4.3 Oksidasjonstal og redoks | Kjemi 1

Forstå oksidasjonstal og redoksreaksjonar, bruk spenningsrekkja og lær om korrosjon.

85 min

8 oppgaver

OksidasjonstalRedoksreaksjonarOksidasjonReduksjonElektronoverføringHalvreaksjonarSpenningsrekkjaEdle og uedle metallKorrosjonOffervern

Du leser den tradisjonelle versjonen

Din fremgang i kapitlet

0 / 8 oppgaver

Kapitlets plass i kurset

Bygger på

4.2Balansering av reaksjonslikninger

Oksidasjonstal

Oksidasjonstal er eit tal som angir kor mange elektron eit atom har "tapt" eller "fått" i ei binding.

Reglar for oksidasjonstal:

1. Frie grunnstoff har oksidasjonstal 0
- Døme: O₂, N₂, Fe, Cu → oksidasjonstal = 0

2. Enkle ion har oksidasjonstal lik ladninga
- Døme: Na⁺ → +1, Cl⁻ → −1, Fe³⁺ → +3

3. Summen av oksidasjonstal i eit nøytralt molekyl = 0
- Døme: H₂O → 2×(+1) + (−2) = 0

4. Summen av oksidasjonstal i eit ion = ladninga til ionet
- Døme: SO₄²⁻ → (+6) + 4×(−2) = −2

5. Spesielle reglar:
- Hydrogen: Vanlegvis +1 (utanom i hydrid: −1)
- Oksygen: Vanlegvis −2 (unntak: peroksid −1, OF₂ +2)
- Alkalimetall (gruppe 1): Alltid +1
- Jordalkalimetall (gruppe 2): Alltid +2
- Fluor: Alltid −1

Notasjon

Vi skriv oksidasjonstal over atomsymbolet:

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

✏️Døme 1: Bestemme oksidasjonstal

Bestem oksidasjonstalet til kvart atom i:

a) CO₂
b) H₂SO₄
c) MnO₄⁻

Løysing:

a) CO₂
- O har alltid −2 → 2×(−2) = −4
- Summen må vere 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 vere 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 vere −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 oksidasjonstalet til det utheva atomet:

N i NH₃

Cl i HClO₃

Cr i Cr₂O₇²⁻

N i NO₂⁻

Oksidasjon og reduksjon

Definisjon med oksidasjonstal

- Oksidasjon: Oksidasjonstalet aukar (atom mistar elektron)
- Reduksjon: Oksidasjonstalet minkar (atom tek opp elektron)

Hugseregel: Oksidasjon = gir frå seg elektron (oksidasjonstalet går opp). Reduksjon = tek opp elektron (oksidasjonstalet går ned).

Døme:

\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 (oksidasjonstalet aukar) → OKSIDASJON
- H: +1 → 0 (oksidasjonstalet minkar) → REDUKSJON

Identifisere redoksreaksjonar

Ein reaksjon er ein redoksreaksjon om minst eitt atoms oksidasjonstal endrar seg.

Ikkje-redoksreaksjon:
$\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$
(Inga endring i oksidasjonstal – syre-basereaksjon)

✏️Døme 2: Identifisere oksidasjon og reduksjon

Sjå på reaksjonen:

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

a) Bestem oksidasjonstal for alle atom
b) Kva for atom blir oksiderte og reduserte?

Løysing:

a) Oksidasjonstal:

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

b) Endringar:
- Fe: +3 → 0 (minkar) → REDUKSJON
- C: +2 → +4 (aukar) → OKSIDASJON
- O: −2 → −2 (uendra)

Svar:
- Fe blir redusert
- C blir oksidert

📝Oppgave 4-12

Identifiser kva for atom som blir oksiderte og reduserte:

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

Eit redokspar består av ei oksidert og ei redusert form av same stoff.

Definisjon:

- Reduksjonsmiddel: Stoffet som avgir elektron (blir sjølv oksidert)
- Oksidasjonsmiddel: Stoffet som tek opp elektron (blir sjølv redusert)

Viktig: Reduksjonsmiddelet blir oksidert, oksidasjonsmiddelet blir redusert!

Døme:

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

- Reduksjonsmiddel: Zn (avgir elektron, blir oksidert til Zn²⁺)
- Oksidasjonsmiddel: Cu²⁺ (tek opp elektron, blir redusert til Cu)

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

Halvreaksjonar:

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

✏️Døme 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 halvreaksjonar

Løysing:

a) Oksidasjonstalendringar:
- Sn: +2 → +4 (blir oksidert) → reduksjonsmiddel
- Fe: +3 → +2 (blir redusert) → oksidasjonsmiddel

b) Halvreaksjonar:
- 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 redoksoppgåver:

Bestem oksidasjonstalet til Cr i K₂Cr₂O₇

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

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

Spenningsrekkja

Metall dannar positive ion ved å gi frå seg elektron. Metall som gir frå seg elektron lett, blir lett oksiderte og blir kalla uedle metall. Metall som held godt på elektrona, blir vanskeleg oksiderte og blir kalla edle metall.

