Kémiai reakciók és elektrolitos disszociáció

Alapvető kémiai reakciók

• Egyesülés során két vagy több anyagból egy anyag képződik.
• Egyesülés példája: szén égetésekor szén-dioxid keletkezik (C + O₂ → CO₂).
• Egyesülés példája: szén-dioxid vízben való oldódásakor szénsav keletkezik (H₂O + CO₂ → H₂CO₃).
• Egyesülés példája: ammóniagáz vízben való oldódásakor ammónium-hidroxid képződik (NH₃ + H₂O → NH₄OH).
• Bomlás során egy anyagból két vagy több anyag képződik.
• Bomlás példája: CaCO₃ → CaO + CO₂.
• Bomlás példája: 2 CuO → 2 Cu + O₂.

Elektrolitos disszociáció

• Az elektrolitos disszociáció egy speciális bomlási folyamat.
• Az elektrolit olyan oldat, amelyben elektromosan töltött részecskék találhatók.
• A disszociáció bomlást, szétválást jelent.
• Vízkémiai vonatkozásban elektrolitos disszociáció során a vízben oldott anyagok ionjaikra esnek szét.
• Az ionok két nagy csoportja a pozitív töltésű kationok és a negatív töltésű anionok.
• A vízben található kationok: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, H⁺ stb.
• A hidrogénion lényegében egy csupasz proton, amely energetikailag nem stabil, ezért H⁺ ion kapcsolatba lép egy vízmolekulával, és hidroxónium-ion (H₃O⁺) képződik.
• A vizekben található nem-fémes kation az ammónium-ion is.
• Az ammónium-ionban a pozitív töltésű hidrogénion a nemkötő elektronpárhoz kötődik.
• A vízben található anionok között vannak egyszerű és összetett ionok.
• Példák a vízben található anionokra: F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻ (halogenid-ionok).
• Példák a vízben található összetett anionokra: SO₄²⁻, NO₃⁻, NO₂⁻, SO₃²⁻, PO₄³⁻, CO₃²⁻, HCO₃⁻.
• Az elektrolitok vizes oldatok, melyekben pozitív és negatív töltésű ionok fordulnak elő.
• Ezek az ionok a disszociációs folyamat révén jutnak az oldatba.
• Disszociáció példája a konyhasó vízben való oldása (NaCl → Na⁺ + Cl⁻).
• Disszociáció példája a kalcium-karbonát oldódása (CaCO₃ → Ca²⁺ + CO₃²⁻).
• Disszociációra csak az oldott állapotú anyagok képesek.
• A disszociáció foka (α) megmutatja a disszociált molekulák számának arányát az összes molekulák számához az oldatban.
• A savak illetve lúgok erősségét a disszociáció foka szabja meg.

Cserebomlás

• Cserebomlás során két anyagból két újabb anyag képződik.
• A cserebomlási folyamatok a vegyiparban gyakran alkalmazottak.
• A cserebomlási folyamatok egyik esete a kicsapatás, melynek során vízben nagyon rosszul oldódó csapadék képződik.
• Kicsapatás példája: CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + 2NaCl.
• A cserebomlás egy speciális esete a semlegesítési folyamat, melynek során savból és lúgból, só és víz képződik.
• Semlegesítés példája: HCl + NaOH → NaCl + H₂O.

Oxidáció és redukció

• Az oxidáció fogalmára több definíció is szolgál, de egymásnak nem mondanak ellent.
• Ha egy kémiai reakció az egyik definíció szerint oxidációnak bizonyul, akkor az egy másik definíció szerint is oxidáció kell, hogy legyen.
• Minden olyan folyamat, amelynek során az anyag oxigénnel egyesül, oxidációs folyamat.
• Példák: C + O₂ → CO₂, S + O₂ → SO₂, 4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃.
• Oxidálódik az az anyag, amelytől hidrogént vonnak el.
• Példa: 2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O.
• Minden anyag oxidálódik, amely elektront veszít.
• A redukció fogalmára is több definíció szolgál, de egymásnak nem mondanak ellent.
• Redukálódik minden anyag, amely hidrogént vesz fel, példa: N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃.
• A redukciós folyamat az a folyamat, amikor egy anyag oxigént ad le.
• Redukciós folyamat a vasgyártás során: Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂.
• Redukálódik minden anyag, amely elektront vesz fel.
• Az oxidáció és a redukció összetartozó folyamatok, mindig együttesen játszódnak le.
• Annak megállapítása, hogy egy folyamat oxidáció vagy redukció, mindig azt jelenti, hogy az egyik anyag szempontjából vizsgáljuk a folyamatot.

Oxidálószerek és redukálószerek

• Oxidálószerek mindazon anyagok, amelyek elektront képesek felvenni.
• Ilyenek nagy elektronvonzó képességgel és elektronegativitással rendelkező anyagok.
• Az oxidálószerek lehetnek elemek és vegyületek is.
• Példák oxidálószerekre: O₂, O₃, F₂, Cl₂, Br₂, KMnO₄, K₂Cr₂O₇, H₂O₂, HOCl, NaOCl, KClO₃.
• Redukálószerek olyan anyagok, amelyek könnyen le tudnak adni elektront.
• A redukálószerek redukálnak, miközben maga a redukálószer oxidálódik.
• Példák redukálószerekre: H₂, C, CO, NH₂-NH₂, aldehidek, Na, K, Fr, Cs, Mg.
• Az oxidációs szám az az előjeles egész szám, amely megmutatja, hogy az adott elem vegyületében milyen elektronszám változás történt az eredeti állapothoz viszonyítva.

Oxidációs szám

• Az oxidációs szám az az előjeles egész szám, amely megmutatja, hogy az adott elem vegyületében milyen elektronszám változás történt az eredeti állapothoz viszonyítva.
• Az oxigén elektronegativitása nagyobb, mint a nátrium vagy a kén elektronegativitása.
• Tehát az oxigén minkét elemtől elektront von el, így az oxidációs száma: -2.
• A adott elemek oxidációs számát minden vegyület esetén külön-külön kell kiszámítani.
• Általánosságban: hidrogén oxidációs száma a vegyületek döntő többségénél +1, az oxigén oxidációs száma pedig általában -2.
• A kétatomos gázmolekulákban lévő elemek oxidációs száma 0.
• A nitrogén oxidációs száma roppant tág határok között változik.
• A nitrogén például 9 féle oxidációs számmal rendelkezik.

Élő szervezetek elhalása után lejátszódó oxidációs és redukciós folyamatok

• Az élő szervezeteket felépítő legfontosabb elemek a C,H,O,N,S és P.
• Az elhalt élő szervezeteket alkotó vegyületek oxidatív vagy reduktív környezetbe kerülnek, ahol átalakulnak.
• Víz jelenlétében, az oxidatív vagy reduktív körülményektől függően különböző végtermékek keletkeznek.
• Reduktív körülmények között is keletkeznek olyan vegyületek, amelyek oxigént tartalmaznak.
• Ezek a vegyületek az elhalt szervezetek oxigéntartalmából nyerik az oxigénjüket.