstall:

1. Frie grunnstoffer har oksidasjonstall 0
- Eksempel: O₂, N₂, Fe, Cu → oksidasjonstall = 0

2. Enkle ioner har oksidasjonstall lik ladningen
- Eksempel: Na⁺ → +1, Cl⁻ → −1, Fe³⁺ → +3

3. Summen av oksidasjonstall i et nøytralt molekyl = 0
- Eksempel: H₂O → 2×(+1) + (−2) = 0

4. Summen av oksidasjonstall i et ion = ionets ladning
- Eksempel: SO₄²⁻ → (+6) + 4×(−2) = −2

5. Spesielle regler:
- Hydrogen: Vanligvis +1 (unntatt i hydrider: −1)
- Oksygen: Vanligvis −2 (unntak: peroksider −1, OF₂ +2)
- Alkalimetaller (gruppe 1): Alltid +1
- Jordalkalimetaller (gruppe 2): Alltid +2
- Fluor: Alltid −1

Notasjon

Vi skriver oksidasjonstall over atomsymbolet:

$\overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{O}}$

✏️Eksempel 1: Bestemme oksidasjonstall

Bestem oksidasjonstallet til hvert atom i:

a) CO₂
b) H₂SO₄
c) MnO₄⁻

Løsning:

a) CO₂
- O har alltid −2 → 2×(−2) = −4
- Summen må være 0 → C = +4

$\overset{+4}{\text{C}}\overset{-2}{\text{O}}_2$

b) H₂SO₄
- H har +1 → 2×(+1) = +2
- O har −2 → 4×(−2) = −8
- Summen må være 0 → S = +6

$\overset{+1}{\text{H}}_2\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_4$

c) MnO₄⁻
- O har −2 → 4×(−2) = −8
- Summen må være −1 → Mn = +7

$\overset{+7}{\text{Mn}}\overset{-2}{\text{O}}_4^-$

Svar: a) C: +4, O: −2; b) H: +1, S: +6, O: −2; c) Mn: +7, O: −2

📝Oppgave 4-11

Bestem oksidasjonstallet til det uthevede atomet:

N i NH₃

Cl i HClO₃

Cr i Cr₂O₇²⁻

N i NO₂⁻

Oksidasjon og reduksjon

Definisjon med oksidasjonstall

- Oksidasjon: Oksidasjonstallet øker (atomer mister elektroner)
- Reduksjon: Oksidasjonstallet minker (atomer tar opp elektroner)

Huskeregel: Oksidasjon = avgir elektroner (oksidasjonstallet går opp). Reduksjon = tar opp elektroner (oksidasjonstallet går ned).

Eksempel:

\overset{0}{\text{Zn}}(s) + \overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{SO}}_4(aq) \rightarrow \overset{+2}{\text{Zn}}\overset{-2}{\text{SO}}_4(aq) + \overset{0}{\text{H}}_2(g)

- Zn: 0 → +2 (oksidasjonstallet øker) → OKSIDASJON
- H: +1 → 0 (oksidasjonstallet minker) → REDUKSJON

Identifisere redoksreaksjoner

En reaksjon er en redoksreaksjon hvis minst ett atoms oksidasjonstall endres.

Ikke-redoksreaksjon:
$\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$
(Ingen endring i oksidasjonstall – syre-basereaksjon)

✏️Eksempel 2: Identifisere oksidasjon og reduksjon

Betrakt reaksjonen:

$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$

a) Bestem oksidasjonstall for alle atomer
b) Hvilke atomer oksideres og reduseres?

Løsning:

a) Oksidasjonstall:

$\overset{+3}{\text{Fe}}_2\overset{-2}{\text{O}}_3 + 3\overset{+2}{\text{C}}\overset{-2}{\text{O}} \rightarrow 2\overset{0}{\text{Fe}} + 3\overset{+4}{\text{C}}\overset{-2}{\text{O}}_2$

b) Endringer:
- Fe: +3 → 0 (minker) → REDUKSJON
- C: +2 → +4 (øker) → OKSIDASJON
- O: −2 → −2 (uendret)

Svar:
- Fe reduseres
- C oksideres

📝Oppgave 4-12

Identifiser hvilke atomer som oksideres og reduseres:

2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}

\text{CuO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}

\text{Cl}_2 + 2\text{NaBr} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{Br}_2

Redokspar

Et redokspar består av en oksidert og en redusert form av samme stoff.

