Οξειδοαναγωγικά σώματα

Οξειδωτικά σώματα (ή αλλιώς οξειδωτικά μέσα) είναι εκείνα που μπορούν να προκαλέσουν οξείδωση, δηλαδή τα σώματα που περιέχουν χημικά στοιχεία που μπορούν να αποσπάσουν ηλεκτρόνια από άλλα στοιχεία. Τα χημικά στοιχεία των οξειδωτικών σωμάτων παθαίνουν αναγωγή. Συνήθως λέμε ότι τα οξειδωτικά σώματα ανάγονται (παρόλο που δεν ανάγονται ή οξειδώνονται χημικές ενώσεις αλλά άτομα μέσα σ'αυτές). Επειδή το άτομο προσλαμβάνει ηλεκτρόνια, ελαττώνεται, αλγεβρικά, ο αριθμός οξείδωσής του.

Έτσι, π.χ. στην αντίδραση:

Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺

Ο Ag⁺ χαρακτηρίζεται ως οξειδωτικό σώμα γιατί προκαλεί την οξείδωση του Fe²⁺ σε Fe³⁺ (αύξηση του αριθμού οξείδωσης από +2 σε +3) , ενώ ο ίδιος ανάγεται προς Ag (μείωση του αριθμού οξείδωσης από +1 σε 0).

Ένα οξειδωτικό σώμα είναι τόσο ισχυρότερο, όσο μεγαλύτερη τάση έχει για πρόσληψη ηλεκτρονίων.^[1] Άρα τα περισσότερο ηλεκτραρνητικά στοιχεία είναι γενικά τα περισσότερο οξειδωτικά. Τα οξειδωτικά σώματα περιέχουν κατά κανόνα, στοιχείο με σχετικά μεγάλο αριθμό οξείδωσης.
Σε μια ομάδα του περιοδικού πίνακα ο οξειδωτικός χαρακτήρας μειώνεται από πάνω προς τα κάτω, ενώ σε μιά περίοδο αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά.

Στα αντιδρώντα	Στα προϊόντα	Ημιαντίδραση
Τα κυριώτερα οξειδωτικά μέσα
Αλογόνα (Χ₂)	ΗΧ ή X^-	Χ₂ + 2e → 2Χ^-
Οξυγόνο (Ο₂)	Οξείδια	Ο₂ + 4e → 2O^2-
Όζον (Ο₃)	Ο₂ + Ο^2-	O₃ + 2 H⁺ + 2 e → O₂ + H₂O
Υπεροξείδιο υδρογόνου (Η₂Ο₂)^[2]	Η₂Ο + Ο^2-	H₂O₂ + 2 H⁺ + 2 e → 2 H₂O
Διοξείδιο του θείου (SO₂)^[2]	S	SO₂ + 4H⁺ + 4e → S + 2H₂O
Οξείδιο αργύρου (Ag₂O)	2Ag	Ag₂Ο + 2 H⁺ + 2 e → 2 Ag + H₂O
Οξείδιο υδραργύρου (HgO)	Hg	HgO + H₂Ο + 2 e → Hg + 2 OH⁻
Οξείδιο μαγγανίου (MnO₂)^[3]	Mn²⁺	MnO₂ + 4H₊ + 2e → Mn²⁺ + 2H₂O
Οξείδιο μολύβδου (PbO₂)^[3]	Pb²⁺	PbO₂ + 4H⁺ + 2e → Pb²⁺ + 2H²O
Πυκνό-θερμό θειικό οξύ^[4] (H₂SO₄)	SO₂	SO₄^2- + 4H⁺ + 2e → SO₂ + H₂O
Αραιό νιτρικό οξύ (ΗΝΟ₃)^[5]	ΝΟ	ΝΟ₃^- + 4Η⁺ + 3e → NO + 2H₂O
Πυκνό νιτρικό οξύ (ΗΝΟ₃)^[6]	ΝΟ₂	ΝΟ₃^- + 2Η⁺ + e → NO₂ + H₂O
Υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO₄)^[7]	Mn²⁺	MnO₄^- + 8H⁺ + 5e → Mn²⁺ +4 H₂O
Διχρωμικό κάλιο (K₂Cr₂O₇)^[8]	Cr³⁺	Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e → 2Cr³⁺ + 7H₂O
Υποχλωριώδη άλατα (π.χ. NaClO)	Cl^-	ClO^- + 2H⁺ + 2e → Cl^- + H₂O
Χλωρικά άλατα (π.χ. NaClO₃)	Cl^-	ClO₃^- + 6H⁺ + 6e → Cl^- + 3H₂O
Υπερχλωρικά άλατα (π.χ. NaClO₄)	Cl^-	ClO₄^- + 8H⁺ + 8e → Cl^- + 4H₂O
Χλωράσβεστος (CaOCl₂)^[9]	Ca²⁺ + 2Cl^-	CaOCl₂ + 2H⁺ + 2e → Ca²⁺ + 2Cl^- + H₂O
Άλατα Fe³⁺(π.χ. FeCl₃)	Fe²⁺	Fe³⁺ + e → Fe²⁺
Άλατα Sn⁴⁺(π.χ. SnCl₄)	Sn²⁺	Sn⁴⁺ + 2e → Sn²⁺
Αντιδραστήριο Fehling (Cu²⁺)^[10]	Cu₂O	2Cu²⁺ + H₂Ο + 2e → Cu₂Ο + 2H⁺
Αντιδραστήριο Tollens (Ag+)^[11]	Ag	Ag+ + e → Ag

