ChemCollective: Spanningsreeks

Oxidatie-reductie-reacties onderzoeken

Open de volgende link om in het virtueel labo terecht te komen:

http://chemcollective.org/vlab/106

Orden Cu, Mg, Zn en Pb van het sterkste tot het zwakste reductiemiddel.

Inleiding:
Oxidatie en reductiereacties zijn al duizenden jaren  bekend, maar werden pas in de 17^de eeuw begrepen. De termen komen uit de metallurgie. De meeste metalen komen van nature niet voor in hun metallische vormen (behalve goud en zilver), maar werden gewonnen uit rotsen en mineralen. Als zodanig werden de ertsen “gereduceerd” tot een kleine hoeveelheid metaal uit een grote hoeveelheid erts. Er werd opgemerkt dat de metalen zouden reageren met zuurstof en een nieuwe substantie vormen en derhalve werden geoxideerd.

We begrijpen nu dat redox (oxidatie reductie) reacties de overdracht van elektronen met zich meebrengen.

Beschouw bijvoorbeeld de reactie tussen koperionen (Cu²⁺ _(aq)) en zinkmetaal (Zn _(s)). Het subscript _(aq) op Cu²⁺ betekent dat het ion in water is opgelost. De subscript (s) op Zn betekent dat het zinkmetaal een vaste stof is. Deze reageren volgens de chemische reactie:

Cu²⁺ _(aq) + Zn(s) –> Cu (s) + Zn²⁺ _(aq)

Bij deze reactie werden elektronen uitgewisseld, waardoor het een redoxreactie werd. Om de elektronuitwisseling duidelijker te maken, kunnen we deze reactie in “halve reacties” uitdrukken:

Zn (s) –> Zn²⁺(aq) + 2 e^– (zinkmetaal geeft elektronen op)

Cu²⁺(aq) + 2 e^– –> Cu(s) (koperion wint elektronen)

Van stoffen die elektronen opnemen, wordt gezegd dat ze worden gereduceerd en stoffen die elektronen afgeven worden geoxideerd. Dus in de bovenstaande reactie wordt Zn(s) geoxideerd en wordt Cu²⁺ gereduceerd. Een andere manier om naar de bovenstaande reactie te kijken is om te overwegen wat het Cu²⁺-ion met de Zn doet. Cu²⁺ zorgt ervoor dat de Zn wordt geoxideerd, dus Cu²⁺ werkt als een oxidatiemiddel. Omgekeerd zorgt Zn ervoor dat Cu²⁺ wordt gereduceerd, dus Zn is een reductiemiddel.

Reacties zoals die tussen Zn(s) en Cu²⁺ gaan maar in één richting. Met andere woorden, we zullen de volgende reactie niet zien optreden:

Cu(s) + Zn²⁺ _(aq) -> Cu²⁺ _(aq) + Zn(s)

Met andere woorden, Zn kan Cu²⁺  reduceren, maar Cu kan Zn²⁺ niet verminderen. We kunnen dit samenvatten door te zeggen dat Zn een sterker reductiemiddel is dan Cu.

Deel I: De opslagruimte van het virtuele laboratorium bevat oplossingen van Cu²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ en Pb²⁺-ionen en de corresponderende metalen (Cu, Mg, Zn en Pb). Je eerste taak is om Cu, Mg, Zn en Pb te ordenen van sterkste tot zwakste reductiemiddel.

Hints: Welk experiment kun je in het virtuele lab uitvoeren om te bevestigen dat Cu Zn²⁺ kan reduceren? Welk experiment kun je uitvoeren om te bevestigen dat Zn Cu²⁺ niet kan reduceren?

Wat verwacht u van de sterkste reducerende stof te zijn? Wat verwacht u van de zwakste reducerende stof te zijn?

Deel II: Het magazijn van het virtuele laboratorium bevat ook een oplossing van Ag⁺ ion en Ag-metaal.

1. Schrijf een uitgebalanceerde chemische reactie voor Ag-metaal dat Cu²⁺-ion reduceert. (Hints: Vergeet niet om ladingen in je reactie in evenwicht te brengen.) Hoeveel elektronen geeft Ag af als het van Ag naar Ag⁺ gaat? Hoeveel elektronen ontvangt Cu²⁺ als het van Cu^{2 +} naar Cu gaat? Hoe verschilt dit verschil in aantal worden elektronen weerspiegeld in je uitgebalanceerde chemische reactie?)
2. Voer experimenten uit om te bepalen hoe sterk Ag is als reductiemiddel. Waar ligt het ten opzichte van Cu, Mg, Zn en Pb?