Definisjon:

- Reduksjonsmiddel: Stoffet som avgir elektroner (blir selv oksidert)
- Oksidasjonsmiddel: Stoffet som tar opp elektroner (blir selv redusert)

Viktig: Reduksjonsmiddelet oksideres, oksidasjonsmiddelet reduseres!

Eksempel:

\text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{Cu}

- Reduksjonsmiddel: Zn (avgir elektroner, oksideres til Zn²⁺)
- Oksidasjonsmiddel: Cu²⁺ (tar opp elektroner, reduseres til Cu)

Redokspar:
- Zn/Zn²⁺ (reduksjonsmiddel/oksidert form)
- Cu²⁺/Cu (oksidasjonsmiddel/redusert form)

Halvreaksjoner:

- Oksidasjon: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻
- Reduksjon: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

✏️Eksempel 3: Reduksjonsmiddel og oksidasjonsmiddel

I reaksjonen:

$\text{Sn}^{2+} + 2\text{Fe}^{3+} \rightarrow \text{Sn}^{4+} + 2\text{Fe}^{2+}$

a) Identifiser reduksjonsmiddel og oksidasjonsmiddel
b) Skriv halvreaksjoner

Løsning:

a) Oksidasjonstallendringer:
- Sn: +2 → +4 (oksideres) → reduksjonsmiddel
- Fe: +3 → +2 (reduseres) → oksidasjonsmiddel

b) Halvreaksjoner:
- Oksidasjon: $\text{Sn}^{2+} \rightarrow \text{Sn}^{4+} + 2\text{e}^-$
- Reduksjon: $\text{Fe}^{3+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}$ (×2)

Svar:
- Reduksjonsmiddel: Sn²⁺
- Oksidasjonsmiddel: Fe³⁺

📝Oppgave 4-13

Identifiser reduksjonsmiddel og oksidasjonsmiddel:

2\text{Al} + 3\text{CuO} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 3\text{Cu}

\text{MnO}_4^- + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}

\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}

📝Oppgave 4-14

Avanserte redoksoppgaver:

Bestem oksidasjonstallet til Cr i K₂Cr₂O₇

Er følgende reaksjon en redoksreaksjon? $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$

Balanser i surt miljø: $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + \text{Cl}^- \rightarrow \text{Cr}^{3+} + \text{Cl}_2$

Spenningsrekka

Metaller danner positive ioner ved å avgi elektroner. Metaller som avgir elektroner lett, oksideres lett og kalles uedle metaller. Metaller som holder godt på elektronene, oksideres vanskelig og kalles edle metaller.

Spenningsrekka ordner metallene etter hvor lett de oksideres, fra mest uedel til venstre til mest edel til høyre. Her er et utdrag med de vanligste metallene. Hydrogen er tatt med som sammenlikningspunkt:

$\text{K} \quad \text{Na} \quad \text{Mg} \quad \text{Al} \quad \text{Zn} \quad \text{Fe} \quad \text{Ni} \quad \text{Sn} \quad \text{Pb} \quad \text{H}_2 \quad \text{Cu} \quad \text{Ag} \quad \text{Pt} \quad \text{Au}$

Jo lenger til venstre et metall står, desto sterkere reduksjonsmiddel er det.

Metall i en saltløsning

Et metall kan redusere ionene til et metall som står lenger til høyre i rekka. Metallet selv oksideres og går i løsning som ioner, og det edlere metallet felles ut:

\text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s)

Motsatt vei skjer ingen reaksjon: kobber står til høyre for sink og kan ikke redusere Zn²⁺.

Metall i en syre

Et metall som står til venstre for H₂, kan redusere H⁺ i en syre til hydrogengass. Metallet løses, og det bobler:

\text{Mg}(s) + 2\text{H}^+(aq) \rightarrow \text{Mg}^{2+}(aq) + \text{H}_2(g)

Metaller til høyre for H₂, som kobber, sølv og gull, løses ikke i saltsyre eller fortynnet svovelsyre.