Αναγωγικά σώματα

Αναγωγικά σώματα (λέγονται και αναγωγικά μέσα ή και αντιοξειδωτικά) είναι εκείνα που μπορούν να προκαλέσουν αναγωγή, δηλαδή τα σώματα που περιέχουν χημικά στοιχεία που μπορούν να προσφέρουν ηλεκτρόνια σε άλλα στοιχεία. Τα χημικά στοιχεία των αναγωγικών σωμάτων παθαίνουν οξείδωση. Συνήθως λέμε ότι τα αναγωγικά σώματα οξειδώνονται (παρόλο που δεν ανάγονται ή οξειδώνονται χημικές ενώσεις αλλά άτομα μέσα σ'αυτές). Επειδή το άτομο αποβάλλει ηλεκτρόνια, αυξάνεται αλγεβρικά ο αριθμός οξείδωσής του.
Έτσι, π.χ. στην αντίδραση :

Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺

Ο Fe²⁺ χαρακτηρίζεται ως αναγωγικό σώμα γιατί προκαλεί αναγωγή του Ag⁺ σε Ag (μείωση του αριθμού οξείδωσης από +1 σε 0), ενώ ο ίδιος οξειδώνεται προς Fe³⁺ (αύξηση του αριθμού οξείδωσης από +2 σε +3).

Ένα αναγωγικό είναι τόσο ισχυρότερο, όσο μεγαλύτερη τάση έχει για απόδοση ηλεκτρονίων. Τα αναγωγικά περιέχουν στοιχείο με σχετικά μικρό αριθμό οξείδωσης.
Σε μια ομάδα του περιοδικού πίνακα ο αναγωγικός χαρακτήρας μειώνεται από πάνω προς τα κάτω, ενώ σε μιά περίοδο μειώνεται από αριστερά προς τα δεξιά.
Μια ουσία που περιέχει στοιχείο με ενδιάμεσο αριθμό οξείδωσης μπορεί να συμπεριφέρεται είτε σαν αναγωγικό (παρουσία ισχυρότερου οξειδωτικού) είτε σαν οξειδωτικό (παρουσία ισχυρότερου αναγωγικού).