Spenningsrekkja ordnar metalla etter kor lett dei blir oksiderte, frå mest uedel til venstre til mest edel til høgre. Her er eit utdrag med dei vanlegaste metalla. Hydrogen er teke med som samanlikningspunkt:

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

Di lenger til venstre eit metall står, di sterkare reduksjonsmiddel er det.

Metall i ei saltløysing

Eit metall kan redusere iona til eit metall som står lenger til høgre i rekkja. Metallet sjølv blir oksidert og går i løysing som ion, og det edlare metallet blir felt ut:

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

Motsett veg skjer det ingen reaksjon: kopar står til høgre for sink og kan ikkje redusere Zn²⁺.

Metall i ei syre

Eit metall som står til venstre for H₂, kan redusere H⁺ i ei syre til hydrogengass. Metallet blir løyst, og det boblar:

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

Metall til høgre for H₂, som kopar, sølv og gull, blir ikkje løyste i saltsyre eller fortynna svovelsyre.

Kva rekkja ikkje seier

- Rekkja seier om ein reaksjon kan skje, ikkje kor fort han går. Bly står så vidt til venstre for H₂, men reagerer svært langsamt med saltsyre.
- Aluminium er uedelt, men er dekt av eit tett oksidlag. Ein aluminiumsbit reagerer difor ofte ikkje synleg før laget er fjerna.
- Dei mest uedle metalla, kalium og natrium, reagerer også med vatn og dannar hydrogengass.
- Gull og platina finst som reine metall i naturen. Uedle metall finst berre bundne i sambindingar, til dømes i malm.

✏️Døme 4: Bruke spenningsrekkja

Avgjer om det skjer ein reaksjon. Skriv ionelikninga når det skjer ein reaksjon. Jern dannar Fe²⁺.

a) Ein jernspikar blir lagd i kopar(II)sulfatløysing.
b) Ein sølvtråd blir lagd i kopar(II)sulfatløysing.
c) Ein sinkbit blir lagd i saltsyre.
d) Ein koparbit blir lagd i saltsyre.

Løysing:

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. Spikaren får eit raudbrunt koparbelegg, og den blå fargen frå Cu²⁺ blir svakare.

b) Ag står til høgre for Cu → Ag kan ikkje 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 boblar av hydrogengass. Cl⁻ er tilskodarion.

d) Cu står til høgre for H₂ → Cu kan ikkje redusere H⁺.

Svar: Ingen reaksjon.

📝Oppgave 4-15

Bruk spenningsrekkja. Skjer det ein reaksjon? Skriv ionelikninga når det skjer ein reaksjon.

Eit magnesiumband blir lagt i saltsyre.

Ein kopartråd blir lagd i sølvnitratløysing.

Ein sølvtråd blir lagd i sinksulfatløysing.

Ein sinkbit blir lagd i jern(II)sulfatløysing.

📝Oppgave 4-16

Ein elev har tre metall, A, B og C, og løysingar av sulfata deira. Alle tre dannar ion med ladning 2+. Ho legg ein bit av kvart metall i løysinga av iona til dei to andre metalla og noterer om det skjer ein reaksjon:

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

Metalla er magnesium, sink og kopar.

Ranger metalla frå mest uedel til mest edel. Kva for metall er A, B og C?

Skriv ionelikningane for dei tre reaksjonane.

Eleven pussar metallbitane med sandpapir før forsøket. Kvifor?

Korrosjon

Korrosjon er at eit metall blir oksidert av stoff i omgjevnadene, som oksygen og vatn. Uedle metall korroderer lettare enn edle. Gull korroderer ikkje, medan jern rustar.

Rusting av jern

Jern rustar berre når det er i kontakt med både vatn og oksygen. Jernet blir oksidert, og oksygenet blir redusert:

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

Jern(II)iona blir oksiderte vidare til jern(III). Rust er i hovudsak jern(III)oksid med krystallvatn, Fe₂O₃ · xH₂O. Forenkla:

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 kvar sin stad på overflata. Elektrona går gjennom metallet, og ion vandrar gjennom vassfilmen mellom dei to stadene. Salt i vatnet gir fleire ion, og vassfilmen leier betre. Difor rustar jern raskare i sjøvatn og på vegar som er strødde med salt.