Hva rekka ikke sier

- Rekka sier om en reaksjon kan skje, ikke hvor fort den går. Bly står så vidt til venstre for H₂, men reagerer svært langsomt med saltsyre.
- Aluminium er uedelt, men er dekket av et tett oksidlag. En aluminiumsbit reagerer derfor ofte ikke synlig før laget er fjernet.
- De mest uedle metallene, kalium og natrium, reagerer også med vann og danner hydrogengass.
- Gull og platina finnes som rene metaller i naturen. Uedle metaller finnes bare bundet i forbindelser, for eksempel i malm.

✏️Eksempel 4: Bruke spenningsrekka

Avgjør om det skjer en reaksjon. Skriv ionelikningen når det skjer en reaksjon. Jern danner Fe²⁺.

a) En jernspiker legges i kobber(II)sulfatløsning.
b) En sølvtråd legges i kobber(II)sulfatløsning.
c) En sinkbit legges i saltsyre.
d) En kobberbit legges i saltsyre.

Løsning:

a) Fe står til venstre for Cu → Fe reduserer Cu²⁺.
$\text{Fe}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \text{Fe}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s)$

Svar: Reaksjon. Spikeren får et rødbrunt kobberbelegg, og den blå fargen fra Cu²⁺ blir svakere.

b) Ag står til høyre for Cu → Ag kan ikke redusere Cu²⁺.

Svar: Ingen reaksjon.

c) Zn står til venstre for H₂ → Zn reduserer H⁺.
$\text{Zn}(s) + 2\text{H}^+(aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{H}_2(g)$

Svar: Reaksjon. Det bobler av hydrogengass. Cl⁻ er tilskuerion.

d) Cu står til høyre for H₂ → Cu kan ikke redusere H⁺.

Svar: Ingen reaksjon.

📝Oppgave 4-15

Bruk spenningsrekka. Skjer det en reaksjon? Skriv ionelikningen når det skjer en reaksjon.

Et magnesiumbånd legges i saltsyre.

En kobbertråd legges i sølvnitratløsning.

En sølvtråd legges i sinksulfatløsning.

En sinkbit legges i jern(II)sulfatløsning.

📝Oppgave 4-16

En elev har tre metaller, A, B og C, og løsninger av sulfatene deres. Alle tre danner ioner med ladning 2+. Hun legger en bit av hvert metall i løsningen av de to andre metallenes ioner og noterer om det skjer en reaksjon:

Metall	A²⁺	B²⁺	C²⁺
A	–	reaksjon	reaksjon
B	ingen	–	reaksjon
C	ingen	ingen	–

Metallene er magnesium, sink og kobber.

Ranger metallene fra mest uedel til mest edel. Hvilket metall er A, B og C?

Skriv ionelikningene for de tre reaksjonene.

Eleven pusser metallbitene med sandpapir før forsøket. Hvorfor?

Korrosjon

Korrosjon er at et metall oksideres av stoffer i omgivelsene, som oksygen og vann. Uedle metaller korroderer lettere enn edle. Gull korroderer ikke, mens jern ruster.

Rusting av jern

Jern ruster bare når det er i kontakt med både vann og oksygen. Jernet oksideres, og oksygenet reduseres:

\text{Fe}(s) \rightarrow \text{Fe}^{2+}(aq) + 2\text{e}^-

Jern(II)ionene oksideres videre til jern(III). Rust er i hovedsak jern(III)oksid med krystallvann, Fe₂O₃ · xH₂O. Forenklet:

4\text{Fe}(s) + 3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_3(s)

Oksidasjonen av jernet og reduksjonen av oksygenet kan skje på hvert sitt sted på overflaten. Elektronene går gjennom metallet, og ioner vandrer gjennom vannfilmen mellom de to stedene. Salt i vannet gir flere ioner, og vannfilmen leder bedre. Derfor ruster jern raskere i sjøvann og på veier som er strødd med salt.

Beskyttelse mot korrosjon

- Skjerming: Maling, olje, lakk, plastbelegg eller et lag av et annet metall holder vann og luft borte fra jernet.
- Offerbeskyttelse: En bit av et mer uedelt metall, som sink, magnesium eller aluminium, festes til jernet. Det uedle metallet oksideres i stedet for jernet og tæres bort over tid. En slik metallbit kalles et offermetall (på båter ofte kalt sinkanode). Den brukes på båter, skipsskrog, kaianlegg og i varmtvannsberedere, og må skiftes når den er tært opp.
- Galvanisering: Stål dekkes med et lag sink. Sinken skjermer jernet, og blir det riper i laget, oksideres sinken i stedet for jernet.
- Legeringer: Rustfritt stål inneholder krom. Kromet danner et tett oksidlag som beskytter metallet.