Στα αντιδρώντα	Στα προϊόντα	Ημιαντίδραση
Τα κυριώτερα αναγωγικά μέσα
Υδρογόνο (Η₂)^[12]	Η⁺	Η₂ → 2Η⁺ + 2e
Αναγωγικά μέταλλα (Μ) (π.χ Na,Li,K,Ca,Al κ.ά.)	Άλατα Μ^x+	M → M^x+ + xe
Μονοξείδιο του άνθρακα (CΟ)	CΟ₂	CO + H₂Ο → CO₂ + 2H⁺ + 2e
Οξείδιο του αρσενικού (ΙΙΙ) (As₂Ο₃)	As₂Ο₅	As₂O₃ + H₂Ο → As₂O₅ + 2H⁺ + 2e
Υπεροξείδιο υδρογόνου (Η₂Ο₂)^[2]	Ο₂	Η₂Ο₂ → Ο₂ + 2H⁺ + 2e
Διοξείδιο θείου (SO₂)^[2]	H₂SO₄	SO₂ + 2H₂Ο → H₂SO₄ + 2H⁺ + 2e
Υδραλογόνα (ΗΧ)	Χ₂	2ΗΧ → Χ₂ + 2Η⁺ + 2e
Υδρόθειο (H₂S)	S	H₂S → S + 2H⁺ + 2e
Θειώδες οξύ (H₂SO₃)	H₂SO₄	H₂SO₃ + H₂Ο → H₂SO₄ + 2H₊ + 2e
Άλατα Fe²⁺(π.χ. FeCl₂)	Fe³⁺	Fe²⁺ → Fe³⁺ + e
Άλατα Sn²⁺(π.χ. SnCl₂)	Sn⁴⁺	Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2e
Νιτρώδες νάτριο (ΝaΝΟ₂)	ΝaΝΟ₃	ΝaΝΟ₂ + Η₂Ο → ΝaΝΟ₃ + 2Η₊ + 2e
Θειώδες κάλιο (K₂SO₃)	K₂SO₄	K₂SO₃ + H₂Ο → K₂SO₄ + 2H⁺ + 2e
Αμμωνία (NH₃)	N₂	2NH₃ → N₂ + 6H⁺ + 6e
Μεθανικό οξύ (HCOOH)	CO₂	HCOOH → CO₂ + 2H⁺ + 2e
1°ταγείς αλκοόλες (RCH₂OH)^[13]	RCH=O	RCH₂OH → RCH=Ο + 2H⁺ + 2e
1°ταγείς αλκοόλες (RCH₂OH)^[13]	RCOOH	RCH₂OH + H₂Ο → RCOOH + 4H⁺ + 4e
Μεθανόλη^[14] (CH₃OH)	CO₂	CH₃OH + H₂Ο → CO₂ + 6H⁺ + 6e
2°ταγείς αλκοόλες (R₂CΗOH)	R₂C=O	R₂CHOH → R₂C=Ο + 2H⁺ + 2e
Αλδεύδες (RCHO)^[15]	RCOOH	RCHO + H₂Ο → RCOOH + 2H⁺ + 2e
Οξαλικό οξύ [(COOH)₂]	CO₂	(COOH)₂ → 2CO₂ + 2H⁺ + 2e

Υπάρχουν και ειδικά αναγωγικά σώματα που χρησιμοποιούνται συχνά όπως :

Διάφορα υδρίδια όπως το LiAlH₄ (υδρίδιο λιθίου-αργιλίου), NaAlH₄ (μικτό υδρίδιο λιθίου-νατρίου), Mg(AlH₄)₂ (μικτό υδρίδιο μαγνησίου-αργιλίου), NaBH₄ (μικτό υδρίδιο βορίου-νατρίου) κ.ά. Χρησιμοποιούνται στις οργανικές συνθέσεις.
Το ατομικό υδρογόνο (|Η|) που ανάγει τα νιτρικά και αρσενικικά ιόντα σε αμμωνία (ΝΗ₃) και αρσίνη (AsH₃) αντίστοιχα.
Τα αμαλγάματα νατρίου και ψευδαργύρου, που σημειώνονται συχνά ως Na(Hg) και Zn(Hg) αντίστοιχα. Χρησιμοποιούνται ως ισχυρά αναγωγικά στην οργανική χημεία.
Η υδραζίνη (Ν₂H₄) που χρησιμοποιείται στην οργανική χημεία των ετεροκυκλικών ενώσεων, στην αναγωγή Wolff-Kishner κ.λ.π.