Vern mot korrosjon

- Skjerming: Måling, olje, lakk, plastbelegg eller eit lag av eit anna metall held vatn og luft borte frå jernet.
- Offervern: Ein bit av eit meir uedelt metall, som sink, magnesium eller aluminium, blir festa til jernet. Det uedle metallet blir oksidert i staden for jernet og blir tært bort over tid. Ein slik metallbit blir kalla eit offermetall (på båtar ofte kalla sinkanode). Biten blir brukt på båtar, skipsskrog, kaianlegg og i varmtvassberedarar, og må skiftast når han er tært opp.
- Galvanisering: Stål blir dekt med eit lag sink. Sinken skjermar jernet, og blir det riper i laget, blir sinken oksidert i staden for jernet.
- Legeringar: Rustfritt stål inneheld krom. Kromet dannar eit tett oksidlag som vernar metallet.

Eit edlare metall gjer det verre

Er jern i kontakt med eit meir edelt metall, er det jernet som blir oksidert, og det rustar raskare enn åleine. Fortinna stål i hermetikkboksar held seg godt så lenge tinnlaget er heilt, men i ei ripe rustar jernet raskt. Av same grunn bør ikkje koparrøyr koplast direkte til jernrøyr.

✏️Døme 5: Galvanisert og fortinna stål

Ein galvanisert spikar (stål dekt med sink) og ein fortinna spikar (stål dekt med tinn) får begge ei djup ripe og blir lagde i saltvatn.

a) Kva for ein av spikrane rustar i ripa? Grunngi med spenningsrekkja.
b) Skriv oksidasjonshalvreaksjonen for metallet som blir tært på den galvaniserte spikaren.

Løysing:

a) Frå uedel til edel: Zn, Fe, Sn.

Galvanisert: Zn er meir uedelt enn Fe → Zn blir oksidert, Fe blir verna.

Fortinna: Sn er meir edelt enn Fe → Fe blir oksidert i ripa.

Svar: Den fortinna spikaren rustar i ripa. Den galvaniserte held seg blank medan sinken blir tært.

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

Svar: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

📝Oppgave 4-17

Ein elev set opp fem reagensrøyr med kvar sin blanke jernspikar og lèt dei stå i ei veke:

- Røyr 1: tørr luft, med kalsiumklorid i botnen som tørkemiddel, korka
- Røyr 2: nyleg koka vatn med eit lag matolje over, korka
- Røyr 3: vatn i kontakt med luft
- Røyr 4: saltvatn i kontakt med luft
- Røyr 5: saltvatn i kontakt med luft, spikaren vikla inn i ei sinkstrime

Kva undersøkjer røyra 1–3? Kva ventar du å sjå?

Samanlikn røyr 3 med røyr 4, og røyr 4 med røyr 5. Kva viser dei?

Eleven viklar også ein spikar i ei koparstrime og legg han i saltvatn. Kva ventar du?

📝Oppgave 4-18

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

Bestem oksidasjonstala, og avgjer kva som er oksidasjonsmiddel og reduksjonsmiddel.

Bilar rustar raskare om vinteren på vegar som er strødde med salt. Forklar kvifor.

Ein båt har propell av bronse (ei koparlegering) og skrog av stål. På skroget er det festa sinkbitar. Forklar kvifor, og kvifor sinkbitane må skiftast med jamne mellomrom.

Oppsummering

- Oksidasjonstal angir kor mange elektron eit atom har tapt eller fått i ei binding
- Reglar: Frie grunnstoff = 0, enkle ion = ladning, H = +1 (vanlegvis), O = −2 (vanlegvis), sum i nøytralt molekyl = 0
- Oksidasjon: Oksidasjonstalet aukar (tap av elektron)
- Reduksjon: Oksidasjonstalet minkar (opptak av elektron)
- Reduksjonsmiddel: Avgir elektron (blir sjølv oksidert)
- Oksidasjonsmiddel: Tek opp elektron (blir sjølv redusert)
- Halvreaksjonsmetoden: Del i to halvreaksjonar, balanser atom (O med H₂O, H med H⁺), balanser ladning med e⁻, multipliser for lik elektronmengd
- Spenningsrekkja ordnar metalla frå uedel til edel: eit metall reduserer iona til metall lenger til høgre, og metall til venstre for H₂ blir løyste i syre og gir hydrogengass
- Korrosjon er oksidasjon av eit metall i omgjevnadene. Jern rustar når både vatn og oksygen er til stades, og raskare i saltvatn
- Vern mot korrosjon: skjerming (måling, belegg), offervern med eit meir uedelt metall (offermetall, galvanisering) og legeringar 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.