Et edlere metall gjør det verre

Er jern i kontakt med et mer edelt metall, er det jernet som oksideres, og det ruster raskere enn alene. Fortinnet stål i hermetikkbokser holder seg godt så lenge tinnlaget er helt, men i en ripe ruster jernet raskt. Av samme grunn bør kobberrør ikke kobles direkte til jernrør.

✏️Eksempel 5: Galvanisert og fortinnet stål

En galvanisert spiker (stål dekket med sink) og en fortinnet spiker (stål dekket med tinn) får begge en dyp ripe og legges i saltvann.

a) Hvilken av spikrene ruster i ripa? Begrunn med spenningsrekka.
b) Skriv oksidasjonshalvreaksjonen for metallet som tæres på den galvaniserte spikeren.

Løsning:

a) Fra uedel til edel: Zn, Fe, Sn.

Galvanisert: Zn er mer uedelt enn Fe → Zn oksideres, Fe beskyttes.

Fortinnet: Sn er mer edelt enn Fe → Fe oksideres i ripa.

Svar: Den fortinnede spikeren ruster i ripa. Den galvaniserte holder seg blank mens sinken tæres.

b)
$\text{Zn}(s) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\text{e}^-$

Svar: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

📝Oppgave 4-17

En elev setter opp fem reagensrør med hver sin blanke jernspiker og lar dem stå i en uke:

- Rør 1: tørr luft, med kalsiumklorid i bunnen som tørkemiddel, korket
- Rør 2: nylig kokt vann med et lag matolje over, korket
- Rør 3: vann i kontakt med luft
- Rør 4: saltvann i kontakt med luft
- Rør 5: saltvann i kontakt med luft, spikeren viklet inn i en sinkstrimmel

Hva undersøker rørene 1–3? Hva venter du å se?

Sammenlikn rør 3 med rør 4, og rør 4 med rør 5. Hva viser de?

Eleven vikler også en spiker i en kobberstrimmel og legger den i saltvann. Hva venter du?

📝Oppgave 4-18

Rust kan forenklet skrives som jern(III)oksid: $4\text{Fe}(s) + 3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_3(s)$

Bestem oksidasjonstallene, og avgjør hva som er oksidasjonsmiddel og reduksjonsmiddel.

Biler ruster raskere om vinteren på veier som er strødd med salt. Forklar hvorfor.

En båt har propell av bronse (en kobberlegering) og skrog av stål. På skroget er det festet sinkbiter. Forklar hvorfor, og hvorfor sinkbitene må skiftes med jevne mellomrom.

Oppsummering

- Oksidasjonstall angir hvor mange elektroner et atom har tapt eller fått i en binding
- Regler: Frie grunnstoffer = 0, enkle ioner = ladning, H = +1 (vanligvis), O = −2 (vanligvis), sum i nøytralt molekyl = 0
- Oksidasjon: Oksidasjonstallet øker (tap av elektroner)
- Reduksjon: Oksidasjonstallet minker (opptak av elektroner)
- Reduksjonsmiddel: Avgir elektroner (blir selv oksidert)
- Oksidasjonsmiddel: Tar opp elektroner (blir selv redusert)
- Halvreaksjonsmetoden: Del i to halvreaksjoner, balanser atomer (O med H₂O, H med H⁺), balanser ladning med e⁻, multipliser for lik elektronmengde
- Spenningsrekka ordner metallene fra uedel til edel: et metall reduserer ionene til metaller lenger til høyre, og metaller til venstre for H₂ løses i syre og gir hydrogengass
- Korrosjon er oksidasjon av et metall i omgivelsene. Jern ruster når både vann og oksygen er til stede, og raskere i saltvann
- Beskyttelse mot korrosjon: skjerming (maling, belegg), offerbeskyttelse med et mer uedelt metall (offermetall, galvanisering) og legeringer som rustfritt stål

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.