Σημειώσεις

↑ Η οξειδωτική και αναγωγική ισχύς των σωμάτων εκφράζεται με το κανονικό δυναμικό οξειδοαναγωγής των ημιστοιχείων των οξειδοαναγωγικών ζευγών και μετριέται με μεγάλη ακρίβεια πειραματικά.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Επειδή δρα και ως οξειδωτικό και ως αναγωγικό, το πώς θα αντιδράσει κάθε φορά εξαρτάται από το άλλο σώμα με το οποίο αντιδρά. Αν αντιδρά π.χ. με οξειδωτικό, τότε θα δράσει ως αναγωγικό κ.ο.κ.
↑ ^3,0 ^3,1 Σε όξινο περιβάλλον, συνήθως από H₂SO₄, μετατρέπονται σε θειικά άλατα των Mn²⁺ ή Pb²⁺
↑ Τα μέταλλα στα οποία επιδρά λαμβάνονται με το μεγαλύτερο α.ο. τους και μετατρέπονται σε θειικά άλατα
↑ Τα μέταλλα στα οποία επιδρά λαμβάνονται με το μεγαλύτερο α.ο. τους και μετατρέπονται σε νιτρικά άλατα. Όταν επιδρά πάνω σε P, I₂ και σε S τα μετατρέπει σε H₃PO₄, HIO₃ και σε H₂SO₄ αντίστοιχα
↑ Τα μέταλλα στα οποία επιδρά λαμβάνονται με το μεγαλύτερο α.ο. τους και μετατρέπονται σε νιτρικά άλατα.
↑ Δρα σε όξινο περιβάλλον που δημιουργείται από H₂SO₄ ή HCl και μετατρέπεται σε MnSO₄+K₂SO₄ ή MnCl₂+KCl.
↑ Δρα σε όξινο περιβάλλον που δημιουργείται από H₂SO₄ ή HCl και μετατρέπεται σε Cr₂(SO₄)₃+K₂SO₄ ή CrCl₃+KCl
↑ Μετατρέπεται σε CaCl₂
↑ Λέγεται και φελίγγειο υγρό. Είναι αλκαλικό διάλυμα ιόντων Cu²⁺ γαλάζιου χρώματος και το οποίο ανάγεται σε καστανέρυθρο ίζημα Cu₂O. χρησιμοποιείται για τη διάκριδη αλδεϋδών και κετονών. Οι μονοσακχαρίτες (όπως η φρουκτόζη) επίσης οξειδώνονται απ'αυτό. Το αντιδραστήριο Fehling συχνά αντικαθίσταται από το αντιδραστήριο Benedict. Το αντιδραστήριο Benedict περιέχει επίσης ιόντα Cu²⁺ γαλάζιου χρώματος που μεττρέπονται σε κόκκινο ίζημα οξειδίου του χαλκού (Ι)
↑ Eίναι αμμωνικό διάλυμα AgNO₃. Όταν οξειδώνει τις αλδεΰδες σε οξέα, ο Ag⁺ μετατρέπεται σε Ag οποίος σχηματίζει στα τοιχώματα του δοχείου της αντίδρασης κάτοπτρο (καθρέφτη).
↑ Μετατρέπεται συνήθως σε Η₂Ο, ΗΧ
↑ ^13,0 ^13,1 Οι 1^οταγείς αλκοόλες έχουν δύο στάδια οξείδωσης προς αλδεύδες (RCHO) και προς καρβοξυλικά οξέα (RCOOH)
↑ Η μεθανόλη μπορεί να οξειδωθεί προς HCHO, HCOOH και CO₂
↑ Οξειδώνονται και από τα ήπια οξειδωτικά όπως το φελίγγειο υγρό και το αντιδραστήριο Tollens

Πηγές

Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ. "Στοιχεία Ανόργανης Χημείας", Έκδοση 14η, Αθήνα 1984.
Γιαννακουδάκης Δ. Α. "Φυσική Χημεία Ιονικών και Ηλεκτροδιακών Δράσεων", Θεσσαλονίκη 1986.
Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ. "Στοιχεία οργανικής χημείας", Έκδοση 13η, Αθήνα 1985.
Morrison R. T., Boyd R. N. "Οργανική Χημεία" Τόμοι 1ος,2ος,3ος, Μετάφραση:Σακαρέλλος-Πηλίδης-Γεροθανάσης, Ιωάννινα 1991.
Δημητριάδης Θ. Γ. "Test Οξειδοαναγωγής", Αθήνα 1989.
Γεωργάτσος Ι. Ε. "Βιοχημεία, Τόμος Α', Δομή μακρομορίων-Ένζυμα-Βιολογικές Οξειδώσεις", Θεσσαλονίκη 1985.
Τσίπης Κ. Α. "Εισαγωγή στην Κβαντική Χημεία, Τόμος Ι, Στοιχειώδης Μεθοδολογία και Ατομική Δομή", Θεσσαλονίκη 1984.
Τοσσίδης Ι. "Χημεία Ενώσεων Συναρμογής", Θεσσαλονίκη 1986.
Μάτης Κ. Α., Γιαννακουδάκης Δ. Α. "Μαθήματα Χημικής Μηχανικής", Θεσσαλονίκη 1985.
Βασιλικιώτης Γ. Σ. "Ποιοτική Ανάλυση", Θεσσαλονίκη 1980.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

[1] Η οξειδωτική και αναγωγική ισχύς των σωμάτων εκφράζεται με το κανονικό δυναμικό οξειδοαναγωγής των ημιστοιχείων των οξειδοαναγωγικών ζευγών και μετριέται με μεγάλη ακρίβεια πειραματικά.

[H2O2-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Επειδή δρα και ως οξειδωτικό και ως αναγωγικό, το πώς θα αντιδράσει κάθε φορά εξαρτάται από το άλλο σώμα με το οποίο αντιδρά. Αν αντιδρά π.χ. με οξειδωτικό, τότε θα δράσει ως αναγωγικό κ.ο.κ.

[MnO-3] 3,0 ^3,1 Σε όξινο περιβάλλον, συνήθως από H₂SO₄, μετατρέπονται σε θειικά άλατα των Mn²⁺ ή Pb²⁺

[4] Τα μέταλλα στα οποία επιδρά λαμβάνονται με το μεγαλύτερο α.ο. τους και μετατρέπονται σε θειικά άλατα

[5] Τα μέταλλα στα οποία επιδρά λαμβάνονται με το μεγαλύτερο α.ο. τους και μετατρέπονται σε νιτρικά άλατα. Όταν επιδρά πάνω σε P, I₂ και σε S τα μετατρέπει σε H₃PO₄, HIO₃ και σε H₂SO₄ αντίστοιχα

[6] Τα μέταλλα στα οποία επιδρά λαμβάνονται με το μεγαλύτερο α.ο. τους και μετατρέπονται σε νιτρικά άλατα.

[7] Δρα σε όξινο περιβάλλον που δημιουργείται από H₂SO₄ ή HCl και μετατρέπεται σε MnSO₄+K₂SO₄ ή MnCl₂+KCl.

[8] Δρα σε όξινο περιβάλλον που δημιουργείται από H₂SO₄ ή HCl και μετατρέπεται σε Cr₂(SO₄)₃+K₂SO₄ ή CrCl₃+KCl

[9] Μετατρέπεται σε CaCl₂

[10] Λέγεται και φελίγγειο υγρό. Είναι αλκαλικό διάλυμα ιόντων Cu²⁺ γαλάζιου χρώματος και το οποίο ανάγεται σε καστανέρυθρο ίζημα Cu₂O. χρησιμοποιείται για τη διάκριδη αλδεϋδών και κετονών. Οι μονοσακχαρίτες (όπως η φρουκτόζη) επίσης οξειδώνονται απ'αυτό. Το αντιδραστήριο Fehling συχνά αντικαθίσταται από το αντιδραστήριο Benedict. Το αντιδραστήριο Benedict περιέχει επίσης ιόντα Cu²⁺ γαλάζιου χρώματος που μεττρέπονται σε κόκκινο ίζημα οξειδίου του χαλκού (Ι)

[11] Eίναι αμμωνικό διάλυμα AgNO₃. Όταν οξειδώνει τις αλδεΰδες σε οξέα, ο Ag⁺ μετατρέπεται σε Ag οποίος σχηματίζει στα τοιχώματα του δοχείου της αντίδρασης κάτοπτρο (καθρέφτη).

[12] Μετατρέπεται συνήθως σε Η₂Ο, ΗΧ

[ROH-13] 13,0 ^13,1 Οι 1^οταγείς αλκοόλες έχουν δύο στάδια οξείδωσης προς αλδεύδες (RCHO) και προς καρβοξυλικά οξέα (RCOOH)

[14] Η μεθανόλη μπορεί να οξειδωθεί προς HCHO, HCOOH και CO₂

[15] Οξειδώνονται και από τα ήπια οξειδωτικά όπως το φελίγγειο υγρό και το αντιδραστήριο Tollens

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]